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WO2015159474A1 - ブラシレスモータ制御装置およびその診断処理方法 - Google Patents

ブラシレスモータ制御装置およびその診断処理方法 Download PDF

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WO2015159474A1
WO2015159474A1 PCT/JP2015/001177 JP2015001177W WO2015159474A1 WO 2015159474 A1 WO2015159474 A1 WO 2015159474A1 JP 2015001177 W JP2015001177 W JP 2015001177W WO 2015159474 A1 WO2015159474 A1 WO 2015159474A1
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WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
brushless motor
circuit
control device
motor control
current detection
Prior art date
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Ceased
Application number
PCT/JP2015/001177
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
佐藤　大資
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Original Assignee
Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd filed Critical Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
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Priority to EP15779720.0A priority patent/EP3118986B1/en
Priority to JP2016513617A priority patent/JP6051415B2/ja
Priority to CN201580018972.6A priority patent/CN106165289B/zh
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Ceased legal-status Critical Current

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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/12—Monitoring commutation; Providing indication of commutation failure
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
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    • H02P27/06—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters
    • H02P27/08—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using DC to AC converters or inverters with pulse width modulation
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02—Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/0241—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an overvoltage
    • H—ELECTRICITY
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    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P3/00—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters
    • H02P3/06—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter
    • H02P3/18—Arrangements for stopping or slowing electric motors, generators, or dynamo-electric converters for stopping or slowing an individual dynamo-electric motor or dynamo-electric converter for stopping or slowing an AC motor
    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02M—APPARATUS FOR CONVERSION BETWEEN AC AND AC, BETWEEN AC AND DC, OR BETWEEN DC AND DC, AND FOR USE WITH MAINS OR SIMILAR POWER SUPPLY SYSTEMS; CONVERSION OF DC OR AC INPUT POWER INTO SURGE OUTPUT POWER; CONTROL OR REGULATION THEREOF
    • H02M1/00—Details of apparatus for conversion
    • H02M1/0003—Details of control, feedback or regulation circuits
    • H02M1/0025—Arrangements for modifying reference values, feedback values or error values in the control loop of a converter

Definitions

  • the present invention relates to a brushless motor control apparatus for driving and controlling a brushless motor and a diagnostic processing method thereof, and in particular, may cause the rotational speed and torque deviation with respect to a command to increase due to a partial abnormality of the motor control circuit.
  • the present invention relates to a brushless motor control device having a function of diagnosing a circuit and a diagnosis processing method thereof.
  • PWM Pulse Width Modulation
  • the rotational position of the motor is estimated from the value of the current flowing through the coil of each phase. Further, the actual rotational speed is calculated from the amount of change in the rotational position per unit time.
  • the switching pulse width of the MOS-FET element provided in the inverter circuit for realizing the PWM drive is controlled according to the calculated actual rotation speed.
  • the brushless control device of the present invention is a brushless motor control device that drives and controls a brushless motor so as to perform a rotation operation in accordance with an external command.
  • the brushless motor control device is connected to a drive control unit that generates a drive signal for driving the brushless motor, a current detection circuit that detects a current value of each phase of the brushless motor, and a current detection circuit of each phase.
  • the RC filter has a configuration in which a resistor and a capacitor are connected in series, a pull-up resistor connected to a predetermined power source is connected to the intermediate connection point, and the intermediate connection point is connected to a plurality of AD conversion circuits. .
  • the clock generation circuit, the AD conversion circuit, and the current detection circuit are determined to be abnormal. If it is determined as abnormal, for example, the rotation operation of the motor is stopped.
  • the brushless motor control device diagnosis processing method of the present invention includes a drive control unit that generates a drive signal for driving the brushless motor, a current detection circuit that detects a current value of each phase of the brushless motor, and each phase.
  • This is a diagnostic processing method for a brushless motor control device comprising a plurality of AD conversion circuits connected to the current detection circuit, and a clock generation circuit that outputs a clock pulse serving as a reference for an operation cycle.
  • an RC filter is configured by connecting resistors and capacitors in series, a pull-up resistor connected to a predetermined power source is connected to the intermediate connection point, and the intermediate connection point is connected to a plurality of AD conversion circuits.
  • This diagnosis processing method diagnoses the AD conversion circuit and the clock generation circuit based on the converted output value.
  • an increase in rotational speed or torque error due to an abnormality in the AD conversion circuit, the clock generation circuit, and the current detection circuit can be detected in advance. Can be prevented. Therefore, it is not necessary to mount a large motor to secure these margins, and the cooling fan can be reduced in size and weight. Further, according to the present invention, since it is not necessary to add many complicated diagnostic circuits, it can be easily realized with a small microcomputer having a small number of pins and an inexpensive circuit configuration, and the cost of the circuit can be suppressed.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a brushless motor control device according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2A is a timing chart showing the waveform of the pulse signal Pls applied to the RC filter of the brushless motor control device, the waveform of the determination voltage Vc, and the reading timing of the AD conversion circuit when the clock generation circuit is normal.
  • FIG. 2B is a timing chart showing the waveform of the pulse signal Pls applied to the RC filter of the brushless motor control device, the waveform of the determination voltage Vc, and the reading timing of the AD conversion circuit when the clock generation circuit is abnormal.
  • FIG. 3 is a flowchart showing an abnormality diagnosis procedure of the brushless motor control device.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a brushless motor control device 10 according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 1 shows an example of a configuration in which a brushless motor 40 is connected to the brushless motor control device 10.
  • the brushless motor control device 10 drives and controls the brushless motor 40 so as to perform a rotational operation in accordance with an external command.
  • the brushless motor 40 includes a stator including a coil 41 having a winding wound around a stator core, and a rotor that rotates around the shaft by energizing the coil 41.
  • the brushless motor 40 has a three-phase coil 41 having a U phase, a V phase, and a W phase, and the brushless motor control device 10 uses a drive signal Drv in which each phase is pulse-width modulated (PWM).
  • PWM pulse-width modulated
  • the brushless motor control device 10 includes a control unit 11, an inverter circuit 14, a current detection circuit 15, and an RC filter 26.
  • the brushless motor control device 10 receives, for example, a rotational speed / torque command Tsp, which is a signal for commanding the rotational speed and torque amount, as one of commands from an external host controller (not shown).
  • the brushless motor control device 10 generates the drive signal Drv so that the rotation of the brushless motor 40 becomes a rotation speed or torque according to the rotation speed / torque command Tsp. Then, the brushless motor control device 10 applies each of the generated drive signals Drv to each coil 41, and thus controls the rotation of the brushless motor 40.
  • the control unit 11 performs PMD original signal Dp based on the residual between the rotational speed / torque command Tsp and the actual rotational speed by PID (proportional, integral, differential) control. Is generated and output. And the inverter circuit 14 produces
  • PID proportional, integral, differential
  • the brushless motor control device 10 is configured to drive and control the brushless motor 40 without using a position sensor or the like.
  • the current detection circuit 15 is provided in order to detect the position of the rotating rotor without such a sensor.
  • the current detection circuit 15 is disposed in the vicinity of the drive signal Drv of each phase, and detects the current value of each phase of U, V, and W flowing in the coil 41 wound around the stator core of the brushless motor 40.
  • the current detection circuit 15 supplies the control unit 11 with the voltage Det corresponding to each detected current value.
  • the control unit 11 includes an AD (Analog-Digital) conversion circuit.
  • the control unit 11 performs AD conversion on the voltage Det and uses the output data of the AD conversion to rotate the rotor. The position and rotation speed are calculated.
  • the present embodiment is characterized in that it has a function of judging abnormality such as the current detection circuit 15 and the AD conversion circuit. That is, in order to determine these abnormalities, in the present embodiment, the brushless motor control device 10 is provided with an RC filter 26 composed of a resistor (R) and a capacitor (C).
  • the control unit 11 drives and controls the brushless motor 40 so that the brushless motor 40 performs a desired rotation operation. Therefore, the rotation control unit 12, the drive waveform generation unit 13, the first AD converter circuit 221, 2 AD converter circuits 222, a third AD converter circuit 223 (hereinafter, the first to third AD converter circuits may be simply referred to as an AD converter circuit 22), a motor position calculator 18, And an actual rotation speed calculation unit 17.
  • These units and the inverter circuit 14 constitute a drive control unit that generates a drive signal Drv for driving the brushless motor 40.
  • control unit 11 includes a clock generation circuit 23 that generates a clock pulse Clk serving as the clock signal, and a timer circuit 24 that generates various timing signals based on the clock pulse Clk. I have.
  • control unit 11 determines the abnormality of each AD conversion circuit 22, the clock generation circuit 23 and the current detection circuit 15, a pulse output circuit 25, an AD conversion circuit diagnosis unit 19, and a clock generation circuit diagnosis unit 20. And a current detection circuit diagnosis unit 21.
  • the AD conversion circuit 22 converts the analog voltages input to the channels ch1 and ch2 into digital signals Dig1, Dig2, and Dig3, respectively, and outputs them.
  • a voltage Det corresponding to the current value detected by the current detection circuit 15 is supplied to the channel ch1.
  • a voltage DetU which is a voltage Det corresponding to the U-phase current value, is supplied to the channel ch1, and a digital signal Dig1 indicating a digital value corresponding to the voltage DetU is output.
  • a voltage DetV which is a voltage Det corresponding to the V-phase current value
  • a digital signal Dig2 indicating a digital value corresponding to the voltage DetV
  • a voltage DetW that is a voltage Det corresponding to the current value of the W phase is supplied to the channel ch1
  • a digital signal Dig3 indicating a digital value corresponding to the voltage DetW is output.
  • the digital signals Dig 1 to 3 output from the AD conversion circuits 22 are supplied to the motor position calculation unit 18.
  • the motor position calculation unit 18 receives the digital signals Dig 1 to 3 indicating the current value of each phase and calculates the rotor position of the brushless motor 40. That is, in the present embodiment, the motor position calculation unit 18 detects the rotational position of the rotor based on the current value detected in each phase.
  • the motor position calculation unit 18 outputs a rotor position signal Pd indicating the calculated rotor position to the actual rotation speed calculation unit 17 and the drive waveform generation unit 13.
  • a timer count number Cnt indicating a predetermined time width is notified to the actual rotation speed calculation unit 17 from the timer position signal Pd.
  • the actual rotational speed calculation unit 17 uses the timer count number Cnt and the rotor position signal Pd to calculate the actual rotational speed of the brushless motor 40 from the amount of change in the rotor position over a predetermined time width.
  • the actual rotation speed calculation unit 17 outputs a rotation speed signal Vd indicating the calculated rotation speed to the rotation control unit 12.
  • the rotation control unit 12 performs calculation processing (PID processing) such as proportional-integral differentiation on the deviation, which is the difference between the rotation speed / torque command Tsp and the rotation speed signal Vd, according to the result of the calculation processing.
  • PID processing calculation processing
  • a drive waveform duty signal Dd is generated and output.
  • the drive waveform generator 13 generates a PMW original signal Dp for controlling the switching element of the inverter circuit 14 from the drive waveform duty signal Dd and the rotor position signal Pd, and outputs the PMW original signal Dp to the inverter circuit 14.
  • the rotation speed signal Vd indicating the actual rotation speed of the rotor is generated based on the current value detected by the current detection circuit 15, and is also commanded to control the rotation speed.
  • a rotation speed / torque command Tsp indicating the command speed is notified.
  • the brushless motor control device 10 forms a speed control loop that performs feedback control based on the rotational speed signal Vd and the rotational speed / torque command Tsp so that the rotational speed of the rotor follows the command speed.
  • the brushless motor control device 10 controls the rotation of the brushless motor 40 by continuously executing this series of loops.
  • control unit 11 includes a clock generation circuit 23 and a timer circuit 24 in order to execute such a series of loop processing by digital processing and to generate the sampling timing of the AD conversion circuit 22.
  • the clock generation circuit 23 generates a periodic clock pulse Clk that serves as a reference for the operation cycle, and outputs it to the timer circuit 24 together with each digital processing unit of the control unit 11.
  • This clock pulse Clk serves as a reference clock for the control unit 11.
  • the timer circuit 24 operates using a reference clock pulse Clk. Then, the timer circuit 24 outputs trigger signals Trg1 and Trg3 as sampling signals to the AD conversion circuit 22 at a predetermined timing, and outputs trigger signals Trg2 and Trg4 to the pulse output circuit 25.
  • the timer circuit 24 has a counter that counts the clock pulse Clk.
  • the timer circuit 24 outputs a pulse signal indicating timing according to a predetermined count number as the trigger signals Trg1 to 4 and the timer count number Cnt by the counter.
  • the cycle of the clock pulse Clk is 0.1 ⁇ S (that is, the frequency is 10 MHz).
  • the count number for the high period of the pulse is 200
  • the count number for the low period of the pulse is 800.
  • the timer circuit 24 outputs a periodic pulse signal of 10 KHz with a High period of 20 ⁇ S and a Low period of 80 ⁇ S.
  • the AD conversion circuit 22 uses the timing at which such a pulse signal rises from Low to High, or the opposite timing, as the sampling timing. For example, if the rising edge of the 10 KHz pulse signal is set as the sampling timing of the AD conversion circuit 22, the AD conversion circuit 22 outputs a digital signal Dig every 100 ⁇ S.
  • a pulse signal is a signal composed of a high level and a low level, and the high level is a level near the voltage of the positive power supply Vcc, a low level. Is described as a level near the voltage of the ground serving as a negative power source.
  • the RC filter 26 provided in the brushless motor control device 10 is configured by connecting a resistor 27 and a capacitor 28 in series.
  • One side of the resistor 27 is connected to a pulse signal Pls for abnormality determination output from the pulse output circuit 25 of the control unit 11.
  • One of the capacitors 28 is connected to the ground 29.
  • an intermediate connection point P between the resistor 27 and the capacitor 28 is connected to the channel ch2 of each of the first to third AD conversion circuits 22 as the determination voltage Vc.
  • a pull-up resistor 30 having a predetermined resistance value is connected between the positive power supply Vcc, which is a positive 5V power supply, and the intermediate connection point P.
  • the AD conversion circuit 22 reads the determination voltage Vc at both timings indicated by the trigger signals Trg1 and Trg3 with respect to the determination voltage Vc that is the voltage at the intermediate connection point P of the RC filter 26. After completing the reading, the timer circuit 24 outputs trigger signals Trg2 and Trg4 to the pulse output circuit 25. When the trigger signals Trg2 and Trg4 are input, the pulse output circuit 25 generates the pulse signal Pls by switching the signal level to be output, and outputs the pulse signal Pls to the RC filter 26.
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 that diagnoses each abnormality of the AD conversion circuit 22 using the RC filter 26 configured as described above will be described.
  • the reference voltage at the intermediate connection point P is shifted from 0 (zero) to V1. That is, at the timing when the pulse signal Pls from the pulse output circuit 25 is at the low level and a sufficient time has elapsed after the charge / discharge of the capacitor 28 is completed, the voltage at the intermediate connection point P is pulled up with the resistor 27. It becomes a constant voltage divided by the resistor 30.
  • the positive power supply Vcc is 5 V
  • the pull-up resistor 30 is 4 K ⁇
  • the resistor 27 is 1 K ⁇ .
  • the pulse signal Pls is at a low level (that is, 0V of the ground 29)
  • the voltage at the intermediate connection point P that is, the determination voltage Vc is divided by the positive power supply Vcc of 5V and becomes 1V.
  • Each of the AD conversion circuits 22 AD-converts the determination voltage Vc when the pulse signal Pls becomes sufficiently low level, and outputs it as digital signals Dig1 to Dig3.
  • the AD converter circuit diagnosis unit 19 determines that the AD converter circuit 22 is abnormal if the values of the digital signals Dig1 to Dig3 at this time are out of a predetermined range.
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 checks whether each value of the digital signals Dig 1 to 3 is within the range of “120” to “140”, and deviates from the predetermined range “120” to “140”. In this case, it is determined that the AD conversion circuit 22 is abnormal.
  • FIG. 2A shows the waveform (upper side) of the pulse signal Pls applied to the RC filter 26, the capacitor voltage at the intermediate connection point P, that is, the waveform of the determination voltage Vc (lower side), and the AD conversion circuit 22 in the normal state. The reading timing is shown.
  • Trigger signals Trg2, Trg4 are supplied from the timer circuit 24 to the pulse output circuit 25.
  • the pulse output circuit 25 outputs a pulse signal Pls that switches from Low to High at the timing of the trigger signal Trg2, and switches from High to Low at the timing of the trigger signal Trg4.
  • the capacitor 28 repeats charging and discharging, so that the determination voltage Vc has a waveform as shown on the lower side of FIG. 2A.
  • the trigger signal Trg1 is output to the AD conversion circuit 22 as the sampling timing at the timing C1 immediately before the pulse signal Pls shown in FIG. 2A switches from Low to High. That is, since this timing C1 is a timing when a further sufficient time has elapsed after the pulse signal Pls switches to Low, the AD conversion circuit 22 is a voltage divided by the resistor 27 and the pull-up resistor 30. The determination voltage Vc having the value V1 can be read stably. As described above, the AD conversion circuit diagnosis unit 19 determines whether the AD conversion circuit 22 is abnormal depending on whether the values of the digital signals Dig1 to Dig3 read at the timing C1 are out of a predetermined range. Yes.
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 diagnoses the output values of the plurality of AD conversion circuits 22 that receive the voltage at the intermediate connection point P when the pulse signal Pls to the RC filter 26 is Low. To do. Then, the AD conversion circuit diagnosis unit 19 determines that the AD conversion circuit 22 is abnormal when the diagnosed output value is out of the predetermined range.
  • the trigger signal Trg3 is output from the timer circuit 24 to the AD conversion circuit 22 as the sampling timing even at the timing C2 immediately before the pulse signal Pls switches from High to Low. Then, the AD conversion circuit 22 reads the determination voltage Vc at the intermediate connection point P of the RC filter 26.
  • This timing C2 is a timing when the capacitor 28 is charged with a time constant determined by the resistance value of the resistor 27 and the capacitance value of the capacitor 28 after the pulse signal Pls is switched to High.
  • the determination voltage Vc having the voltage value V2 as shown below can be read.
  • the trigger signals Trg1 to Trg4 are generated by a method in which the clock pulse Clk is counted by a counter. For this reason, if the cycle of the clock pulse Clk is a periodic pulse within a predetermined range, the waveform of the pulse signal Pls is similarly periodic within the predetermined range. Conversely, when the cycle of the clock pulse Clk deviates from a predetermined range, the cycle of the pulse signal Pls changes accordingly. For example, when the cycle of the clock pulse Clk increases by 10%, the cycle of the pulse signal Pls increases accordingly.
  • FIG. 2A shows the timing when the cycle of the clock pulse Clk is within a predetermined range as described above, that is, when the clock generation circuit 23 is normal, and the determination voltage Vc is a predetermined value based on the voltage value V1.
  • a sawtooth waveform having a peak at the voltage value V2 is obtained.
  • FIG. 2B shows an example in which the clock generation circuit 23 becomes abnormal and the cycle of the clock pulse Clk deviates from a predetermined range (in FIG. 2B, the clock frequency decreases).
  • the trigger signals Trg1 to Trg4 are generated by a method in which the clock pulse Clk is counted by a counter. For this reason, the timing C2 based on the trigger signal Trg3 becomes the peak voltage of the determination voltage Vc regardless of variations in the clock frequency. For example, when the clock frequency is lower than the standard, as shown in FIG. 2B, the peak voltage in this case is higher than the voltage value V2 at the normal time.
  • the clock generation circuit diagnosis unit 20 determines that the clock generation circuit 23 is abnormal if all the values of the digital signals Dig1 to Dig3 at the timing C2 deviate from the predetermined range. Judging.
  • the clock frequency when the clock frequency is normal, it is standard that “240” is output as the values of the digital signals Dig1 to Dig3 captured at the timing C2.
  • a range of “230” to “250” above and below it is set as a predetermined range. Prepare it. Then, the clock generation circuit diagnostic unit 20 checks whether the values of the digital signals Dig1 to Dig3 are within the range of “230” to “250”.
  • the clock generation circuit diagnosis unit 20 diagnoses the output values of the plurality of AD conversion circuits 22 having the pulse signal Pls to the RC filter 26 as High and the voltage at the intermediate connection point P as an input. To do. If all of the diagnosed output values exceed the predetermined range or all of the diagnosed output values fall below the predetermined range, it is determined that the clock generation circuit is abnormal.
  • the AD converter circuit 22 can be diagnosed as follows using the values of the digital signals Dig1 to Dig3 at the timing C2. That is, in the present embodiment, three AD conversion circuits 22 are provided. Here, when the same voltage is input to each AD conversion circuit 22, the output value of one AD conversion circuit 22 is different from the output values of the other two AD conversion circuits 22. It can be determined that one AD conversion circuit 22 is abnormal.
  • the clock generation circuit diagnosis unit 20 diagnoses the output values of the plurality of AD conversion circuits 22 having the pulse signal Pls to the RC filter 26 as High and the voltage at the intermediate connection point P as an input. When only one of the diagnosed output values deviates from the predetermined range, the clock generation circuit diagnosis unit 20 determines that the AD conversion circuit 22 is abnormal. In this way, it is possible to determine abnormality of the AD conversion circuit 22.
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 determines whether or not the current detection circuit 15 is abnormal based on the values of the digital signals Dig1 to Dig3 at the timing when the brushless motor 40 is stopped. That is, at the timing when the brushless motor 40 is stopped, the AD conversion circuit 22 takes in the voltage Det via the channel ch1.
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 inputs digital signals Dig1 to Dig3 corresponding to the acquired voltage Det.
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 diagnoses whether or not the current detection circuit 15 is abnormal based on the values of the digital signals Dig1 to Dig3.
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 diagnoses the output values of a plurality of AD conversion circuits that receive the output voltage of the current detection circuit 15 while the rotation operation of the brushless motor 40 is stopped. Then, the current detection circuit diagnosis unit 21 determines that the current detection circuit is abnormal when the diagnosed output value deviates from the predetermined range.
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19, the clock generation circuit diagnosis unit 20, and the current detection circuit diagnosis unit 21 output an error stop signal Err to the rotation control unit 12 when the diagnosis result is abnormal, and rotate the brushless motor 40. Stop. Note that the user may be notified of the abnormality by outputting a repair or replacement request signal.
  • control unit 11 may be configured to perform processing based on a processing procedure such as a program. That is, for example, functions such as the motor position calculation unit 18, the actual rotation speed calculation unit 17, the rotation control unit 12, and the drive waveform generation unit 13 are used as programs for executing the rotation control processing method, or the AD conversion circuit diagnosis unit 19,
  • the functions of the clock generation circuit diagnostic unit 20 and the current detection circuit diagnostic unit 21 are stored in a memory or the like as a program for executing a diagnostic processing method.
  • the present embodiment can also be realized by configuring the microcomputer (microcomputer) to execute these programs.
  • the control unit 11 including the clock generation circuit 23 for generating the microcomputer reference clock and the AD conversion circuit 22 may be configured as a one-chip LSI (Large Scale Integrated Circuit). It is.
  • FIG. 3 is a flowchart showing each step in the diagnostic processing method of the brushless motor control device according to the present embodiment.
  • control unit 11 executes a series of diagnosis flows of the clock generation circuit diagnosis unit 20, the AD conversion circuit diagnosis unit 19, and the current detection circuit diagnosis unit 21 according to the steps of the diagnosis processing method. Will be described with reference to FIG.
  • the diagnosis processing method of the brushless motor control device forms the RC filter 26 by connecting the resistor 27 and the capacitor 28 in series, and the intermediate connection point P has a predetermined power source.
  • a pull-up resistor 30 connected to Vcc is connected, and the intermediate connection point P is connected to a plurality of AD conversion circuits 22.
  • the pulse signal Pls generated based on the clock pulse Clk is applied to the RC filter 26, and the voltage at the intermediate connection point P is converted into the digital signal Dig by the plurality of AD conversion circuits 22.
  • This diagnosis processing method diagnoses the AD conversion circuit 22 and the clock generation circuit 23 based on the converted output value.
  • the diagnosis process is performed by executing the following steps.
  • control unit 11 refers to the timing generated by the timer circuit 24 and determines whether or not the timing for diagnosing the AD conversion circuit 22, that is, the timing C1 has been reached (step S1). If it reaches, the AD conversion circuit 22 reads the determination voltage Vc (step S2).
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 inputs the digital signals Dig1 to 3 read from the AD conversion circuit 22 at the timing C1 (step S3), and the values of the digital signals Dig1 to 3 deviate from a predetermined upper limit or lower limit range. It is determined whether or not (step S4).
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 determines that the AD conversion circuit 22 is abnormal if it deviates in the determination of step S4 (step S5), and outputs an error stop signal Err (step S6). If it is determined in step S4 that there is no deviation, the process proceeds to step S7.
  • the control unit 11 refers to the timing generated by the timer circuit 24 and determines whether or not the timing for diagnosing the clock generation circuit 23, that is, the timing C2 has been reached (step S7). If it reaches, the AD conversion circuit 22 reads the determination voltage Vc (step S8). Then, the clock generation circuit diagnostic unit 20 inputs the digital signals Dig1 to Dig3 read at timing C2 from the AD conversion circuit 22 (step S9).
  • the clock generation circuit diagnosis unit 20 determines whether only one of the digital signals Dig1 to Dig3 is out of a predetermined range (step S10).
  • step S10 When it is determined in step S10 that only one of the clock generation circuit diagnosis units 20 has deviated from the predetermined range, the clock generation circuit diagnosis unit 20 determines that one of the AD conversion circuits 22 is abnormal (step S5) and stops the error. The signal Err is output (step S6). If it is determined in step S10 that the operation is normal, the process proceeds to step S11.
  • step S11 the clock generation circuit diagnosis unit 20 determines whether all the values of the digital signals Dig1 to Dig3 exceed a predetermined range or whether all the values are below the predetermined range (step S11). S11).
  • the AD conversion circuit diagnosis unit 19 determines that the frequency of the clock generation circuit 23 has decreased or increased when it deviates from the predetermined range in step S11, and determines that the clock generation circuit 23 is abnormal (step S11). S12), an error stop signal Err is output (step S6). If it is determined in step S11 that the clock generation circuit 23 is not abnormal, the process proceeds to step S13.
  • step S13 the control unit 11 determines whether or not the brushless motor 40 is rotating (step S13). Then, at the timing when the brushless motor 40 is stopped, the AD conversion circuit 22 inputs the voltages DetU, DetV and DetW from the current detection circuit 15 (step S14).
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 inputs the digital signals Dig1 to 3 read from the AD conversion circuit 22 at the stop timing of the brushless motor 40 (step S15), and the value deviates from a predetermined upper limit or lower limit range. It is determined whether or not (step S16).
  • the current detection circuit diagnosis unit 21 determines that the current detection circuit 15 is abnormal when the value deviates from the predetermined range in step S16 (step S17), and outputs an error stop signal Err (step S6). ), The rotation of the brushless motor 40 is stopped. If it is determined in step S16 that there is no abnormality, the process is terminated. If the brushless motor 40 is rotating in step S13, the rotation of the normal brushless motor 40 is controlled as described above.
  • the brushless motor control device as described above is applied to cooling fan control, it is possible to detect in advance an increase in rotational speed or torque error due to an abnormality in the AD conversion circuit, clock generation circuit, and current detection circuit. For this reason, it is possible to prevent an increase in variation in the air volume and driving sound of the cooling fan. And it becomes unnecessary to mount a big motor in order to ensure these margins, and the cooling fan can be reduced in size and weight.
  • the brushless motor control device since the brushless motor control device does not need to add a large number of complicated diagnostic circuits, it can be easily realized with a small microcomputer having a small number of pins, and the cost of the circuit can be suppressed.
  • the brushless motor control device of the present invention enables high-speed speed control and torque control with a simple configuration, it can be applied to household or industrial motors, and is particularly a cooling fan that requires high efficiency and low noise. And suitable for blower control.

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Abstract

本ブラシレスモータ制御装置は、ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、モータの電流を検出する電流検出回路と、電流検出回路に接続されたＡＤ変換回路と、クロックパルスを出力するクロック発生回路と、クロックパルスに基づいてパルス信号を出力するパルス出力回路と、パルス信号を入力するＲＣフィルタを備える。さらに、ＲＣフィルタは、抵抗とコンデンサが直列接続されてなり、その中間接続点には所定電源につながるプルアップ抵抗が接続され、中間接続点はＡＤ変換回路に接続する。そして、ＡＤ変換回路の出力値に基づいて、クロック発生回路とＡＤ変換回路と電流検出回路の異常を判定する。

Description

ブラシレスモータ制御装置およびその診断処理方法
　本発明は、ブラシレスモータを駆動制御するブラシレスモータ制御装置およびその診断処理方法に関し、特に、モータ制御回路の一部異常により、指令に対する回転速度およびトルクのズレが増加する前に、その原因となり得る回路を診断する機能を備えたブラシレスモータ制御装置およびその診断処理方法に関する。
　昨今、一般的に使われている冷蔵庫用などの冷却ファンには、その寿命や省エネ化の要求からブラシレスモータが使用されている。そして、冷却ファンには、その時々の気温や冷却対象の温度に応じて、ファンに必要とされる風量や、周辺付近に発する駆動音が定められており、それを満足するよう制御する必要がある。風量のバラツキは、インペラー（羽根車）に取り付けられているモータの回転速度のバラツキに依存し、駆動音はモータの回転トルクに依存することが知られている。
　ところで、パルス幅変調（Ｐｕｌｓｅ　Ｗｉｄｔｈ　Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ、以下、適宜、「ＰＷＭ」と記す）駆動で制御されるセンサレスの三相ブラシレスモータの場合、従来、例えば、次のようなブラシレスモータ制御装置で制御される。まず、その制御装置では、各相のコイルに流れる電流値から、モータの回転位置を推定する。さらに、単位時間当たりの回転位置の変化量から実回転速度を算出する。そして、その制御装置において、算出された実回転速度に従い、ＰＷＭ駆動を実現するインバータ回路内に備え付けられたＭＯＳ－ＦＥＴ素子のスイッチングパルス幅が制御される。
　そのため、コイルの電流値を検出する電流検出回路や、電流検出回路の出力をマイコンに取り込むためのＡＤ変換回路、および、単位時間を生成するためのクロック発生回路に誤差がある場合、算出される実回転速度およびトルクにも同様に誤差が発生し、目標値からのズレが発生する。
　このクロック発生回路の異常誤差の判定方法として、従来、例えば、クロックパルスに基づいて生成した所定時間間隔のパルス電圧をＲＣフィルタに入力し、所定のサンプリングタイムにおける電圧が、所定の範囲を逸脱する場合にクロック発生回路の異常と判定するものが提案されている（例えば、特許文献１参照）。
　しかしながら、上記従来の構成ではクロック発生回路の異常は判定できても、電流検出回路やＡＤ変換回路の異常を判定することができなかった。そのため、ＡＤ変換回路、電流検出回路の異常による、回転速度やトルクの誤差増加を事前に検出することができず、冷却ファンの風量や駆動音のバラツキ拡大に対応できなかった。さらに、これらバラツキへの余裕を確保するために、大きなモータを搭載していた。また、複雑な診断用回路を多数追加するなどして対応することも可能であるが、ピン数が少ない小型マイコンでは回路構成ができず、大型マイコンの搭載などでコストアップとなっていた。
特開平８－２３０６５１号公報
　本発明のブラシレス制御装置は、外部からの指令に従った回転動作をするようにブラシレスモータを駆動制御するブラシレスモータ制御装置である。本ブラシレスモータ制御装置は、ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、ブラシレスモータの各相の電流値を検出する電流検出回路と、各相の電流検出回路に接続された複数のＡＤ変換回路と、動作周期の基準となるクロックパルスを出力するクロック発生回路と、クロックパルスに基づいてパルス信号を出力するパルス出力回路と、パルス信号を入力するＲＣフィルタとを備える。さらに、ＲＣフィルタは、抵抗とキャパシタが直列接続されてなり、その中間接続点には所定電源につながるプルアップ抵抗が接続され、さらに中間接続点は複数のＡＤ変換回路に接続された構成とする。
　そして、複数のＡＤ変換回路の出力値に基づいて、クロック発生回路とＡＤ変換回路と電流検出回路の異常を判定し、異常と判定した場合は、例えばモータの回転動作を停止する。
　また、本発明のブラシレスモータ制御装置の診断処理方法は、ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、ブラシレスモータの各相の電流値を検出する電流検出回路と、各相の電流検出回路に接続された複数のＡＤ変換回路と、動作周期の基準となるクロックパルスを出力するクロック発生回路とを備えるブラシレスモータ制御装置の診断処理方法である。本診断処理方法は、抵抗とキャパシタとを直列接続してＲＣフィルタを構成し、その中間接続点には所定電源につながるプルアップ抵抗を接続し、さらに中間接続点は複数のＡＤ変換回路に接続する。そして、クロックパルスに基づいて生成したパルス信号をＲＣフィルタに印加し、中間接続点の電圧を複数のＡＤ変換回路によってデジタル信号に変換する。本診断処理方法は、その変換した出力値に基づきＡＤ変換回路とクロック発生回路とを診断する。
　本発明によれば、ＡＤ変換回路、クロック発生回路および電流検出回路の異常による、回転速度やトルクの誤差増加を事前に検出することができるため、冷却ファンの風量や駆動音のバラツキ拡大を未然に防ぐことができる。そのため、これらの余裕を確保するために大きなモータを搭載する必要がなくなり、冷却ファンの小型化・軽量化を図ることができる。また、本発明によれば、複雑な診断用回路を多数追加する必要がないため、ピン数が少ない小型マイコンと安価な回路構成とで容易に実現でき、回路のコストを抑制することができる。
図１は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置の構成を示すブロック図である。 図２Ａは、クロック発生回路が正常である場合における、同ブラシレスモータ制御装置のＲＣフィルタに印加されるパルス信号Ｐｌｓの波形と、判定用電圧Ｖｃの波形およびＡＤ変換回路の読込みタイミングを示すタイミングチャートである。 図２Ｂは、クロック発生回路が異常である場合における、同ブラシレスモータ制御装置のＲＣフィルタに印加されるパルス信号Ｐｌｓの波形と、判定用電圧Ｖｃの波形およびＡＤ変換回路の読込みタイミングを示すタイミングチャートである。 図３は、同ブラシレスモータ制御装置の異常の診断手順を示すフローチャートである。
　以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。
　（実施の形態）
　図１は、本発明の実施の形態におけるブラシレスモータ制御装置１０の構成を示すブロック図である。図１では、本ブラシレスモータ制御装置１０にブラシレスモータ４０を接続した構成の一例を示している。このような構成により、ブラシレスモータ制御装置１０は、外部からの指令に従った回転動作をするようにブラシレスモータ４０を駆動制御する。
　ブラシレスモータ４０は、巻線をステータコアに巻回したコイル４１を備えるステータと、コイル４１を通電駆動することで、シャフトを中心に回転するロータとを備えている。本実施の形態では、ブラシレスモータ４０がＵ相、Ｖ相、Ｗ相とする３相のコイル４１を有し、ブラシレスモータ制御装置１０が各相をパルス幅変調（ＰＷＭ）された駆動信号Ｄｒｖで回転駆動する一例を挙げて説明する。
　図１に示すように、ブラシレスモータ制御装置１０は、制御部１１と、インバータ回路１４と、電流検出回路１５と、ＲＣフィルタ２６と、を含む構成である。
　ブラシレスモータ制御装置１０には、例えば、外部の上位コントローラ（図示せず）などからの指令の１つとして、回転速度やトルク量を指令するための信号である回転速度／トルク指令Ｔｓｐが入力される。ブラシレスモータ制御装置１０は、ブラシレスモータ４０の回転が回転速度／トルク指令Ｔｓｐに応じた回転速度やトルクとなるように、駆動信号Ｄｒｖを生成する。そして、ブラシレスモータ制御装置１０は、生成したそれぞれの駆動信号Ｄｒｖを各コイル４１に印加し、このようにして、ブラシレスモータ４０を回転制御する。
　ブラシレスモータ制御装置１０をこのように動作させるために、制御部１１は、ＰＩＤ（比例、積分、微分）制御により回転速度／トルク指令Ｔｓｐと実際の回転速度との残差に基づきＰＭＷ原信号Ｄｐを生成して出力する。そして、インバータ回路１４は、ＰＭＷ原信号Ｄｐに応じて、電源に接続された内部のスイッチング素子をスイッチングすることで、各相の駆動信号Ｄｒｖを生成して出力する。
　また、本実施の形態では、位置センサなどを設けないセンサレスによって、ブラシレスモータ制御装置１０がブラシレスモータ４０を駆動制御するような構成としている。本実施の形態では、このようなセンサレスで、回転するロータの位置を検出するために、電流検出回路１５を設けている。
　電流検出回路１５は、各相の駆動信号Ｄｒｖの近辺に配置され、ブラシレスモータ４０のステータコアに巻かれたコイル４１に流れる、Ｕ・Ｖ・Ｗの各相の電流値を検出する。そして、電流検出回路１５は、検出したそれぞれの電流値に対応する電圧Ｄｅｔとしてそれぞれ、制御部１１に供給している。また、詳細については以下で説明するが、制御部１１は、ＡＤ（Ａｎａｌｏｇ－Ｄｉｇｉｔａｌ）変換回路を備えており、この電圧ＤｅｔをＡＤ変換し、ＡＤ変換の出力データを利用して、ロータの回転位置や回転速度を算出している。
　さらに、本実施の形態では、電流検出回路１５やＡＤ変換回路などの異常を判定する機能を備えていることを特徴としている。すなわち、これらの異常を判定するため、本実施の形態では、ブラシレスモータ制御装置１０に、抵抗器（Ｒ）とキャパシタ（Ｃ）とで構成されたＲＣフィルタ２６を設けている。
　次に、ブラシレスモータ制御装置１０の各部において、さらに詳細な構成について説明する。
　まず、制御部１１は、ブラシレスモータ４０が所望の回転動作をするようにブラシレスモータ４０を駆動制御するため、回転制御部１２と、駆動波形生成部１３と、第１のＡＤ変換回路２２１、第２のＡＤ変換回路２２２、および第３のＡＤ変換回路２２３（以降、第１～３のＡＤ変換回路を総称して、単にＡＤ変換回路２２という場合がある）と、モータ位置算出部１８と、実回転速度算出部１７とを備えている。そして、これら各部とインバータ回路１４とによって、ブラシレスモータ４０を駆動するための駆動信号Ｄｒｖを生成する駆動制御部が構成されている。
　さらに、制御部１１は、デジタル処理を行うために、そのクロック信号となるクロックパルスＣｌｋを生成するクロック発生回路２３と、クロックパルスＣｌｋに基づき各種のタイミング信号を生成するためのタイマ回路２４とを備えている。
　そして、制御部１１は、各ＡＤ変換回路２２、クロック発生回路２３および電流検出回路１５の異常を判定するために、パルス出力回路２５と、ＡＤ変換回路診断部１９と、クロック発生回路診断部２０と、電流検出回路診断部２１とを備えている。
　このように構成された制御部１１において、ＡＤ変換回路２２はそれぞれ、チャンネルｃｈ１、ｃｈ２に入力されたアナログの電圧をデジタル信号Ｄｉｇ１、Ｄｉｇ２、Ｄｉｇ３に変換して出力する。チャンネルｃｈ１には、電流検出回路１５が検出した電流値に対応する電圧Ｄｅｔが供給されている。第１のＡＤ変換回路２２１では、Ｕ相の電流値に対応する電圧Ｄｅｔである電圧ＤｅｔＵがチャンネルｃｈ１に供給され、電圧ＤｅｔＵに対応したデジタル値を示すデジタル信号Ｄｉｇ１が出力される。第２のＡＤ変換回路２２２では、Ｖ相の電流値に対応する電圧Ｄｅｔである電圧ＤｅｔＶがチャンネルｃｈ１に供給され、電圧ＤｅｔＶに対応したデジタル値を示すデジタル信号Ｄｉｇ２が出力される。第３のＡＤ変換回路２２３では、Ｗ相の電流値に対応する電圧Ｄｅｔである電圧ＤｅｔＷがチャンネルｃｈ１に供給され、電圧ＤｅｔＷに対応したデジタル値を示すデジタル信号Ｄｉｇ３が出力される。また、詳細については以下で説明するが、各ＡＤ変換回路２２のチャンネルｃｈ２には共通に、ＲＣフィルタ２６から、異常判定をするために利用する判定用電圧Ｖｃが供給されている。
　各ＡＤ変換回路２２から出力されたデジタル信号Ｄｉｇ１～３は、モータ位置算出部１８に供給される。モータ位置算出部１８は、各相の電流値を示すデジタル信号Ｄｉｇ１～３を受けて、ブラシレスモータ４０のロータ位置を算出する。すなわち、本実施の形態では、各相で検出した電流値に基づいて、モータ位置算出部１８がロータの回転位置を検出している。モータ位置算出部１８は、このように算出したロータ位置を示すロータ位置信号Ｐｄを、実回転速度算出部１７および駆動波形生成部１３に出力する。
　実回転速度算出部１７には、ロータ位置信号Ｐｄに加えて、タイマ回路２４から、所定の時間幅を示すタイマカウント数Ｃｎｔが通知される。実回転速度算出部１７は、このタイマカウント数Ｃｎｔとロータ位置信号Ｐｄとを用いて、所定の時間幅におけるロータ位置の変化量から、ブラシレスモータ４０の実際の回転速度を算出している。実回転速度算出部１７は、算出した回転速度を示す回転速度信号Ｖｄを回転制御部１２へ出力する。
　回転制御部１２は、回転速度／トルク指令Ｔｓｐと回転速度信号Ｖｄとの差である偏差に対して、例えば比例積分微分などの演算処理（ＰＩＤ処理）を行い、この演算処理の結果に応じた駆動波形デューティ信号Ｄｄを生成して出力する。駆動波形生成部１３は、駆動波形デューティ信号Ｄｄとロータ位置信号Ｐｄから、インバータ回路１４のスイッチング素子を制御するためのＰＭＷ原信号Ｄｐを生成し、インバータ回路１４へと出力する。
　このように、本実施の形態では、電流検出回路１５が検出した電流値に基づいて、ロータの実回転速度を示す回転速度信号Ｖｄが生成され、また、回転速度を制御するために指令された指令速度を示す回転速度／トルク指令Ｔｓｐが通知される。そして、ブラシレスモータ制御装置１０によって、回転速度信号Ｖｄと回転速度／トルク指令Ｔｓｐとに基づき、ロータの回転速度が指令速度に追従するようにフィードバック制御する速度制御ループが構成されている。ブラシレスモータ制御装置１０は、この一連のループを連続的に実行することにより、ブラシレスモータ４０を回転制御する。
　また、このような一連のループ処理をデジタル処理によって実行したり、ＡＤ変換回路２２のサンプリングタイミングを生成したりするため、制御部１１は、クロック発生回路２３とタイマ回路２４とを備えている。クロック発生回路２３は、動作周期の基準となる周期的なクロックパルスＣｌｋを生成し、制御部１１の各デジタル処理部とともに、タイマ回路２４に出力する。このクロックパルスＣｌｋは制御部１１の基準クロックとなる。タイマ回路２４は、基準のクロックパルスＣｌｋを用いて動作する。そして、タイマ回路２４は、所定のタイミングで、ＡＤ変換回路２２へサンプリング信号としてのトリガ信号Ｔｒｇ１、Ｔｒｇ３を出力し、パルス出力回路２５へトリガ信号Ｔｒｇ２、Ｔｒｇ４を出力する。
　タイマ回路２４は、具体的には、クロックパルスＣｌｋをカウントするカウンタを有している。そして、タイマ回路２４は、このカウンタによって、予め定めたカウント数に応じたタイミングを示すパルス信号を、トリガ信号Ｔｒｇ１～４やタイマカウント数Ｃｎｔとして出力している。
　より具体的な例として、例えば、クロックパルスＣｌｋの周期は０．１μＳ（すなわち、周波数では１０ＭＨｚ）とする。そして、タイマ回路２４において、パルスのＨｉｇｈ期間とするカウント数を２００とし、パルスのＬｏｗ期間のカウント数を８００とする。これにより、タイマ回路２４から、Ｈｉｇｈ期間が２０μＳ、Ｌｏｗ期間が８０μＳとなる１０ＫＨｚの周期的なパルス信号を出力することになる。また、例えばＡＤ変換回路２２は、このようなパルス信号のＬｏｗからＨｉｇｈへと立ち上がるタイミングや、その逆の立ち下がるタイミングをサンプリングのタイミングとして利用する。例えば、上記１０ＫＨｚのパルス信号の立ち上がりをＡＤ変換回路２２のサンプリングタイミングとすると、ＡＤ変換回路２２は、１００μＳ毎にデジタル信号Ｄｉｇを出力する。なお、以下、デジタル処理における一般的な表現と同様に、パルス信号とは、ＨｉｇｈのレベルとＬｏｗのレベルとで構成された信号であり、Ｈｉｇｈレベルは正電源Ｖｃｃの電圧近辺のレベル、Ｌｏｗレベルは負側電源となるグランドの電圧近辺のレベルとして説明する。
　次に、各ＡＤ変換回路２２とクロック発生回路２３と電流検出回路１５との異常を判定するための詳細な構成について説明する。
　これらの異常を判定するために、ブラシレスモータ制御装置１０に設けたＲＣフィルタ２６は、抵抗２７とキャパシタ２８を直列につなぎ、構成されている。その抵抗２７の一方には、制御部１１のパルス出力回路２５が出力した異常判定用のパルス信号Ｐｌｓが接続されている。そして、そのキャパシタ２８の一方は、グランド２９に接続されている。さらに、抵抗２７とキャパシタ２８との中間接続点Ｐは、判定用電圧Ｖｃとして、第１～３のそれぞれのＡＤ変換回路２２のチャンネルｃｈ２に接続されている。さらに、例えば正の５Ｖ電源である正電源Ｖｃｃと中間接続点Ｐとの間に、所定の抵抗値のプルアップ抵抗３０が接続されている。
　ＲＣフィルタ２６の中間接続点Ｐの電圧である判定用電圧Ｖｃに対し、ＡＤ変換回路２２それぞれは、トリガ信号Ｔｒｇ１、Ｔｒｇ３が示す両タイミングで判定用電圧Ｖｃ読み込む。読込み完了後、タイマ回路２４は、パルス出力回路２５へトリガ信号Ｔｒｇ２、Ｔｒｇ４を出力する。トリガ信号Ｔｒｇ２、Ｔｒｇ４入力時、パルス出力回路２５は、出力する信号レベルを切り替えることにより、パルス信号Ｐｌｓを生成し、ＲＣフィルタ２６へ出力する。
　次に、以上のように構成されたＲＣフィルタ２６を利用して、ＡＤ変換回路２２それぞれの異常の診断を行うＡＤ変換回路診断部１９の診断手順について説明する。図１で示したように、ＲＣフィルタ２６にプルアップ抵抗３０を接続したことにより、中間接続点Ｐの基準電圧は、０（ゼロ）からＶ１へシフトする。すなわち、パルス出力回路２５からのパルス信号ＰｌｓがＬｏｗレベルで、キャパシタ２８への充放電が完了してから十分な時間が経過したタイミングにおいては、中間接続点Ｐの電圧は、抵抗２７とプルアップ抵抗３０とで分圧された一定の電圧となる。例えば、正電源Ｖｃｃが５Ｖで、プルアップ抵抗３０を４ＫΩ、抵抗２７を１ＫΩにしたとする。すると、パルス信号ＰｌｓがＬｏｗレベル（すなわち、グランド２９の０Ｖ）であれば、中間接続点Ｐの電圧、すなわち判定用電圧Ｖｃは、５Ｖの正電源Ｖｃｃが分圧されて、１Ｖとなる。ＡＤ変換回路２２はそれぞれに、パルス信号Ｐｌｓが十分にＬｏｗレベルとなった時点における判定用電圧ＶｃをＡＤ変換し、デジタル信号Ｄｉｇ１～３として出力する。そして、ＡＤ変換回路診断部１９は、この時点のデジタル信号Ｄｉｇ１～３の値が所定の範囲を逸脱していれば、ＡＤ変換回路２２の異常と判断している。
　より具体的な例として、例えば、ＡＤ変換回路２２が正常に動作する場合、入力に１Ｖの電圧が加わると、デジタル信号Ｄｉｇ１～３の値として「１２８」が出力されるのが標準であるとする。このようなＡＤ変換回路２２に対しては、例えば、所定の範囲として、標準である「１２８」の上下となる「１２０」～「１４０」という範囲を設けておく。そして、ＡＤ変換回路診断部１９は、デジタル信号Ｄｉｇ１～３のそれぞれの値が「１２０」～「１４０」という範囲内かどうか確認し、所定の範囲「１２０」～「１４０」を逸脱していれば、ＡＤ変換回路２２の異常と判断する。
　図２Ａは、正常時における、ＲＣフィルタ２６に印加されるパルス信号Ｐｌｓの波形（上側）と、中間接続点Ｐのキャパシタ電圧、すなわち判定用電圧Ｖｃの波形（下側）およびＡＤ変換回路２２の読込みタイミングを示している。
　パルス出力回路２５には、タイマ回路２４からトリガ信号Ｔｒｇ２、Ｔｒｇ４が供給される。パルス出力回路２５は、図２Ａの上側に示すように、トリガ信号Ｔｒｇ２のタイミングでＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わり、トリガ信号Ｔｒｇ４のタイミングでＨｉｇｈからＬｏｗへ切り替わるパルス信号Ｐｌｓを出力する。さらに、このようなパルス信号ＰｌｓをＲＣフィルタ２６に印加することで、キャパシタ２８が充放電を繰り返すため、判定用電圧Ｖｃは、図２Ａの下側に示すような波形となる。
　本実施の形態では、図２Ａに示すパルス信号ＰｌｓがＬｏｗからＨｉｇｈへ切り替わる直前のタイミングＣ１で、トリガ信号Ｔｒｇ１がサンプリングのタイミングとしてＡＤ変換回路２２へ出力されるように構成している。すなわち、このタイミングＣ１は、パルス信号ＰｌｓがＬｏｗへと切り替わった後のさらに十分な時間が経過したタイミングであるため、ＡＤ変換回路２２は、抵抗２７とプルアップ抵抗３０とで分圧された電圧値Ｖ１となる判定用電圧Ｖｃを安定に読み込むことができる。上述したように、ＡＤ変換回路診断部１９は、このタイミングＣ１で読み込んだデジタル信号Ｄｉｇ１～３のそれぞれの値が所定の範囲を逸脱しているかどうかによって、ＡＤ変換回路２２の異常を判断している。
　以上のように、ＡＤ変換回路診断部１９は、ＲＣフィルタ２６へのパルス信号ＰｌｓがＬｏｗの状態であって、中間接続点Ｐの電圧を入力とした複数のＡＤ変換回路２２の出力値を診断する。そして、ＡＤ変換回路診断部１９は、診断した出力値が、所定範囲を逸脱している場合は、そのＡＤ変換回路２２の異常と判定している。
　本実施の形態では、さらに、パルス信号ＰｌｓがＨｉｇｈからＬｏｗへ切り替わる直前のタイミングＣ２においても、タイマ回路２４からトリガ信号Ｔｒｇ３がサンプリングのタイミングとしてＡＤ変換回路２２へ出力される。そして、ＡＤ変換回路２２は、ＲＣフィルタ２６の中間接続点Ｐの判定用電圧Ｖｃを読み込む。このタイミングＣ２は、パルス信号ＰｌｓがＨｉｇｈへと切り替わった後、抵抗２７の抵抗値とキャパシタ２８の容量値で決まる時定数でキャパシタ２８へ充電されたタイミングであり、ＡＤ変換回路２２は、図２Ａの下側で示すような電圧値Ｖ２となる判定用電圧Ｖｃを読み込むことができる。
　ところで、これらトリガ信号Ｔｒｇ１～４は、上述したように、カウンタによってクロックパルスＣｌｋをカウントするような手法で生成している。このため、クロックパルスＣｌｋは、その周期が所定の範囲内での周期的なパルスであれば、パルス信号Ｐｌｓの波形も、その周期が所定の範囲内で同様に周期的である。逆にクロックパルスＣｌｋの周期が所定の範囲を逸脱すると、それに合わせてパルス信号Ｐｌｓの周期も変化する。例えば、クロックパルスＣｌｋの周期が１０％増えると、それに合わせて、パルス信号Ｐｌｓの周期も１０％増える。
　図２Ａでは、このようにクロックパルスＣｌｋの周期が所定の範囲内、すなわち、クロック発生回路２３が正常である場合のタイミングを示しており、判定用電圧Ｖｃは、電圧値Ｖ１を基準として所定の電圧値Ｖ２をピークとするノコギリ状の波形となる。これに対し、図２Ｂでは、クロック発生回路２３が異常となり、クロックパルスＣｌｋの周期が所定の範囲を逸脱した場合の一例（図２Ｂでは、クロック周波数が低下した場合）を示している。
　次に、図２Ａおよび図２Ｂを参照しながら、クロック発生回路２３の異常の診断を行うクロック発生回路診断部２０の診断手順について説明する。
　もし、クロック発生回路２３から出力されるクロックパルスＣｌｋの周波数であるクロック周波数が低下し、異常状態となった場合を考える。すると、パルス信号ＰｌｓはクロックパルスＣｌｋのカウントに基づいて生成されるため、図２Ｂのように、パルス信号Ｐｌｓの周波数も低下することになる。その結果、キャパシタ２８の充電時間が増加するため、判定用電圧Ｖｃの波形のピーク電圧が正常時の電圧値Ｖ２を越える電圧となる。逆にパルス信号の周波数が増加した場合は正常時の電圧値Ｖ２より低くなる。
　したがって、このピーク電圧を正常時の電圧値Ｖ２と比較することでクロック発生回路２３が正常かどうかの診断が可能となる。上述したように、トリガ信号Ｔｒｇ１～４は、カウンタによってクロックパルスＣｌｋをカウントするような手法で生成している。このため、トリガ信号Ｔｒｇ３に基づくタイミングＣ２は、クロック周波数のバラツキにかかわらず、判定用電圧Ｖｃのピーク電圧となる。そして、例えば、クロック周波数が標準よりも低い場合には、図２Ｂに示すように、この場合のピーク電圧は、正常時の電圧値Ｖ２よりも高くなる。
　クロック発生回路診断部２０は、このような原理に基づき、タイミングＣ２時点でのデジタル信号Ｄｉｇ１～３の値のすべてが、同じように所定の範囲を逸脱していれば、クロック発生回路２３の異常と判断している。より具体的な例として、例えば、クロック周波数が正常である場合、タイミングＣ２で取り込んだデジタル信号Ｄｉｇ１～３の値として「２４０」が出力されるのが標準であるとする。このようなクロック発生回路２３に対しては、例えば、電圧値Ｖ２に対応した標準の場合での「２４０」に対し、所定の範囲として、その上下となる「２３０」～「２５０」という範囲を設けておく。そして、クロック発生回路診断部２０は、デジタル信号Ｄｉｇ１～３のそれぞれの値が「２３０」～「２５０」という範囲内かどうか確認する。この確認の結果、デジタル信号Ｄｉｇ１～３のすべての値が所定の範囲での下限「２３０」よりも小さかったり、逆に、すべての値が所定の範囲での上限「２５０」よりも大きかったりして所定の範囲を逸脱していれば、クロック発生回路２３の異常と判断する。
　以上のように、クロック発生回路診断部２０は、ＲＣフィルタ２６へのパルス信号ＰｌｓがＨｉｇｈの状態であって、中間接続点Ｐの電圧を入力とした複数のＡＤ変換回路２２の出力値を診断する。そして、診断した出力値のすべてが所定範囲を超えるか、もしくは診断した出力値のすべてが所定範囲を下回る場合は、クロック発生回路の異常と判定している。
　なお、タイミングＣ２時点でのデジタル信号Ｄｉｇ１～３の値を利用して、次のようにＡＤ変換回路２２を診断することも可能である。すなわち、本実施の形態では３つのＡＤ変換回路２２を備えている。ここで、各ＡＤ変換回路２２に同じ電圧を入力しているにもかかわらず、１つのＡＤ変換回路２２の出力値が他の２つのＡＤ変換回路２２の出力値と異なっているような場合には、１つのＡＤ変換回路２２は異常と判断することができる。
　すなわち、クロック発生回路診断部２０によって、ＲＣフィルタ２６へのパルス信号ＰｌｓがＨｉｇｈの状態であって、中間接続点Ｐの電圧を入力とした複数のＡＤ変換回路２２の出力値を診断する。そして、クロック発生回路診断部２０は、診断した出力値のうち一つのみが所定範囲を逸脱した場合は、そのＡＤ変換回路２２の異常と判定する。このようにして、ＡＤ変換回路２２の異常判定も可能である。
　また、電流検出回路診断部２１は、ブラシレスモータ４０が停止しているタイミングにおけるデジタル信号Ｄｉｇ１～３の値に基づき、電流検出回路１５が異常であるかどうかを判断している。すなわち、ブラシレスモータ４０が停止しているタイミングにおいて、ＡＤ変換回路２２がチャンネルｃｈ１を介して、それぞれ電圧Ｄｅｔを取り込む。電流検出回路診断部２１は、取り込んだ電圧Ｄｅｔに対応するデジタル信号Ｄｉｇ１～３を入力する。そして、電流検出回路診断部２１は、デジタル信号Ｄｉｇ１～３の値によって、電流検出回路１５が異常であるかどうかを診断する。
　以上のように、電流検出回路診断部２１は、ブラシレスモータ４０の回転動作停止中であって、電流検出回路１５の出力電圧を入力とした複数のＡＤ変換回路の出力値を診断する。そして、電流検出回路診断部２１は、診断した出力値が、所定範囲から逸脱している場合は、電流検出回路の異常と判定している。
　また、ＡＤ変換回路診断部１９、クロック発生回路診断部２０および電流検出回路診断部２１は、診断結果が異常の場合、エラー停止信号Ｅｒｒを回転制御部１２へ出力し、ブラシレスモータ４０の回転動作を停止させる。なお、修理または交換の要求信号を出力したりして、ユーザーに異常の報知を行っても良い。
　なお、以上、制御部１１はデジタル回路などによる機能ブロックを含む構成例を挙げて説明したが、例えば、プログラムのような処理手順に基づく処理で行うような構成であってもよい。すなわち、例えば、モータ位置算出部１８、実回転速度算出部１７、回転制御部１２および駆動波形生成部１３などの機能を、回転制御処理方法を実行するプログラムとしたり、ＡＤ変換回路診断部１９、クロック発生回路診断部２０および電流検出回路診断部２１の機能を、診断処理の方法を実行するプログラムとしたりしてメモリなどに記憶させる。そして、マイコン（マイクロコンピュータ）がそれらのプログラムを実行するような構成とすることによっても、本実施の形態を実現できる。また、マイコンの機能とともに、マイコンの基準クロックを生成するクロック発生回路２３やＡＤ変換回路２２も含めた制御部１１を１チィップのＬＳＩ（大規模集積回路）とするような構成とすることも可能である。
　図３は、本実施の形態でのブラシレスモータ制御装置の診断処理方法における各ステップを示すフローチャートである。
　次に、本診断処理方法の各ステップによる、前述のクロック発生回路診断部２０とＡＤ変換回路診断部１９と電流検出回路診断部２１の一連の診断フローを、制御部１１が実行するような一例について図３で説明する。
　なお、基本的には、本ブラシレスモータ制御装置の診断処理方法は、上述したように、抵抗２７とキャパシタ２８とを直列接続してＲＣフィルタ２６を構成し、その中間接続点Ｐには所定電源Ｖｃｃにつながるプルアップ抵抗３０を接続し、さらに中間接続点Ｐは複数のＡＤ変換回路２２に接続する。そして、クロックパルスＣｌｋに基づいて生成したパルス信号ＰｌｓをＲＣフィルタ２６に印加し、中間接続点Ｐの電圧を複数のＡＤ変換回路２２によってデジタル信号Ｄｉｇに変換する。本診断処理方法は、その変換した出力値に基づきＡＤ変換回路２２とクロック発生回路２３とを診断している。そして、より詳細には、次のステップを実行することで診断処理を行っている。
　まず、制御部１１は、タイマ回路２４が生成するタイミングを参照して、ＡＤ変換回路２２を診断するタイミング、すなわちタイミングＣ１に到達したかどうかを判断する（ステップＳ１）。そして、到達すれば、ＡＤ変換回路２２は、判定用電圧Ｖｃを読み込む（ステップＳ２）。
　次に、ＡＤ変換回路診断部１９は、ＡＤ変換回路２２からタイミングＣ１で読み込んだデジタル信号Ｄｉｇ１～３を入力し（ステップＳ３）、デジタル信号Ｄｉｇ１～３の値が所定の上限または下限範囲を逸脱しているかどうかを判断する（ステップＳ４）。
　ＡＤ変換回路診断部１９は、ステップＳ４の判断で、逸脱していれば、ＡＤ変換回路２２の異常と判定し（ステップＳ５）、エラー停止信号Ｅｒｒを出力する（ステップＳ６）。また、ステップＳ４の判断で、逸脱していなければ、ステップＳ７の処理に進む。
　ステップＳ７の処理に進むと、制御部１１は、タイマ回路２４が生成するタイミングを参照して、クロック発生回路２３を診断するタイミング、すなわちタイミングＣ２に到達したかどうかを判断する（ステップＳ７）。そして、到達すれば、ＡＤ変換回路２２は、判定用電圧Ｖｃを読み込む（ステップＳ８）。そして、クロック発生回路診断部２０は、ＡＤ変換回路２２からタイミングＣ２で読み込んだデジタル信号Ｄｉｇ１～３を入力する（ステップＳ９）。
　ここで、まず、クロック発生回路診断部２０は、そのデジタル信号Ｄｉｇ１～３のうち、１つのみが所定の範囲を逸脱しているかどうかを判断する（ステップＳ１０）。
　クロック発生回路診断部２０は、ステップＳ１０の判断で、１つのみが所定の範囲を逸脱したと判断した場合には、その一つのＡＤ変換回路２２の異常と判定し（ステップＳ５）、エラー停止信号Ｅｒｒを出力する（ステップＳ６）。また、ステップＳ１０の判断で、正常と判断すれば、ステップＳ１１の処理に進む。
　ステップＳ１１の処理に進むと、クロック発生回路診断部２０は、デジタル信号Ｄｉｇ１～３のすべての値が所定の範囲を超えたか、またはすべての値が所定の範囲を下回ったかどうかを判断する（ステップＳ１１）。
　ＡＤ変換回路診断部１９は、ステップＳ１１の判断で、所定範囲を逸脱している場合は、クロック発生回路２３の周波数が低下または増加したと想定し、クロック発生回路２３の異常と判定し（ステップＳ１２）、エラー停止信号Ｅｒｒを出力する（ステップＳ６）。また、ステップＳ１１の判断で、クロック発生回路２３が異常でなければ、ステップＳ１３の処理に進む。
　ステップＳ１３の処理に進むと、制御部１１は、ブラシレスモータ４０が回転動作しているかどうかを判断する（ステップＳ１３）。そして、ブラシレスモータ４０が停止しているタイミングにおいて、ＡＤ変換回路２２は電流検出回路１５からの電圧ＤｅｔＵ、ＤｅｔＶ、ＤｅｔＷを入力する（ステップＳ１４）。
　そして、電流検出回路診断部２１は、ＡＤ変換回路２２からブラシレスモータ４０の停止タイミングで読み込んだデジタル信号Ｄｉｇ１～３を入力し（ステップＳ１５）、その値が所定の上限または下限範囲を逸脱しているかどうかを判断する（ステップＳ１６）。
　電流検出回路診断部２１は、ステップＳ１６の判断で、その値が所定の範囲を逸脱した場合は、電流検出回路１５の異常と判定し（ステップＳ１７）、エラー停止信号Ｅｒｒを出力し（ステップＳ６）、ブラシレスモータ４０を回転停止させる。また、ステップＳ１６の判断で、異常がなければ処理を終了する。なお、ステップＳ１３で、ブラシレスモータ４０が回転動作している場合は、前述したように通常のブラシレスモータ４０を回転制御する。
　以上のようなブラシレスモータ制御装置を冷却ファンの制御へ適用すれば、ＡＤ変換回路、クロック発生回路および電流検出回路の異常による、回転速度やトルクの誤差増加を事前に検出することができる。このため、冷却ファンの風量や駆動音のバラツキ拡大を未然に防止することができる。そして、これらの余裕を確保するために大きなモータを搭載する必要がなくなり、冷却ファンの小型化・軽量化を図ることができる。
　また、本ブラシレスモータ制御装置は、複雑な診断用回路を多数追加する必要がないため、ピン数が少ない小型マイコンで容易に実現でき、回路のコストを抑制することができる。
　本発明のブラシレスモータ制御装置は、簡単な構成で高精度な速度制御およびトルク制御が可能となるので、家庭用あるいは産業用のモータに適用でき、特に高効率、低騒音が要求される冷却ファンやブロアの制御に好適である。
　１０　　ブラシレスモータ制御装置
　１１　　制御部
　１２　　回転制御部
　１３　　駆動波形生成部
　１４　　インバータ回路
　１５　　電流検出回路
　１７　　実回転速度算出部
　１８　　モータ位置算出部
　１９　　ＡＤ変換回路診断部
　２０　　クロック発生回路診断部
　２１　　電流検出回路診断部
　２２　　ＡＤ変換回路
　２３　　クロック発生回路
　２４　　タイマ回路
　２５　　パルス出力回路
　２６　　ＲＣフィルタ
　２７　　抵抗
　２８　　キャパシタ
　２９　　グランド
　３０　　プルアップ抵抗
　４０　　ブラシレスモータ
　４１　　コイル

Claims (6)

  1. 外部からの指令に従った回転動作をするようにブラシレスモータを駆動制御するブラシレスモータ制御装置であって、
    前記ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、
    前記ブラシレスモータの各相の電流値を検出する電流検出回路と、
    前記各相の電流検出回路に接続された複数のＡＤ変換回路と、
    動作周期の基準となるクロックパルスを出力するクロック発生回路と、
    前記クロックパルスに基づいてパルス信号を出力するパルス出力回路と、
    前記パルス信号を入力するＲＣフィルタとを備え、
    前記ＲＣフィルタは、抵抗とキャパシタが直列接続されてなり、その中間接続点には所定電源につながるプルアップ抵抗が接続され、さらに前記中間接続点は前記複数のＡＤ変換回路に接続されていることを特徴とするブラシレスモータ制御装置。
  2. 前記ＲＣフィルタへの前記パルス信号がＬｏｗの状態であって、前記中間接続点の電圧を入力とした前記複数のＡＤ変換回路の出力値が、所定範囲を逸脱している場合は、そのＡＤ変換回路の異常と判定することを特徴とする請求項１に記載のブラシレスモータ制御装置。
  3. 前記ＲＣフィルタへの前記パルス信号がＨｉｇｈの状態であって、前記中間接続点の電圧を入力とした前記複数のＡＤ変換回路の出力値のうち一つのみが所定範囲を逸脱した場合は、そのＡＤ変換回路の異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ制御装置。
  4. 前記ＲＣフィルタへの前記パルス信号がＨｉｇｈの状態であって、前記中間接続点の電圧を入力とした前記複数のＡＤ変換回路の出力値のすべてが所定範囲を超えるか、もしくは出力値のすべてが所定範囲を下回る場合は、前記クロック発生回路の異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ制御装置。
  5. 前記ブラシレスモータの回転動作停止中であって、前記電流検出回路の出力を入力とした前記複数のＡＤ変換回路の出力値が、所定範囲から逸脱している場合は、電流検出回路の異常と判定することを特徴とする請求項１または２に記載のブラシレスモータ制御装置。
  6. ブラシレスモータを駆動するための駆動信号を生成する駆動制御部と、
    前記ブラシレスモータの各相の電流値を検出する電流検出回路と、
    前記各相の電流検出回路に接続された複数のＡＤ変換回路と、
    動作周期の基準となるクロックパルスを出力するクロック発生回路とを備え、
    外部からの指令に従った回転動作をするように前記ブラシレスモータを駆動制御するブラシレスモータ制御装置の異常を診断するブラシレスモータ制御装置の診断処理方法であって、
    抵抗とキャパシタとを直列接続してＲＣフィルタを構成し、その中間接続点には所定電源につながるプルアップ抵抗を接続し、さらに前記中間接続点は前記複数のＡＤ変換回路に接続し、前記クロックパルスに基づいて生成したパルス信号を前記ＲＣフィルタに印加し、前記中間接続点の電圧を複数のＡＤ変換回路によってデジタル信号に変換した出力値に基づき、前記ＡＤ変換回路と前記クロック発生回路とを診断することを特徴とするブラシレスモータ制御装置の診断処理方法。
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