モータ電流検出用ＩＣ、およびこれを用いた電流検出器またはモータ制御装置
【課題】モータ制御用の電流検出回路において、小型化、部品点数削減、実装面積削減、低コスト化を実現する。
【解決手段】ＩＣの内部に、差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子を備え、また、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に回路を遮断する機能を有する回路をＩＣ化したことにより、電流検出回路の小型化、低コスト化を実施するものであり、モータ制御回路あるいはモータ制御装置、モータ制御装置を用いた種々の機器の小型化、低コスト化を実現することができる。
【解決手段】ＩＣの内部に、差動増幅回路を備え、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子を備え、また、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に回路を遮断する機能を有する回路をＩＣ化したことにより、電流検出回路の小型化、低コスト化を実施するものであり、モータ制御回路あるいはモータ制御装置、モータ制御装置を用いた種々の機器の小型化、低コスト化を実現することができる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御回路の一部であるモータ電流検出用ＩＣ、およびこれを用いた電流検出器またはモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３相誘導電動機やブラシレスモータのような３相同期電動機（以下、総称としてモータと略す）の制御装置として、広く一般にインバータ回路が用いられており、その制御回路の一部分として、モータの巻線電流の検出が行われている。モータの巻線電流の検出方法として、大別して、２通りの方法がある。
【０００３】
１つめの方法は、モータの巻線につながる電路にホールセンサ等を使用した電流検出器を用いることで、モータ巻線の電流を直接検出する方法である。この方法では、モータの巻線電流が精度よく検出でき、また、ホール素子を用いたセンサを使用すると、巻線と制御回路間の絶縁が可能である。一般的に三相モータでは２回路を使用する場合が多い。しかしこの方法では、検出器（あるいは検出回路）が比較的大きく、また、高価である。一般的に産業用のサーボモータの制御回路等、高精度な制御が必要な制御装置に使用されている。
【０００４】
２つ目の方法は、インバータ回路の−側（下側）素子の−電源側に直列に電流検出用低抵抗を挿入し、その電圧降下を増幅し、検出する方法である。この方法では、インバータの各素子のオン、オフのタイミングに対して電流検出用低抵抗に流れる電流が変化するため、制御回路にて検出するタイミングの制御が必要であり、多くはマイクロコンピュータを用い、制御されている。また、検出する信号の電位はインバータ回路の−側の電位となるため、制御回路を同電位に設置する場合には問題ないが、制御回路をインバータ回路と絶縁した電位に設置する場合には何らかの絶縁回路が必要である。しかし、この方法では比較的安価に電流検出回路を構成できることから、産業用三相誘導電動機駆動用インバータや、洗濯機、エアコン等の家電用モータの制御に幅広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図９は、従来例の第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、ヒートポンプ式洗濯乾燥機への実施例を示している。
【０００６】
図９において、交流電源１より全波整流回路２０と電解コンデンサ２１より構成される整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換する直流電源を構成し、第１のインバータ回路３Ａ、第２のインバータ回路３Ｂ、および第３のインバータ回路３Ｃにより直流電力を３相交流電力に変換して、回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ（第２のモータ）４Ｂおよび送風ファンモータ４Ｃを駆動する。それぞれのインバータ回路の下アームスイッチングトランジスタのエミッタ端子に接続されモータ電流を検出する第１の電流検出手段５Ａ、第２の電流検出手段５Ｂ、および第３の電流検出手段５Ｃと、制御手段６により、回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ（第２のモータ）４Ｂおよび送風ファンモータ４Ｃのそれぞれのモータの電流を検出して制御を行う。
【０００７】
インバータ制御手段６０は、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３ＣをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段（図示せず）および高速Ａ／Ｄ変換手段（図示せず）を複数個内蔵するマイクロコンピュータ、等の高速プロセッサにより構成され、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを同時に制御するもので、回転ドラム駆動モータ４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ４Ｂ、送風ファンモータ４Ｃはそれぞれ異なる回転速度で制御する。
【０００８】
第１のインバータ回路３Ａは、回転ドラム駆動モータ４Ａを制御するものであり、位置検出手段４０ａによりロータ永久磁石の位置を検出し、第１の電流検出手段５Ａにより回転ドラム駆動モータ４Ａのモータ電流を検出して、回転ドラム駆動モータ４Ａを制御する。
【０００９】
第２のインバータ回路３Ｂは、ヒートポンプ用圧縮機モータ４Ｂを、第３のインバータ回路３Ｃは、送風ファンモータ４Ｃを、第１のインバータ回路３Ａと同様に制御を行う。
【００１０】
電流検出手段５Ａ、５Ｂ、５Ｃは３シャント式電流検知方式で、３ヶ又は２ヶのシャント抵抗と電流信号増幅手段より構成し、電流検出手段５Ａ、５Ｂ、５Ｃの基本構成は全く同じであり、モータ電流に応じてシャント抵抗値が異なるので、以下代表例について説明する。フルブリッジ３相インバータ回路下アームトランジスタのそれぞれのエミッタ端子（Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ）にシャント抵抗の一方の端子を接続し、シャント抵抗の他方の端子は直流電源負側Ｇ端子に接続するもので、それぞれ３ヶのシャント抵抗より構成されるため３シャント方式と呼ばれる。
【００１１】
図１０は、従来例におけるインバータ回路の詳細回路図であり、６個のトランジスタとダイオード、および制御用ＩＣよりなるパワーモジュールよりインバータ回路を構成している。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と略す）よりなる上アームトランジスタ３１ａ１と逆並列ダイオード３２ａ１の並列接続体と、ＩＧＢＴよりなる下アームトランジスタ３１ａ２と逆並列ダイオード３２ａ２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３１ａ１のコレクタ端子は直流電源の正電位端子Ｐ１に接続し、上アームトランジスタ３１ａ１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３１ａ２のエミッタ端子Ｎｕは電流検出手段５を構成するＵ相シャント抵抗５０ａを介して高圧直流電源の負電位側端子Ｇ１に接続する。
【００１２】
上アームトランジスタ３１ａ１は上アーム駆動信号Ｕｐに応じて上アームゲート駆動回路３３ａ１により駆動され、下アームトランジスタ３１ａ２は下アーム駆動信号Ｕｎに応じて下アームゲート駆動回路３３ａ２によりオンオフスイッチング制御される。
【００１３】
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は電流検出手段５を構成するＶ相シャント抵抗５０ｂ、Ｗ相シャント抵抗５０ｃに接続し、Ｖ相シャント抵抗５０ｂ、Ｗ相シャント抵抗５０ｃの他方の端子は直流電源負電位端子Ｇ１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、ＵＶＷ各相シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電圧ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを検出することによりインバータ回路出力電流、すなわちモータ電流を検出できる。
【００１４】
図１１は、従来例による電流検出手段５の電流信号増幅手段を単電源増幅回路より構成した詳細回路図であり、ＵＶＷ各相シャント抵抗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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−０５４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような従来のモータ電流検出回路は従来、モータの電流を電圧として検出するシャント抵抗と、増幅器を構成するアンプ（一般的にオペアンプが使用されている）と、増幅器のゲインを決定する複数の抵抗器と、コンデンサやダイオード等のその他の部品より構成されており、部品点数が多く、実装面積も必要で、コストの上でも高くついていた。また、前記先行技術では電流検出回路のモジュール化を記してあるが、前記シャント抵抗、増幅器を構成するアンプ、複数の抵抗器と、コンデンサやダイオード等の部品を例えばハイブリッドＩＣのようなモジュールとしてまとめたものであり、ある程度小型化にはなるものの限界があり、また、コスト的にはモジュール化することで決して安くはならないものである。
【００１７】
このように個々の部品を組み合わせて電流検出回路を構成しているのには下記の理由がある。
【００１８】
１つ目の理由は、モータの電流は正負両極性で流れるため、モータの電流検出回路のモータ電流を検出するシャント抵抗にも正負の電圧が流れ、その結果シャント抵抗の両端には正の電圧、負の電圧が発生する。一般的に増幅器を構成するアンプの入力端子には正負の電源電圧の範囲内の電圧を入力するのが普通である。前記シャント抵抗が発生する電圧をシャント抵抗に接続される増幅器に接続するには、使用するアンプに正負両電源の増幅器を使用するか、またはシャント抵抗が発生する負電圧がアンプに印加されないような回路構成とする必要があった。
【００１９】
２つ目の理由は、例えばモータ電流を検出するシャント抵抗がオープン等の異常時に増幅器にはモータを駆動する高電圧が印加される可能性があり、増幅器を構成するアンプの電源電圧をはるかに越えた電圧が印加され、アンプの樹脂モールドが破裂し、発火、発煙等の可能性がある。増幅器のゲインを構成する抵抗のうち、シャント抵抗とアンプの間に接続される抵抗器が異常時にアンプに流れ込む電流を抑制する働きがあり、また、場合によっては溶断することで被害を最小限にできた。
【００２０】
このような理由で、従来の電流検出回路は、部品点数が多く、実装面積も必要で、コストの上でも高く、また、モジュール化し小型化を図るとコスト的により高いものとなっていた。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータ制御回路の一部分を構成する電流検出回路おいて、小型化、部品点数削減、低コスト化を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するために、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有する、モータ電流検出用ＩＣである。
【００２３】
これにより、電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現できるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の電流検出用ＩＣは、モータ制御回路に使用されている、電流検出回路の小型化、低コスト化を実施するものであり、モータ制御回路あるいはモータ制御装置、モータ制御装置を用いた種々の機器の小型化、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置の他のブロック図
【図３】本発明のＩＣ内部ブロック図
【図４】本発明の他のＩＣ内部ブロック図
【図５】本発明のＩＣ入力端子のサージ保護素子配置を示す図
【図６】本発明のＩＣ入力端子のサージ保護素子配置を示す他の図
【図７】本発明のＩＣの内部構造図
【図８】本発明のＩＣ入力端子近傍のアルミ配線を示す図
【図９】従来のモータ駆動装置のブロック図
【図１０】従来のモータ駆動装置のインバータ回路の詳細回路図
【図１１】従来のモータ駆動装置の電流信号増幅手段の単電源増幅回路の詳細回路図
【図１２】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置の別のブロック図
【図１３】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のさらに別のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有し、回路をＩＣ化したことにより、モータを駆動するインバータ回路の下側のスイッチング素子の−電源側を一括接続し、直列に挿入された低抵抗の両端を前記前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子に接続することで、１シャント方式の電流検出回路を構成することができ、これにより電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００２７】
第２の発明は、上記第１の発明において、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子とを複数組備えたことにより、例えば３回路分をＩＣとして構成した場合、モータを駆動するインバータ回路の下側のそれぞれのスイッチング素子の−側に個々に低抵抗を直列に挿入し、その抵抗の両端を前記差動増幅回路のそれぞれの＋、−一対の入力端子に接続することで、３シャント方式の電流検出回路を構成することができ、これにより電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００２８】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、差動増幅回路の増幅率は、外部から調整可能とする機能を設け、増幅率の設定用端子を設けた構成とすることにより、外部に設置する電流検出用低抵抗との組み合わせで、広範囲の電流検出値に対応することができる。
【００２９】
第４の発明は、上記第１から第３のいずれかの発明において、電源電圧が単電圧である、例えばＩＣの電源電圧は５Ｖ単一電源電圧とすることで、アナログ回路特有の正負の電源を必要とせず、マイコン等他の制御回路と共通の電源で動作することができる。
【００３０】
第５の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の正側との間に配置されることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の正側との間にサージ保護素子を配置することで、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００３１】
第６の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆とし直列に配置されることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆として配置することで、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００３２】
第７の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時に入力端子のリードフレームとシリコンチップ間のワイヤーボンディングを溶断させることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームと同チップ上のボンディングパッド間に使用するワイヤーボンディングに極力細いものを使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記ワイヤーボンディングを溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００３３】
第８の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時にシリコンチップ上のアルミ配線のボンディングパッド近傍を溶断させることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームよりワイヤーボンディングを介して接続される同チップ上のボンディングパッドとサージ保護素子を含む他の回路との間のアルミ配線の部分に極力細い部分を設けることにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記アルミ配線の細くなった部分を溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００３４】
第９の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明のモータ電流検出用ＩＣと、ＩＣの差動増幅回路の＋、−の入力端子間に接続した抵抗により、モータ電流検出器を構成したことにより、モータ電流検出器として、ＩＣ１個と低抵抗のわずかな部品で構成することができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００３５】
第１０の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明のモータ電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００３６】
第１１の発明は、上記第１から第８の発明のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間のいずれか一方に保護素子を介して接続された抵抗により、モータ電流検出器を構成したことにより、モータ電流検出器として、ＩＣ１個と低抵抗のわずかな部品で構成することができ、また、前述の作動増幅回路の＋、−いずれか一方に素子を 介して低抵抗を接続することにより例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこの保護素子によりＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を 構成することができる。
【００３７】
第１２の発明は、上記第１１の発明の保護素子は電流を遮断するヒューズを使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこのヒューズが溶断しＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を 構成することができる。
【００３８】
第１３の発明は、上記第１１の発明の保護素子は抵抗を使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこの抵抗を溶断しＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を構成することができる。
【００３９】
第１４の発明は、上記第１１から第１３の発明のモータ電流検出器を使用した電流モータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００４０】
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、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。また、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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図、図３は本発明の実施の形態１を含んだＩＣのブロック図であり、実施の形態１は図３の中の、入力端子Ｔ１、Ｔ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、アンプ１１０、出力端子Ｔ７の部分である。
【００４２】
図１で、３相モータ駆動用のインバータ回路はスイッチング素子３１ａ１と３１ａ２、３１ｂ１と３１ｂ２、３１ｃ１と３１ｃ２の直列に接続された２個１組を並列に３組、合計６個のスイッチング素子より構成されており、図１では例としてスイッチング素子にＩＧＢＴを使用している。２個１組のスイッチング素子の接続点、例えば３１ａ１の下側（エミッタ側）と３１ａ２の上側（コレクタ側）が接続されているが、その接続点より図示しないモータに接続されている。直列に接続された各下側スイッチング素子のエミッタ側は全て接続されており、電流検出用の抵抗である電流検出用低抵抗５０ｄに接続されている。電流検出用低抵抗５０ｄの両端は電流検出用ＩＣ１０１に入力されている。電流検出用ＩＣ１０１は電流検出用低抵抗５０ｄの両端の電圧を差動増幅回路１０５で増幅し、アナログの信号ｉｄｃとして出力する。この信号はマイクロコンピュータ等の制御回路１０２に入力され、Ａ／Ｄ変換を行い、電流検出値としてモータの速度制御、トルク制御等に使用される。
【００４３】
図３で、前述の電流検出用低抵抗５０ｄの両端は入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続される。説明のため、入力端子Ｔ１には図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄの右側、下側ＩＧＢＴのエミッタ側が接続され、入力端子Ｔ２には図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄの左側、コンデンサＣ１側が接続されているとする。入力端子Ｔ１への入力電圧をＶT1［Ｖ］、入力端子Ｔ２への入力電圧をＶT2［Ｖ］、出力端子Ｔ７への出力電圧をＶOUT［Ｖ］、図３抵抗Ｒ４のＶREF側の電圧をＶREF［ｖ］、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５の抵抗値をＲ1［Ω］、Ｒ2［Ω］、Ｒ4［Ω］、Ｒ5［Ω］とすると、出力電圧は、
ＶOUT＝｛（Ｒ1Ｒ2＋Ｒ1Ｒ5）ＶREF＋（Ｒ2Ｒ4＋Ｒ4Ｒ5）ＶT1
＋（−Ｒ1Ｒ5−Ｒ4Ｒ5）ＶT2｝／｛Ｒ2（Ｒ1＋Ｒ4）｝
で表される。また、一般的に差動増幅回路を構成する場合、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５の値はＲ1＝Ｒ2、Ｒ4＝Ｒ5（またはＲ１：Ｒ４＝Ｒ２：Ｒ５）であり、前式にこれを代入すると、
ＶOUT＝ＶREF＋（ＶT1−ＶT2）Ｒ4／Ｒ1
となり、電圧ＶREFを仮想ＧＮＤとし、それを中心に、増幅率Ｒ4／Ｒ1で増幅された電圧を端子Ｔ７に接続する。
【００４４】
各定数の設計値の例を示す。今、モータ電流の最大値を±８Ａ（ゼロ−ピーク）とする。図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄはインバータを構成するＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の動作に影響しないように、電流検出用低抵抗５０ｄによる電圧降下を１Ｖ以下とするべきである。低抵抗の値を５０ｍΩとしたとき、モータの最大電流による電圧降下は８Ａ×５０ｍΩ＝０．４Ｖであり、仮に８Ａを超えることがあってもインバータ回路の素子を余裕を持って駆動できる。図１に示す制御回路１０２をマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換器を想定すると、入力可能な電圧は一般的に０Ｖ〜５Ｖであり、その中心電圧の２．５Ｖを基準に±２．５Ｖの範囲に差動増幅器の電圧を設定したい。この場合には、ＩＣ内部の基準電圧ＶREFを２．５Ｖになるように設定する。図３に示す抵抗Ｒ６、Ｒ７、アンプ１１２より構成される基準電圧ＶＲＥＦが２．５Ｖとなるように抵抗Ｒ６、Ｒ７を設定する。例えばＩＣの電源電圧ＶＣＣが＋５Ｖの場合には抵抗Ｒ６とＲ７の値を等しく設定する。入力端子Ｔ１、Ｔ２間にはモータの最大電流８Ａ時に０．４Ｖの電圧が入力される。このときの振幅を２．５Ｖ以下とする必要がある。例えば図３の抵抗をＲ1＝Ｒ2＝４０ｋΩ、Ｒ4＝Ｒ5＝２００ｋΩと設定すると、増幅器の増幅率は２００ｋΩ／４０ｋΩ＝５倍となり、最大電流８Ａ時の出力端子Ｔ７の振幅は０．４Ｖ×５＝２．０Ｖとなる。
【００４５】
また、図１に示すように一般的に制御回路および検出回路の回路グランドＧＮＤは、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄの左側、スイッチング素子とは接続されていない側である。モータ電流が負である場合には、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄには図１の左側から右側に電流が流れる可能性がある。その場合に図３ＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には負の電圧が入力される。本発明はＩＣの負電圧がかかる可能性のある入力端子Ｔ１は負電圧に対する耐量を上げた構成としている。
【００４６】
また、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、図１の電流検出用低抵抗５０ｄの右側、すなわちＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３ＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。本発明はＩＣの過大電圧が印加される可能性がある端子Ｔ１は過大電圧が印加され、大電流が流れ込んだ場合に電流流入経路を遮断する機能を備え、樹脂パッケージの破裂、発火等に至らない構成としている。
【００４７】
なお、上記各定数は一例であり、モータの電流値、制御回路への出力電圧等の条件により、値は変化するものである。また、ＩＣの内部ブロック構成は一例であり、例えば入力端子Ｔ１、Ｔ２と差動増幅器への入力の極性や、差動増幅器の構成を別の構成としても良い。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態２を含んだＩＣのブロック図であり、実施の形態２は図４の中の、入力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、アンプ１１０、出力端子Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９の部分である。
【００４９】
以下、実施の形態１との違いを中心に説明する。実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
【００５０】
図２で、３相モータ駆動用のインバータ回路はスイッチング素子３１ａ１と３１ａ２、３１ｂ１と３１ｂ２、３１ｃ１と３１ｃ２の直列に接続された２個１組を並列に３組、合計６個のスイッチング素子より構成されており、図２では例としてスイッチング素子にＩＧＢＴを使用している。２個１組のスイッチング素子の接続点、例えば３１ａ１の下側（エミッタ側）と３１ａ２の上側（コレクタ側）が接続されているが、その接続点より図示しないモータに接続されている。直列に接続された各下側スイッチング素子のエミッタ側には、個々に電流検出用の抵抗である電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されており、各低抵抗の他端はインバータ電源の負側へと接続されている。各電流検出用の低抵抗の両端は電流検出用ＩＣ１０３に入力されている。すなわち、図２の電流検出用低抵抗５０ａのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ１に、電流検出用低抵抗５０ａの他端は入力端子Ｔ２に、図２の電流検出用低抵抗５０ｂのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ３に、電流検出用低抵抗５０ｂの他端は入力端子Ｔ４に、図２の電流検出用低抵抗５０ｃのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ５に、電流検出用低抵抗５０ｃの他端は入力端子Ｔ６に、それぞれ接続されている。電流検出用ＩＣ１０３は電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの両端の電圧を増幅し、アナログの信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとして出力する。この信号はマイクロコンピュータ等の制御回路１０４に入力され、Ａ／Ｄ変換を行い、電流検出値としてモータの速度制御、トルク制御等に使用される。
【００５１】
実施の形態１との違いは、実施の形態１が３相分の電流をまとめて検出していたのに対して、実施の形態２は各相独立して検出が可能である。このため、より高精度の制御が必要な場合に用いることができる。各定数の説明、耐負電圧、耐過電流等については実施の形態１と同様であるので省略する。
【００５２】
（実施の形態３）
上記実施の形態１または実施の形態２において、差動増幅回路１０５の増幅率を調整あるいは選択可能とする機能を設け、増幅率の設定用端子を設けた構成とする。図３及び図４を用いて一例を説明する。図３及び図４において、端子Ｔ１３、Ｔ１４は増幅率設定端子であり、増幅率設定器１１３に入力される。図３、図４の例では、端子Ｔ１３、Ｔ１４は２本あるので、４種類の状態を設定することができる。増幅率設定器１１３は例えば端子Ｔ１３、Ｔ１４の状態により、抵抗Ｒ４、Ｒ５の値を変更する。今、実施の形態１で説明したように、抵抗Ｒ１、Ｒ２が４０ｋΩであったとする。増幅率設定器１１３は端子Ｔ１３、Ｔ１４の状態によって、Ｒ４、Ｒ５を同時に１００ｋΩ、２００ｋΩ、４００ｋΩ、８００ｋΩと設定する。増幅率はそれぞれ２．５倍、５倍、１０倍、２０倍となる。
【００５３】
これによって、制御するモータの電流値が小さい場合、例えば電流が最大で１Ａ以下の場合には図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図３に示す同５０ａ、５０ｂ、５０ｃの値を１Ω、電流増幅率を２．５倍とすることで電流は小さいがＳ／Ｎ比に優れた電流検出が可能である。また、電流が大きい場合には、電流検出用抵抗の損失が大きくなるので、抵抗値をなるべく下げたい。例えば電流検出値の最大値が２０Ａの場合、図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図３に示す同５０ａ、５０ｂ、５０ｃの値を１０ｍΩ、電流増幅率を２０倍とすることで極力抵抗による損失を抑えた電流検出回路を構成することができる。
【００５４】
なお、増幅率の設定を２端子を用い、４通りの設定として説明を行ったが、増幅率設定端子の数は２端子以外の数でも良い。例えば増幅率設定端子を１端子のみとし、差動増幅回路の増幅率を５倍、１０倍といった２段階に設定することもできる。また、増幅率設定端子を３端子とし、５種類以上の差動増幅回路の増幅率の設定をすることもできる。また、増幅率をアナログ的に設定しても良い。例えば１端子で端子と回路ＧＮＤ間に抵抗を接続し、アナログ入力とすることで、増幅率設定器内部にカレントミラーを用い、各抵抗Ｒ４、Ｒ５をリニアに設定を行うこともできる。
【００５５】
（実施の形態４）
上記実施の形態１から実施の形態３のいずれかにおいて、ＩＣの電源電圧は例えば５Ｖ単一電源電圧とする。
【００５６】
図３及び図４を用いて一例を説明する。図３、図４において、端子Ｔ１５は＋側電源入力端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは端子Ｔ１５に接続されている。また、端子Ｔ１６はグランド端子、ＩＣ内部グランドＧＮＤに接続されている。実施の形態１から４で説明したように、本発明のＩＣは入力端子に負電圧の入力が可能であり、ＩＣの電源を＋５Ｖの単一電源とすることができる。これにより、制御回路を構成するマイコンやロジック回路と電源を共通にすることができ、アナログ回路特有の専用電源が不要であり、電流検出回路、モータ制御回路の小型化をはかることができる。
【００５７】
（実施の形態５）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の正側との間にサージ保護素子を配置する。
【００５８】
図５にその実施例を示す。端子Ｔは負電圧が印加される端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは外部より端子Ｔ１５を経て供給される。ＩＣ内部グランドＧＮＤは端子Ｔ１６を経て外部の回路グランドと接続されている。サージ保護素子１２０は図示のように入力端子ＴとＩＣ内部電源ＶＣＣ間に接続されている。サージ保護素子の特性はツェナーダイオードの特性に類似している。サージ保護素子の耐圧は電源電圧より十分に高い値である。例えばＩＣの電源電圧が５Ｖであるとき、サージ保護素子の耐圧は少なくとも７Ｖ程度以上とする必要がある。
【００５９】
端子Ｔに正電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２０はツェナーダイオードの順電圧特性を示し、ＩＣの電源電圧にツェナーダイオードの順電圧を加えた値でサージをクランプする。ＩＣ電源電圧が＋５Ｖであるとすると、正電圧側のサージは＋５．７Ｖ程度でクランプされる。
【００６０】
端子Ｔに負電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２０はＩＣの電源電圧からツェナーダイオードのツェナー電圧を引いた値でサージ電圧をクランプする。ＩＣの電源電圧が＋５Ｖ、サージ保護素子の耐圧が７Ｖであるとすると、負電圧側のサージは−２Ｖでクランプされる。
【００６１】
これにより、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６２】
（実施の形態６）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの内部グランドとの間にサージ保護素子２個を極性を逆とし、直列に接続し配置する。差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６３】
図６にその実施例を示す。端子Ｔは負電圧が印加される端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは外部より端子Ｔ１５を経て供給される。ＩＣ内部グランドＧＮＤは端子Ｔ１６を経て外部の回路グランドと接続されている。サージ保護素子１２１、１２２は図示のように逆極性に直列に入力端子ＴとＩＣ内部電源ＶＣＣ間に接続されている。サージ保護素子の特性はツェナーダイオードの特性に類似している。サージ保護素子の耐圧は、サージ保護素子１２１は２Ｖ程度以上、サージ保護素子１２２はＩＣの電源電圧よりも十分に高い価が必要である。
【００６４】
端子Ｔに正電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２１はツェナーダイオードの順電圧特性を示し、サージ保護素子１２２はツェナーダイオードのツェナー電圧特性を示す。これらの電圧を加えた値でサージをクランプする。ＩＣ電源電圧が＋５Ｖであり、サージ保護素子１２２の耐圧を７Ｖとすると、正電圧側のサージは＋７．７Ｖ程度でクランプされる。
【００６５】
端子Ｔに負電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２１はツェナーダイオードのツェナー電圧特性を示し、サージ保護素子１２２はツェナーダイオードの順電圧特性を示す。サージ保護素子１２１の耐圧が２Ｖであるとすると、負電圧側のサージは−２．７Ｖでクランプされる。
【００６６】
これにより、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６７】
（実施の形態７）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームと同チップ上のボンディングパッド間に使用するワイヤーボンディングに極力細いものを使用する。
【００６８】
図７はＩＣの構造である。端子１５２、ベース基板１５３は、リードフレームを打ち抜き構成されている。一般的にベース基板１５３はＩＣを構成する複数の端子１５２のいずれか１本と共通である。チップ１５４はベース基板１５３に銀ペースト等で接着されている。ワイヤーボンディング１５５はリードフレーム１５２とチップ１５４上のボンディングパッドを電気的に接続する。樹脂モールド１５１はＩＣのチップ、ワイヤーの保護とリードフレームの固定を行っている。
【００６９】
図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図２に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、必ずワイヤーボンディング１５５を通り、実施の形態７、実施の形態８で示したサージ保護素子に電流が流れる。このワイヤーボンディングに極力細いものを使用する。
【００７０】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記ワイヤーボンディング溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００７１】
（実施の形態８）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームよりワイヤーボンディングを介して接続される同チップ上のボンディングパッドとサージ保護素子を含む他の回路との間のアルミ配線の部分に極力細い部分を設ける。
【００７２】
図８はＩＣのボンディングパッド付近の構造である。ＩＣのチップ２０１の表面には、アルミ配線が施されている。ボンディングパッド２０３付近のアルミ配線２０２は一般的にボンディングパッド近傍に設置されるサージ保護素子２０４と太く直結されている。それぞれの信号はサージ保護素子を通り、例えばコンタクトホール２０５を通り、あるいは表層上のアルミ配線でＩＣ内部へと配線されている。図８（ａ）は一般的に行われているボンディングパッド付近のアルミ配線の例である。
【００７３】
本発明のボンディングパッド近傍のアルミ配線を図８（ｂ）に示す。ボンディングパッド２０３からサージ保護素子２０４の間のアルミ配線に細い部分を設けている。それぞれの信号はサージ保護素子を通り、例えばコンタクトホール２０５を通り、あるいは表層上のアルミ配線でＩＣ内部へと配線されている。
【００７４】
図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図２に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、必ずボンディングパッド２０３を通り、実施の形態７、実施の形態８にも示したサージ保護素子２０４に電流が流れる。ボンディングパッドからサージ保護素子のアルミ配線に細い部分を作りこむ。
【００７５】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記アルミ配線の細くなった部分を溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００７６】
（実施の形態９）
上記実施の形態１から実施の形態８のいずれかに示した電流検出用ＩＣと、入力端子に接続された電流検出用の低抵抗で構成される電流検出器である。
【００７７】
図１及び図２にモータ制御装置のブロック図を示す。
【００７８】
図１のモータ制御装置構成において、６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子は接続されており、電流検出用低抵抗５０ｄに接続されており、他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図１では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８の両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０６は前述の電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄと電流検出用ＩＣ１０１より構成される。電流検出用低抵抗の両端は図３に示す電流検出用ＩＣのブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へと接続されている。端子Ｔ１、Ｔ２は電流検出用ＩＣ１０１内部にて、増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００７９】
次に、図２のモータ制御装置構成において説明する。６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子にはそれぞれ別個に電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ３１ａ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ａの一端が、ＩＧＢＴ３１ｂ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ｂの一端が、ＩＧＢＴ３１ｃ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ｃの一端が接続されており、それぞれの電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図２では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０７は前述の電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃと電流検出用ＩＣ１０３より構成される。電流検出用低抵抗の両端は、電流検出用低抵抗５０ａの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３のブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へ、電流検出用低抵抗５０ｂの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ３、Ｔ４へ、電流検出用低抵抗５０ｃの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ５、Ｔ６へとそれぞれ接続されている。それぞれの端子は電流検出用ＩＣ１０３内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００８０】
（実施の形態１０）
上記実施の形態１から実施の形態８のいずれかに示した電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置である。
【００８１】
図１及び図２にモータ制御装置のブロック図を示す。ＩＣ内部の構成、動作、電流検出の内容は既に説明したので省略する。
【００８２】
図１の制御回路１０２は、例えば図示しないマイコンを中心に構成されており、電流検出信号ｉｄｃはマイコンのＡ／Ｄ変換ポートに接続されている。マイコンはインバータを構成するスイッチング素子３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２のゲート信号を制御し、モータを駆動する。電流検出は、例えはスイッチング素子３１ａ１、３１ｂ１、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄとＩＣを介して、スイッチング素子３１ｃ１と３１ｃ２と接続されているモータ巻線の電流を、モータ巻線からインバータの回路方向への電流を検出することができる。また、例えはスイッチング素子３１ａ１、３１ｂ２、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄとＩＣを介して、スイッチング素子３１ａ１と３１ａ２と接続されているモータ巻線の電流を、インバータ回路からモータの巻線の方向への電流を検出することができる。
【００８３】
制御回路１０２はこのようにして得たモータ巻線電流と、図示しない他の検出器の情報、例えばモータに付属した位置センサや速度センサ、電源電圧のセンサなどを用い、モータを制御する。
【００８４】
このように図１のような電流検出用の抵抗を１箇所のみで行うと、コスト的には有利ではあるが、インバータ回路の動作と電流の向きによってどこを流れる電流を検出しているか制御回路が判断する必要がある。このような構成はファンモータの制御など、比較的簡単なモータ制御装置に多く使用されている。
【００８５】
図２の制御回路１０４は、例えば図示しないマイコンを中心に構成されており、電流検出信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはマイコンのＡ／Ｄ変換ポートに接続されている。マイコンはインバータを構成するスイッチング素子３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２のゲート信号を制御し、モータを駆動する。電流検出は、例えはインバータ回路の下側のスイッチング素子３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃとＩＣを介して、３相全てのモータ巻線の電流を、電流の方向に関わらず検出することができる。このように電流検出用抵抗を各相に挿入することで、電流検出を行ううえでの制約は少なくなるので、例えば誘導電動機やブラシレスモータなどのベクトル制御のように比較的高度な制御法を用いる機器に広く用いられている。他の動作は図１の制御回路と同様なので省略する。
【００８６】
以上のように本発明の電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００８７】
（実施の形態１１）
上記実施の形態１から実施の形態８に示した電流検出用ＩＣと、入力端子のいずれか一方に保護素子を介して接続し、他方直接接続はされた電流検出用の低抵抗と、で構成される電流検出器である。
【００８８】
図１２及び図１３にモータ制御装置のブロック図を示す。
【００８９】
図１２のモータ制御装置において、６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子は接続されており、電流検出用低抵抗５０ｄに接続されており、他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図１では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８の両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０６は前述の電流検出用の低抵抗５０ｄと電流検出用ＩＣ１０１と保護素子１６１ｄより構成される。電流検出用低抵抗５０ｄの端子は、下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子側と接続されている側が保護素子１６１ｄを介して、他端は直接、図３に示す電流検出用ＩＣのブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２の端子へと接続されている。端子Ｔ１、Ｔ２は電流検出用ＩＣ１０１内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００９０】
次に、図１３のモータ制御装置構成において説明する。６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子にはそれぞれ別個に電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ３１ａ２のエミッタ側には低抵抗５０ａの一端が、ＩＧＢＴ３１ｂ２のエミッタ側には低抵抗５０ｂの一端が、ＩＧＢＴ３１ｃ２のエミッタ側には低抵抗５０ｃの一端が接続されており、それぞれの低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図２では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０７は前述の電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃと電流検出用ＩＣ１０３と保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃより構成される。電流検出用低抵抗の両端は、低抵抗５０ａのＩＧＢＴ ３１ａ２と接続されている側が保護素子１６１ａを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３のブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へ接続されている。低抵抗５０ｂのＩＧＢＴ３１ｂ２と接続されている側が保護素子１６１ｂを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ３、Ｔ４へ接続されている。低抵抗５０ｃのＩＧＢＴ３１ｃ２と接続されている側が保護素子１６１ｃを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ５、Ｔ６へとそれぞれ接続されている。それぞれの端子は電流検出用ＩＣ１０３内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００９１】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、図１２では必ず保護素子１６１ｄを、また、図１３では必ず保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを経由し、実施の形態７、実施の形態８で示したサージ保護素子に電流が流れる。この保護素子に電流を抑制するものを使用する。また、保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄのインピーダンスは電流検出用ＩＣの内部の抵抗Ｒ１、Ｒ２に対して十分に小さい値である必要がある。
【００９２】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れることを防ぐことでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００９３】
（実施の形態１２）
上記実施の形態１１に示した保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄとして電流を遮断するヒューズを使用する。
【００９４】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが正常な状態、すなわち低抵抗の抵抗値が正しい値であり、焼損、はんだはずれなどがない状態では保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流は微小である。使用するヒューズとしては小さい電流で遮断できるもので良く、例えば０．１Ａ程度の電流ヒューズで十分である。
【００９５】
他の詳細な説明は実施の形態１１と同一であるので省略する。
【００９６】
（実施の形態１３）
上記実施の形態１１に示した保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄとして抵抗を使用する。
【００９７】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが正常な状態、すなわち低抵抗の抵抗値が正しい値であり、焼損、はんだはずれなどがない状態では保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流は微小である。使用する抵抗としては、抵抗値が電流検出用ＩＣの内部の抵抗Ｒ１、Ｒ２に対して十分に小さい値であり、また、電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合に低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加され、ＩＣ内部が絶縁破壊などにより電流経路ができたときに保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流に対して十分に溶断するような抵抗を選定するか、または流れる電流を電流検出用ＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐよう十分に電流を抑制できる抵抗値及び容量を選定する。
【００９８】
他の詳細な説明は実施の形態１１と同一であるので省略する。
【００９９】
（実施の形態１４）
上記実施の形態１１から１３に示した電流検出器を使用したモータ制御装置である。詳細な説明は実施の形態１０から１３と同一であるので省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上のように、本発明にかかる電流検出用ＩＣは、電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することが可能となる。また、本発明の、電流検出用ＩＣを搭載したモータ制御装置は、装置の小型化、低コスト化が可能となるので、洗濯機、エアコン、冷蔵庫など広く一般のモータ使用機器の制御装置として有用である。
【符号の説明】
【０１０１】
３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２ スイッチング素子
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 電流検出用低抵抗
１０１ 電流検出用ＩＣ
１０２ 制御回路
１０３ 電流検出用ＩＣ
１０４ 制御回路
１０５ 差動増幅回路
１０６ 電流検出器
１０７ 電流検出器
１０８ コンデンサ
１１０、１１２ アンプ
１１３ 増幅率設定器
１２０、１２１、１２２ サージ保護素子
１５１ 樹脂モールド
１５２ リードフレーム
１５３ ベース基板
１５４ チップ
１５５ ワイヤーボンディング
１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ 保護素子
２０１ ＩＣのチップ
２０２ アルミ配線
２０３ ボンディングパッド
２０４ サージ保護素子
２０５ コンタクトホール
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ 入力端子
Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９ 出力端子
Ｔ１３、Ｔ１４ 増幅率設定端子
Ｔ１５ 電源端子
Ｔ１６ グランド端子
【技術分野】
【０００１】
本発明は、モータの制御回路の一部であるモータ電流検出用ＩＣ、およびこれを用いた電流検出器またはモータ制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、３相誘導電動機やブラシレスモータのような３相同期電動機（以下、総称としてモータと略す）の制御装置として、広く一般にインバータ回路が用いられており、その制御回路の一部分として、モータの巻線電流の検出が行われている。モータの巻線電流の検出方法として、大別して、２通りの方法がある。
【０００３】
１つめの方法は、モータの巻線につながる電路にホールセンサ等を使用した電流検出器を用いることで、モータ巻線の電流を直接検出する方法である。この方法では、モータの巻線電流が精度よく検出でき、また、ホール素子を用いたセンサを使用すると、巻線と制御回路間の絶縁が可能である。一般的に三相モータでは２回路を使用する場合が多い。しかしこの方法では、検出器（あるいは検出回路）が比較的大きく、また、高価である。一般的に産業用のサーボモータの制御回路等、高精度な制御が必要な制御装置に使用されている。
【０００４】
２つ目の方法は、インバータ回路の−側（下側）素子の−電源側に直列に電流検出用低抵抗を挿入し、その電圧降下を増幅し、検出する方法である。この方法では、インバータの各素子のオン、オフのタイミングに対して電流検出用低抵抗に流れる電流が変化するため、制御回路にて検出するタイミングの制御が必要であり、多くはマイクロコンピュータを用い、制御されている。また、検出する信号の電位はインバータ回路の−側の電位となるため、制御回路を同電位に設置する場合には問題ないが、制御回路をインバータ回路と絶縁した電位に設置する場合には何らかの絶縁回路が必要である。しかし、この方法では比較的安価に電流検出回路を構成できることから、産業用三相誘導電動機駆動用インバータや、洗濯機、エアコン等の家電用モータの制御に幅広く用いられている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
図９は、従来例の第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、ヒートポンプ式洗濯乾燥機への実施例を示している。
【０００６】
図９において、交流電源１より全波整流回路２０と電解コンデンサ２１より構成される整流回路２に交流電力を加えて直流電力に変換する直流電源を構成し、第１のインバータ回路３Ａ、第２のインバータ回路３Ｂ、および第３のインバータ回路３Ｃにより直流電力を３相交流電力に変換して、回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ（第２のモータ）４Ｂおよび送風ファンモータ４Ｃを駆動する。それぞれのインバータ回路の下アームスイッチングトランジスタのエミッタ端子に接続されモータ電流を検出する第１の電流検出手段５Ａ、第２の電流検出手段５Ｂ、および第３の電流検出手段５Ｃと、制御手段６により、回転ドラム駆動モータ（第１のモータ）４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ（第２のモータ）４Ｂおよび送風ファンモータ４Ｃのそれぞれのモータの電流を検出して制御を行う。
【０００７】
インバータ制御手段６０は、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３ＣをＰＷＭ制御するＰＷＭ制御手段（図示せず）および高速Ａ／Ｄ変換手段（図示せず）を複数個内蔵するマイクロコンピュータ、等の高速プロセッサにより構成され、インバータ回路３Ａ、３Ｂ、３Ｃを同時に制御するもので、回転ドラム駆動モータ４Ａ、ヒートポンプ用圧縮機モータ４Ｂ、送風ファンモータ４Ｃはそれぞれ異なる回転速度で制御する。
【０００８】
第１のインバータ回路３Ａは、回転ドラム駆動モータ４Ａを制御するものであり、位置検出手段４０ａによりロータ永久磁石の位置を検出し、第１の電流検出手段５Ａにより回転ドラム駆動モータ４Ａのモータ電流を検出して、回転ドラム駆動モータ４Ａを制御する。
【０００９】
第２のインバータ回路３Ｂは、ヒートポンプ用圧縮機モータ４Ｂを、第３のインバータ回路３Ｃは、送風ファンモータ４Ｃを、第１のインバータ回路３Ａと同様に制御を行う。
【００１０】
電流検出手段５Ａ、５Ｂ、５Ｃは３シャント式電流検知方式で、３ヶ又は２ヶのシャント抵抗と電流信号増幅手段より構成し、電流検出手段５Ａ、５Ｂ、５Ｃの基本構成は全く同じであり、モータ電流に応じてシャント抵抗値が異なるので、以下代表例について説明する。フルブリッジ３相インバータ回路下アームトランジスタのそれぞれのエミッタ端子（Ｎｕ、Ｎｖ、Ｎｗ）にシャント抵抗の一方の端子を接続し、シャント抵抗の他方の端子は直流電源負側Ｇ端子に接続するもので、それぞれ３ヶのシャント抵抗より構成されるため３シャント方式と呼ばれる。
【００１１】
図１０は、従来例におけるインバータ回路の詳細回路図であり、６個のトランジスタとダイオード、および制御用ＩＣよりなるパワーモジュールよりインバータ回路を構成している。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と略す）よりなる上アームトランジスタ３１ａ１と逆並列ダイオード３２ａ１の並列接続体と、ＩＧＢＴよりなる下アームトランジスタ３１ａ２と逆並列ダイオード３２ａ２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３１ａ１のコレクタ端子は直流電源の正電位端子Ｐ１に接続し、上アームトランジスタ３１ａ１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３１ａ２のエミッタ端子Ｎｕは電流検出手段５を構成するＵ相シャント抵抗５０ａを介して高圧直流電源の負電位側端子Ｇ１に接続する。
【００１２】
上アームトランジスタ３１ａ１は上アーム駆動信号Ｕｐに応じて上アームゲート駆動回路３３ａ１により駆動され、下アームトランジスタ３１ａ２は下アーム駆動信号Ｕｎに応じて下アームゲート駆動回路３３ａ２によりオンオフスイッチング制御される。
【００１３】
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は電流検出手段５を構成するＶ相シャント抵抗５０ｂ、Ｗ相シャント抵抗５０ｃに接続し、Ｖ相シャント抵抗５０ｂ、Ｗ相シャント抵抗５０ｃの他方の端子は直流電源負電位端子Ｇ１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、ＵＶＷ各相シャント抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの電圧ｖｅｕ、ｖｅｖ、ｖｅｗを検出することによりインバータ回路出力電流、すなわちモータ電流を検出できる。
【００１４】
図１１は、従来例による電流検出手段５の電流信号増幅手段を単電源増幅回路より構成した詳細回路図であり、ＵＶＷ各相シャント抵抗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。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００８−０５４８１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
しかしながら、このような従来のモータ電流検出回路は従来、モータの電流を電圧として検出するシャント抵抗と、増幅器を構成するアンプ（一般的にオペアンプが使用されている）と、増幅器のゲインを決定する複数の抵抗器と、コンデンサやダイオード等のその他の部品より構成されており、部品点数が多く、実装面積も必要で、コストの上でも高くついていた。また、前記先行技術では電流検出回路のモジュール化を記してあるが、前記シャント抵抗、増幅器を構成するアンプ、複数の抵抗器と、コンデンサやダイオード等の部品を例えばハイブリッドＩＣのようなモジュールとしてまとめたものであり、ある程度小型化にはなるものの限界があり、また、コスト的にはモジュール化することで決して安くはならないものである。
【００１７】
このように個々の部品を組み合わせて電流検出回路を構成しているのには下記の理由がある。
【００１８】
１つ目の理由は、モータの電流は正負両極性で流れるため、モータの電流検出回路のモータ電流を検出するシャント抵抗にも正負の電圧が流れ、その結果シャント抵抗の両端には正の電圧、負の電圧が発生する。一般的に増幅器を構成するアンプの入力端子には正負の電源電圧の範囲内の電圧を入力するのが普通である。前記シャント抵抗が発生する電圧をシャント抵抗に接続される増幅器に接続するには、使用するアンプに正負両電源の増幅器を使用するか、またはシャント抵抗が発生する負電圧がアンプに印加されないような回路構成とする必要があった。
【００１９】
２つ目の理由は、例えばモータ電流を検出するシャント抵抗がオープン等の異常時に増幅器にはモータを駆動する高電圧が印加される可能性があり、増幅器を構成するアンプの電源電圧をはるかに越えた電圧が印加され、アンプの樹脂モールドが破裂し、発火、発煙等の可能性がある。増幅器のゲインを構成する抵抗のうち、シャント抵抗とアンプの間に接続される抵抗器が異常時にアンプに流れ込む電流を抑制する働きがあり、また、場合によっては溶断することで被害を最小限にできた。
【００２０】
このような理由で、従来の電流検出回路は、部品点数が多く、実装面積も必要で、コストの上でも高く、また、モジュール化し小型化を図るとコスト的により高いものとなっていた。
【００２１】
本発明は、上記従来の課題を解決するもので、モータ制御回路の一部分を構成する電流検出回路おいて、小型化、部品点数削減、低コスト化を行うことを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００２２】
本発明は、上記目的を達成するために、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有する、モータ電流検出用ＩＣである。
【００２３】
これにより、電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現できるものである。
【発明の効果】
【００２４】
本発明の電流検出用ＩＣは、モータ制御回路に使用されている、電流検出回路の小型化、低コスト化を実施するものであり、モータ制御回路あるいはモータ制御装置、モータ制御装置を用いた種々の機器の小型化、低コスト化を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２５】
【図１】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図
【図２】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置の他のブロック図
【図３】本発明のＩＣ内部ブロック図
【図４】本発明の他のＩＣ内部ブロック図
【図５】本発明のＩＣ入力端子のサージ保護素子配置を示す図
【図６】本発明のＩＣ入力端子のサージ保護素子配置を示す他の図
【図７】本発明のＩＣの内部構造図
【図８】本発明のＩＣ入力端子近傍のアルミ配線を示す図
【図９】従来のモータ駆動装置のブロック図
【図１０】従来のモータ駆動装置のインバータ回路の詳細回路図
【図１１】従来のモータ駆動装置の電流信号増幅手段の単電源増幅回路の詳細回路図
【図１２】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置の別のブロック図
【図１３】本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のさらに別のブロック図
【発明を実施するための形態】
【００２６】
第１の発明は、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有し、回路をＩＣ化したことにより、モータを駆動するインバータ回路の下側のスイッチング素子の−電源側を一括接続し、直列に挿入された低抵抗の両端を前記前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子に接続することで、１シャント方式の電流検出回路を構成することができ、これにより電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００２７】
第２の発明は、上記第１の発明において、差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子とを複数組備えたことにより、例えば３回路分をＩＣとして構成した場合、モータを駆動するインバータ回路の下側のそれぞれのスイッチング素子の−側に個々に低抵抗を直列に挿入し、その抵抗の両端を前記差動増幅回路のそれぞれの＋、−一対の入力端子に接続することで、３シャント方式の電流検出回路を構成することができ、これにより電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００２８】
第３の発明は、上記第１または第２の発明において、差動増幅回路の増幅率は、外部から調整可能とする機能を設け、増幅率の設定用端子を設けた構成とすることにより、外部に設置する電流検出用低抵抗との組み合わせで、広範囲の電流検出値に対応することができる。
【００２９】
第４の発明は、上記第１から第３のいずれかの発明において、電源電圧が単電圧である、例えばＩＣの電源電圧は５Ｖ単一電源電圧とすることで、アナログ回路特有の正負の電源を必要とせず、マイコン等他の制御回路と共通の電源で動作することができる。
【００３０】
第５の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の正側との間に配置されることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の正側との間にサージ保護素子を配置することで、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００３１】
第６の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆とし直列に配置されることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆として配置することで、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００３２】
第７の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時に入力端子のリードフレームとシリコンチップ間のワイヤーボンディングを溶断させることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームと同チップ上のボンディングパッド間に使用するワイヤーボンディングに極力細いものを使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記ワイヤーボンディングを溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００３３】
第８の発明は、上記第１から第４のいずれかの発明において、差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時にシリコンチップ上のアルミ配線のボンディングパッド近傍を溶断させることにより、すなわち、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームよりワイヤーボンディングを介して接続される同チップ上のボンディングパッドとサージ保護素子を含む他の回路との間のアルミ配線の部分に極力細い部分を設けることにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記アルミ配線の細くなった部分を溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００３４】
第９の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明のモータ電流検出用ＩＣと、ＩＣの差動増幅回路の＋、−の入力端子間に接続した抵抗により、モータ電流検出器を構成したことにより、モータ電流検出器として、ＩＣ１個と低抵抗のわずかな部品で構成することができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することができる。
【００３５】
第１０の発明は、上記第１から第８のいずれかの発明のモータ電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００３６】
第１１の発明は、上記第１から第８の発明のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間のいずれか一方に保護素子を介して接続された抵抗により、モータ電流検出器を構成したことにより、モータ電流検出器として、ＩＣ１個と低抵抗のわずかな部品で構成することができ、また、前述の作動増幅回路の＋、−いずれか一方に素子を 介して低抵抗を接続することにより例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこの保護素子によりＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を 構成することができる。
【００３７】
第１２の発明は、上記第１１の発明の保護素子は電流を遮断するヒューズを使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこのヒューズが溶断しＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を 構成することができる。
【００３８】
第１３の発明は、上記第１１の発明の保護素子は抵抗を使用することにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合にこの抵抗を溶断しＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができ、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化、安全性の高い電流検出器を構成することができる。
【００３９】
第１４の発明は、上記第１１から第１３の発明のモータ電流検出器を使用した電流モータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００４０】
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、従来例と同じ構成のものは同一符号を付して説明を省略する。また、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。
【００４１】
（実施の形態１）
図１は本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図、図３は本発明の実施の形態１を含んだＩＣのブロック図であり、実施の形態１は図３の中の、入力端子Ｔ１、Ｔ２、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、アンプ１１０、出力端子Ｔ７の部分である。
【００４２】
図１で、３相モータ駆動用のインバータ回路はスイッチング素子３１ａ１と３１ａ２、３１ｂ１と３１ｂ２、３１ｃ１と３１ｃ２の直列に接続された２個１組を並列に３組、合計６個のスイッチング素子より構成されており、図１では例としてスイッチング素子にＩＧＢＴを使用している。２個１組のスイッチング素子の接続点、例えば３１ａ１の下側（エミッタ側）と３１ａ２の上側（コレクタ側）が接続されているが、その接続点より図示しないモータに接続されている。直列に接続された各下側スイッチング素子のエミッタ側は全て接続されており、電流検出用の抵抗である電流検出用低抵抗５０ｄに接続されている。電流検出用低抵抗５０ｄの両端は電流検出用ＩＣ１０１に入力されている。電流検出用ＩＣ１０１は電流検出用低抵抗５０ｄの両端の電圧を差動増幅回路１０５で増幅し、アナログの信号ｉｄｃとして出力する。この信号はマイクロコンピュータ等の制御回路１０２に入力され、Ａ／Ｄ変換を行い、電流検出値としてモータの速度制御、トルク制御等に使用される。
【００４３】
図３で、前述の電流検出用低抵抗５０ｄの両端は入力端子Ｔ１、Ｔ２に接続される。説明のため、入力端子Ｔ１には図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄの右側、下側ＩＧＢＴのエミッタ側が接続され、入力端子Ｔ２には図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄの左側、コンデンサＣ１側が接続されているとする。入力端子Ｔ１への入力電圧をＶT1［Ｖ］、入力端子Ｔ２への入力電圧をＶT2［Ｖ］、出力端子Ｔ７への出力電圧をＶOUT［Ｖ］、図３抵抗Ｒ４のＶREF側の電圧をＶREF［ｖ］、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５の抵抗値をＲ1［Ω］、Ｒ2［Ω］、Ｒ4［Ω］、Ｒ5［Ω］とすると、出力電圧は、
ＶOUT＝｛（Ｒ1Ｒ2＋Ｒ1Ｒ5）ＶREF＋（Ｒ2Ｒ4＋Ｒ4Ｒ5）ＶT1
＋（−Ｒ1Ｒ5−Ｒ4Ｒ5）ＶT2｝／｛Ｒ2（Ｒ1＋Ｒ4）｝
で表される。また、一般的に差動増幅回路を構成する場合、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５の値はＲ1＝Ｒ2、Ｒ4＝Ｒ5（またはＲ１：Ｒ４＝Ｒ２：Ｒ５）であり、前式にこれを代入すると、
ＶOUT＝ＶREF＋（ＶT1−ＶT2）Ｒ4／Ｒ1
となり、電圧ＶREFを仮想ＧＮＤとし、それを中心に、増幅率Ｒ4／Ｒ1で増幅された電圧を端子Ｔ７に接続する。
【００４４】
各定数の設計値の例を示す。今、モータ電流の最大値を±８Ａ（ゼロ−ピーク）とする。図１に示す電流検出用低抵抗５０ｄはインバータを構成するＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の動作に影響しないように、電流検出用低抵抗５０ｄによる電圧降下を１Ｖ以下とするべきである。低抵抗の値を５０ｍΩとしたとき、モータの最大電流による電圧降下は８Ａ×５０ｍΩ＝０．４Ｖであり、仮に８Ａを超えることがあってもインバータ回路の素子を余裕を持って駆動できる。図１に示す制御回路１０２をマイクロコンピュータのＡ／Ｄ変換器を想定すると、入力可能な電圧は一般的に０Ｖ〜５Ｖであり、その中心電圧の２．５Ｖを基準に±２．５Ｖの範囲に差動増幅器の電圧を設定したい。この場合には、ＩＣ内部の基準電圧ＶREFを２．５Ｖになるように設定する。図３に示す抵抗Ｒ６、Ｒ７、アンプ１１２より構成される基準電圧ＶＲＥＦが２．５Ｖとなるように抵抗Ｒ６、Ｒ７を設定する。例えばＩＣの電源電圧ＶＣＣが＋５Ｖの場合には抵抗Ｒ６とＲ７の値を等しく設定する。入力端子Ｔ１、Ｔ２間にはモータの最大電流８Ａ時に０．４Ｖの電圧が入力される。このときの振幅を２．５Ｖ以下とする必要がある。例えば図３の抵抗をＲ1＝Ｒ2＝４０ｋΩ、Ｒ4＝Ｒ5＝２００ｋΩと設定すると、増幅器の増幅率は２００ｋΩ／４０ｋΩ＝５倍となり、最大電流８Ａ時の出力端子Ｔ７の振幅は０．４Ｖ×５＝２．０Ｖとなる。
【００４５】
また、図１に示すように一般的に制御回路および検出回路の回路グランドＧＮＤは、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄの左側、スイッチング素子とは接続されていない側である。モータ電流が負である場合には、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄには図１の左側から右側に電流が流れる可能性がある。その場合に図３ＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には負の電圧が入力される。本発明はＩＣの負電圧がかかる可能性のある入力端子Ｔ１は負電圧に対する耐量を上げた構成としている。
【００４６】
また、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、図１の電流検出用低抵抗５０ｄの右側、すなわちＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３ＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。本発明はＩＣの過大電圧が印加される可能性がある端子Ｔ１は過大電圧が印加され、大電流が流れ込んだ場合に電流流入経路を遮断する機能を備え、樹脂パッケージの破裂、発火等に至らない構成としている。
【００４７】
なお、上記各定数は一例であり、モータの電流値、制御回路への出力電圧等の条件により、値は変化するものである。また、ＩＣの内部ブロック構成は一例であり、例えば入力端子Ｔ１、Ｔ２と差動増幅器への入力の極性や、差動増幅器の構成を別の構成としても良い。
【００４８】
（実施の形態２）
図２は本発明のＩＣを使用したモータ制御装置のブロック図、図４は本発明の実施の形態２を含んだＩＣのブロック図であり、実施の形態２は図４の中の、入力端子Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、抵抗Ｒ１、Ｒ２、Ｒ４、Ｒ５、Ｒ８、アンプ１１０、出力端子Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９の部分である。
【００４９】
以下、実施の形態１との違いを中心に説明する。実施の形態１と同様の構成については説明を省略する。
【００５０】
図２で、３相モータ駆動用のインバータ回路はスイッチング素子３１ａ１と３１ａ２、３１ｂ１と３１ｂ２、３１ｃ１と３１ｃ２の直列に接続された２個１組を並列に３組、合計６個のスイッチング素子より構成されており、図２では例としてスイッチング素子にＩＧＢＴを使用している。２個１組のスイッチング素子の接続点、例えば３１ａ１の下側（エミッタ側）と３１ａ２の上側（コレクタ側）が接続されているが、その接続点より図示しないモータに接続されている。直列に接続された各下側スイッチング素子のエミッタ側には、個々に電流検出用の抵抗である電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されており、各低抵抗の他端はインバータ電源の負側へと接続されている。各電流検出用の低抵抗の両端は電流検出用ＩＣ１０３に入力されている。すなわち、図２の電流検出用低抵抗５０ａのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ１に、電流検出用低抵抗５０ａの他端は入力端子Ｔ２に、図２の電流検出用低抵抗５０ｂのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ３に、電流検出用低抵抗５０ｂの他端は入力端子Ｔ４に、図２の電流検出用低抵抗５０ｃのＩＧＢＴ側は図４の入力端子Ｔ５に、電流検出用低抵抗５０ｃの他端は入力端子Ｔ６に、それぞれ接続されている。電流検出用ＩＣ１０３は電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの両端の電圧を増幅し、アナログの信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗとして出力する。この信号はマイクロコンピュータ等の制御回路１０４に入力され、Ａ／Ｄ変換を行い、電流検出値としてモータの速度制御、トルク制御等に使用される。
【００５１】
実施の形態１との違いは、実施の形態１が３相分の電流をまとめて検出していたのに対して、実施の形態２は各相独立して検出が可能である。このため、より高精度の制御が必要な場合に用いることができる。各定数の説明、耐負電圧、耐過電流等については実施の形態１と同様であるので省略する。
【００５２】
（実施の形態３）
上記実施の形態１または実施の形態２において、差動増幅回路１０５の増幅率を調整あるいは選択可能とする機能を設け、増幅率の設定用端子を設けた構成とする。図３及び図４を用いて一例を説明する。図３及び図４において、端子Ｔ１３、Ｔ１４は増幅率設定端子であり、増幅率設定器１１３に入力される。図３、図４の例では、端子Ｔ１３、Ｔ１４は２本あるので、４種類の状態を設定することができる。増幅率設定器１１３は例えば端子Ｔ１３、Ｔ１４の状態により、抵抗Ｒ４、Ｒ５の値を変更する。今、実施の形態１で説明したように、抵抗Ｒ１、Ｒ２が４０ｋΩであったとする。増幅率設定器１１３は端子Ｔ１３、Ｔ１４の状態によって、Ｒ４、Ｒ５を同時に１００ｋΩ、２００ｋΩ、４００ｋΩ、８００ｋΩと設定する。増幅率はそれぞれ２．５倍、５倍、１０倍、２０倍となる。
【００５３】
これによって、制御するモータの電流値が小さい場合、例えば電流が最大で１Ａ以下の場合には図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図３に示す同５０ａ、５０ｂ、５０ｃの値を１Ω、電流増幅率を２．５倍とすることで電流は小さいがＳ／Ｎ比に優れた電流検出が可能である。また、電流が大きい場合には、電流検出用抵抗の損失が大きくなるので、抵抗値をなるべく下げたい。例えば電流検出値の最大値が２０Ａの場合、図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図３に示す同５０ａ、５０ｂ、５０ｃの値を１０ｍΩ、電流増幅率を２０倍とすることで極力抵抗による損失を抑えた電流検出回路を構成することができる。
【００５４】
なお、増幅率の設定を２端子を用い、４通りの設定として説明を行ったが、増幅率設定端子の数は２端子以外の数でも良い。例えば増幅率設定端子を１端子のみとし、差動増幅回路の増幅率を５倍、１０倍といった２段階に設定することもできる。また、増幅率設定端子を３端子とし、５種類以上の差動増幅回路の増幅率の設定をすることもできる。また、増幅率をアナログ的に設定しても良い。例えば１端子で端子と回路ＧＮＤ間に抵抗を接続し、アナログ入力とすることで、増幅率設定器内部にカレントミラーを用い、各抵抗Ｒ４、Ｒ５をリニアに設定を行うこともできる。
【００５５】
（実施の形態４）
上記実施の形態１から実施の形態３のいずれかにおいて、ＩＣの電源電圧は例えば５Ｖ単一電源電圧とする。
【００５６】
図３及び図４を用いて一例を説明する。図３、図４において、端子Ｔ１５は＋側電源入力端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは端子Ｔ１５に接続されている。また、端子Ｔ１６はグランド端子、ＩＣ内部グランドＧＮＤに接続されている。実施の形態１から４で説明したように、本発明のＩＣは入力端子に負電圧の入力が可能であり、ＩＣの電源を＋５Ｖの単一電源とすることができる。これにより、制御回路を構成するマイコンやロジック回路と電源を共通にすることができ、アナログ回路特有の専用電源が不要であり、電流検出回路、モータ制御回路の小型化をはかることができる。
【００５７】
（実施の形態５）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの電源電圧の正側との間にサージ保護素子を配置する。
【００５８】
図５にその実施例を示す。端子Ｔは負電圧が印加される端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは外部より端子Ｔ１５を経て供給される。ＩＣ内部グランドＧＮＤは端子Ｔ１６を経て外部の回路グランドと接続されている。サージ保護素子１２０は図示のように入力端子ＴとＩＣ内部電源ＶＣＣ間に接続されている。サージ保護素子の特性はツェナーダイオードの特性に類似している。サージ保護素子の耐圧は電源電圧より十分に高い値である。例えばＩＣの電源電圧が５Ｖであるとき、サージ保護素子の耐圧は少なくとも７Ｖ程度以上とする必要がある。
【００５９】
端子Ｔに正電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２０はツェナーダイオードの順電圧特性を示し、ＩＣの電源電圧にツェナーダイオードの順電圧を加えた値でサージをクランプする。ＩＣ電源電圧が＋５Ｖであるとすると、正電圧側のサージは＋５．７Ｖ程度でクランプされる。
【００６０】
端子Ｔに負電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２０はＩＣの電源電圧からツェナーダイオードのツェナー電圧を引いた値でサージ電圧をクランプする。ＩＣの電源電圧が＋５Ｖ、サージ保護素子の耐圧が７Ｖであるとすると、負電圧側のサージは−２Ｖでクランプされる。
【００６１】
これにより、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６２】
（実施の形態６）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のワイヤーボンディングパッド近傍にＩＣの内部グランドとの間にサージ保護素子２個を極性を逆とし、直列に接続し配置する。差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６３】
図６にその実施例を示す。端子Ｔは負電圧が印加される端子、ＩＣ内部電源ＶＣＣは外部より端子Ｔ１５を経て供給される。ＩＣ内部グランドＧＮＤは端子Ｔ１６を経て外部の回路グランドと接続されている。サージ保護素子１２１、１２２は図示のように逆極性に直列に入力端子ＴとＩＣ内部電源ＶＣＣ間に接続されている。サージ保護素子の特性はツェナーダイオードの特性に類似している。サージ保護素子の耐圧は、サージ保護素子１２１は２Ｖ程度以上、サージ保護素子１２２はＩＣの電源電圧よりも十分に高い価が必要である。
【００６４】
端子Ｔに正電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２１はツェナーダイオードの順電圧特性を示し、サージ保護素子１２２はツェナーダイオードのツェナー電圧特性を示す。これらの電圧を加えた値でサージをクランプする。ＩＣ電源電圧が＋５Ｖであり、サージ保護素子１２２の耐圧を７Ｖとすると、正電圧側のサージは＋７．７Ｖ程度でクランプされる。
【００６５】
端子Ｔに負電圧のサージが印加された場合、サージ保護素子１２１はツェナーダイオードのツェナー電圧特性を示し、サージ保護素子１２２はツェナーダイオードの順電圧特性を示す。サージ保護素子１２１の耐圧が２Ｖであるとすると、負電圧側のサージは−２．７Ｖでクランプされる。
【００６６】
これにより、差動増幅回路の入力端子に負電圧が印加された場合にもサージ保護素子を通じてリーク電流が流れることは無く、負電圧の印加を可能とすることにより、モータ電流が負になる場合にもＩＣの破壊等なく、正確な電流を検出することができる。
【００６７】
（実施の形態７）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームと同チップ上のボンディングパッド間に使用するワイヤーボンディングに極力細いものを使用する。
【００６８】
図７はＩＣの構造である。端子１５２、ベース基板１５３は、リードフレームを打ち抜き構成されている。一般的にベース基板１５３はＩＣを構成する複数の端子１５２のいずれか１本と共通である。チップ１５４はベース基板１５３に銀ペースト等で接着されている。ワイヤーボンディング１５５はリードフレーム１５２とチップ１５４上のボンディングパッドを電気的に接続する。樹脂モールド１５１はＩＣのチップ、ワイヤーの保護とリードフレームの固定を行っている。
【００６９】
図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図２に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、必ずワイヤーボンディング１５５を通り、実施の形態７、実施の形態８で示したサージ保護素子に電流が流れる。このワイヤーボンディングに極力細いものを使用する。
【００７０】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記ワイヤーボンディング溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００７１】
（実施の形態８）
上記実施の形態１から実施の形態４のいずれかにおいて、差動増幅回路の入力端子のＩＣピンを形成するリードフレームよりワイヤーボンディングを介して接続される同チップ上のボンディングパッドとサージ保護素子を含む他の回路との間のアルミ配線の部分に極力細い部分を設ける。
【００７２】
図８はＩＣのボンディングパッド付近の構造である。ＩＣのチップ２０１の表面には、アルミ配線が施されている。ボンディングパッド２０３付近のアルミ配線２０２は一般的にボンディングパッド近傍に設置されるサージ保護素子２０４と太く直結されている。それぞれの信号はサージ保護素子を通り、例えばコンタクトホール２０５を通り、あるいは表層上のアルミ配線でＩＣ内部へと配線されている。図８（ａ）は一般的に行われているボンディングパッド付近のアルミ配線の例である。
【００７３】
本発明のボンディングパッド近傍のアルミ配線を図８（ｂ）に示す。ボンディングパッド２０３からサージ保護素子２０４の間のアルミ配線に細い部分を設けている。それぞれの信号はサージ保護素子を通り、例えばコンタクトホール２０５を通り、あるいは表層上のアルミ配線でＩＣ内部へと配線されている。
【００７４】
図１に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄ、図２に示す電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、必ずボンディングパッド２０３を通り、実施の形態７、実施の形態８にも示したサージ保護素子２０４に電流が流れる。ボンディングパッドからサージ保護素子のアルミ配線に細い部分を作りこむ。
【００７５】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れた場合に前記アルミ配線の細くなった部分を溶断させることでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００７６】
（実施の形態９）
上記実施の形態１から実施の形態８のいずれかに示した電流検出用ＩＣと、入力端子に接続された電流検出用の低抵抗で構成される電流検出器である。
【００７７】
図１及び図２にモータ制御装置のブロック図を示す。
【００７８】
図１のモータ制御装置構成において、６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子は接続されており、電流検出用低抵抗５０ｄに接続されており、他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図１では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８の両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０６は前述の電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄと電流検出用ＩＣ１０１より構成される。電流検出用低抵抗の両端は図３に示す電流検出用ＩＣのブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へと接続されている。端子Ｔ１、Ｔ２は電流検出用ＩＣ１０１内部にて、増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００７９】
次に、図２のモータ制御装置構成において説明する。６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子にはそれぞれ別個に電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ３１ａ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ａの一端が、ＩＧＢＴ３１ｂ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ｂの一端が、ＩＧＢＴ３１ｃ２のエミッタ側には電流検出用低抵抗５０ｃの一端が接続されており、それぞれの電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図２では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０７は前述の電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃと電流検出用ＩＣ１０３より構成される。電流検出用低抵抗の両端は、電流検出用低抵抗５０ａの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３のブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へ、電流検出用低抵抗５０ｂの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ３、Ｔ４へ、電流検出用低抵抗５０ｃの両端が図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ５、Ｔ６へとそれぞれ接続されている。それぞれの端子は電流検出用ＩＣ１０３内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００８０】
（実施の形態１０）
上記実施の形態１から実施の形態８のいずれかに示した電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置である。
【００８１】
図１及び図２にモータ制御装置のブロック図を示す。ＩＣ内部の構成、動作、電流検出の内容は既に説明したので省略する。
【００８２】
図１の制御回路１０２は、例えば図示しないマイコンを中心に構成されており、電流検出信号ｉｄｃはマイコンのＡ／Ｄ変換ポートに接続されている。マイコンはインバータを構成するスイッチング素子３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２のゲート信号を制御し、モータを駆動する。電流検出は、例えはスイッチング素子３１ａ１、３１ｂ１、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄとＩＣを介して、スイッチング素子３１ｃ１と３１ｃ２と接続されているモータ巻線の電流を、モータ巻線からインバータの回路方向への電流を検出することができる。また、例えはスイッチング素子３１ａ１、３１ｂ２、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ｄとＩＣを介して、スイッチング素子３１ａ１と３１ａ２と接続されているモータ巻線の電流を、インバータ回路からモータの巻線の方向への電流を検出することができる。
【００８３】
制御回路１０２はこのようにして得たモータ巻線電流と、図示しない他の検出器の情報、例えばモータに付属した位置センサや速度センサ、電源電圧のセンサなどを用い、モータを制御する。
【００８４】
このように図１のような電流検出用の抵抗を１箇所のみで行うと、コスト的には有利ではあるが、インバータ回路の動作と電流の向きによってどこを流れる電流を検出しているか制御回路が判断する必要がある。このような構成はファンモータの制御など、比較的簡単なモータ制御装置に多く使用されている。
【００８５】
図２の制御回路１０４は、例えば図示しないマイコンを中心に構成されており、電流検出信号ｉｕ、ｉｖ、ｉｗはマイコンのＡ／Ｄ変換ポートに接続されている。マイコンはインバータを構成するスイッチング素子３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２のゲート信号を制御し、モータを駆動する。電流検出は、例えはインバータ回路の下側のスイッチング素子３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２がオン、他の３個がオフしている場合、電流検出用の電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃとＩＣを介して、３相全てのモータ巻線の電流を、電流の方向に関わらず検出することができる。このように電流検出用抵抗を各相に挿入することで、電流検出を行ううえでの制約は少なくなるので、例えば誘導電動機やブラシレスモータなどのベクトル制御のように比較的高度な制御法を用いる機器に広く用いられている。他の動作は図１の制御回路と同様なので省略する。
【００８６】
以上のように本発明の電流検出用ＩＣを備えた電流検出回路を使用したモータ制御装置を構成することで、小型で安価なモータ制御装置を実現することができる。
【００８７】
（実施の形態１１）
上記実施の形態１から実施の形態８に示した電流検出用ＩＣと、入力端子のいずれか一方に保護素子を介して接続し、他方直接接続はされた電流検出用の低抵抗と、で構成される電流検出器である。
【００８８】
図１２及び図１３にモータ制御装置のブロック図を示す。
【００８９】
図１２のモータ制御装置において、６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子は接続されており、電流検出用低抵抗５０ｄに接続されており、他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図１では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８の両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０６は前述の電流検出用の低抵抗５０ｄと電流検出用ＩＣ１０１と保護素子１６１ｄより構成される。電流検出用低抵抗５０ｄの端子は、下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子側と接続されている側が保護素子１６１ｄを介して、他端は直接、図３に示す電流検出用ＩＣのブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２の端子へと接続されている。端子Ｔ１、Ｔ２は電流検出用ＩＣ１０１内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００９０】
次に、図１３のモータ制御装置構成において説明する。６個のＩＧＢＴ ３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２よりインバータ回路を構成している。下側の３個のＩＧＢＴ ３１ａ２、３１ｂ２、３１ｃ２の−電源側端子であるエミッタ端子にはそれぞれ別個に電流検出用低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが接続されている。すなわち、ＩＧＢＴ３１ａ２のエミッタ側には低抵抗５０ａの一端が、ＩＧＢＴ３１ｂ２のエミッタ側には低抵抗５０ｂの一端が、ＩＧＢＴ３１ｃ２のエミッタ側には低抵抗５０ｃの一端が接続されており、それぞれの低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃの他端はコンデンサ１０８の−側へと接続されている。一般的に、コンデンサ１０８の両端、図２では左側には図示しない商用の交流電源の整流回路が接続されており、例えば単相交流１００Ｖの倍電圧整流回路あるいは単相または三相交流２００Ｖの全波整流回路が接続されている場合には、コンデンサ１０８両端の電圧は約２８０Ｖの直流電圧が印加される。電流検出器１０７は前述の電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃと電流検出用ＩＣ１０３と保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃより構成される。電流検出用低抵抗の両端は、低抵抗５０ａのＩＧＢＴ ３１ａ２と接続されている側が保護素子１６１ａを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３のブロック図中の端子Ｔ１、Ｔ２へ接続されている。低抵抗５０ｂのＩＧＢＴ３１ｂ２と接続されている側が保護素子１６１ｂを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ３、Ｔ４へ接続されている。低抵抗５０ｃのＩＧＢＴ３１ｃ２と接続されている側が保護素子１６１ｃを介して、他端が直接、図４に示す電流検出用ＩＣ１０３の端子Ｔ５、Ｔ６へとそれぞれ接続されている。それぞれの端子は電流検出用ＩＣ１０３内部にて、差動増幅回路１０５の入力である。ＩＣの詳細説明は既に前述しているので省略する。
【００９１】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合、低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加される可能性がある。このとき、図３及び図４のＩＣのブロック図の入力端子Ｔ１には過大な電圧が印加される可能性がある。このときに電流が流れる経路として、図１２では必ず保護素子１６１ｄを、また、図１３では必ず保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃを経由し、実施の形態７、実施の形態８で示したサージ保護素子に電流が流れる。この保護素子に電流を抑制するものを使用する。また、保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄのインピーダンスは電流検出用ＩＣの内部の抵抗Ｒ１、Ｒ２に対して十分に小さい値である必要がある。
【００９２】
これにより、例えば前記ＩＣ外部に接続された電流検出用の低抵抗がオープンとなった場合に、低抵抗のスイッチング素子側に接続された端子より大電流が流れることを防ぐことでＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐことができる。
【００９３】
（実施の形態１２）
上記実施の形態１１に示した保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄとして電流を遮断するヒューズを使用する。
【００９４】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが正常な状態、すなわち低抵抗の抵抗値が正しい値であり、焼損、はんだはずれなどがない状態では保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流は微小である。使用するヒューズとしては小さい電流で遮断できるもので良く、例えば０．１Ａ程度の電流ヒューズで十分である。
【００９５】
他の詳細な説明は実施の形態１１と同一であるので省略する。
【００９６】
（実施の形態１３）
上記実施の形態１１に示した保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄとして抵抗を使用する。
【００９７】
図１２のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ｄ、図１３のモータ制御装置に示す電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが正常な状態、すなわち低抵抗の抵抗値が正しい値であり、焼損、はんだはずれなどがない状態では保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流は微小である。使用する抵抗としては、抵抗値が電流検出用ＩＣの内部の抵抗Ｒ１、Ｒ２に対して十分に小さい値であり、また、電流検出用の低抵抗５０ａ、５０ｂ、５０ｃが焼損やはんだはずれなどでオープンとなった場合に低抵抗のＩＧＢＴ側にはインバータ回路の高電圧が印加され、ＩＣ内部が絶縁破壊などにより電流経路ができたときに保護素子１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄに流れる電流に対して十分に溶断するような抵抗を選定するか、または流れる電流を電流検出用ＩＣの破裂、発火等不安全を防ぐよう十分に電流を抑制できる抵抗値及び容量を選定する。
【００９８】
他の詳細な説明は実施の形態１１と同一であるので省略する。
【００９９】
（実施の形態１４）
上記実施の形態１１から１３に示した電流検出器を使用したモータ制御装置である。詳細な説明は実施の形態１０から１３と同一であるので省略する。
【産業上の利用可能性】
【０１００】
以上のように、本発明にかかる電流検出用ＩＣは、電流検出回路として、小型化、部品点数が少なく、実装面積が小さく、低コスト化を実現することが可能となる。また、本発明の、電流検出用ＩＣを搭載したモータ制御装置は、装置の小型化、低コスト化が可能となるので、洗濯機、エアコン、冷蔵庫など広く一般のモータ使用機器の制御装置として有用である。
【符号の説明】
【０１０１】
３１ａ１、３１ａ２、３１ｂ１、３１ｂ２、３１ｃ１、３１ｃ２ スイッチング素子
５０ａ、５０ｂ、５０ｃ、５０ｄ 電流検出用低抵抗
１０１ 電流検出用ＩＣ
１０２ 制御回路
１０３ 電流検出用ＩＣ
１０４ 制御回路
１０５ 差動増幅回路
１０６ 電流検出器
１０７ 電流検出器
１０８ コンデンサ
１１０、１１２ アンプ
１１３ 増幅率設定器
１２０、１２１、１２２ サージ保護素子
１５１ 樹脂モールド
１５２ リードフレーム
１５３ ベース基板
１５４ チップ
１５５ ワイヤーボンディング
１６１ａ、１６１ｂ、１６１ｃ、１６１ｄ 保護素子
２０１ ＩＣのチップ
２０２ アルミ配線
２０３ ボンディングパッド
２０４ サージ保護素子
２０５ コンタクトホール
Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ４、Ｔ５、Ｔ６、Ｔ 入力端子
Ｔ７、Ｔ８、Ｔ９ 出力端子
Ｔ１３、Ｔ１４ 増幅率設定端子
Ｔ１５ 電源端子
Ｔ１６ グランド端子
【特許請求の範囲】
【請求項１】
差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有する、モータ電流検出用ＩＣ。
【請求項２】
差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子とを複数組備えた請求項１記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項３】
差動増幅回路の増幅率は、外部から調整可能な請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項４】
電源電圧が単電圧である、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項５】
差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の正側との間に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項６】
差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆とし直列に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項７】
差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時に入力端子のリードフレームとシリコンチップ間のワイヤーボンディングを溶断させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項８】
差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時にシリコンチップ上のアルミ配線のボンディングパッド近傍を溶断させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間に接続される抵抗より構成する、モータ電流検出器。
【請求項１０】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣを使用したモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間のいずれか一方に保護素子を介して接続された抵抗より構成する、モータ電流検出器。
【請求項１２】
請求項１１の保護素子は電流を遮断するヒューズである、モータ電流検出器。
【請求項１３】
請求項１１の保護素子は抵抗である、モータ電流検出器。
【請求項１４】
請求項１１から１３いずれか１項に記載のモータ電流検出器を使用したモータ制御装置。
【請求項１】
差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子を備え、前記差動増幅回路の入力端子は負電圧の入力が可能であり、前記差動増幅回路の入力端子は過大電圧入力時に過大電圧が入力された端子の回路を遮断する機能を有する、モータ電流検出用ＩＣ。
【請求項２】
差動増幅回路と、前記差動増幅回路の＋、−一対の入力端子と、前記差動増幅回路の出力端子とを複数組備えた請求項１記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項３】
差動増幅回路の増幅率は、外部から調整可能な請求項１または２のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項４】
電源電圧が単電圧である、請求項１から３のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項５】
差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の正側との間に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項６】
差動増幅回路の＋、−の入力端子に配置されるサージ保護素子は、電源電圧の負側との間に２個のサージ保護素子を極性を逆とし直列に配置される、請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項７】
差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時に入力端子のリードフレームとシリコンチップ間のワイヤーボンディングを溶断させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項８】
差動増幅回路の＋、−の入力端子は、過大電圧入力時にシリコンチップ上のアルミ配線のボンディングパッド近傍を溶断させることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣ。
【請求項９】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間に接続される抵抗より構成する、モータ電流検出器。
【請求項１０】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣを使用したモータ制御装置。
【請求項１１】
請求項１から８いずれか１項に記載のモータ電流検出用ＩＣと、差動増幅回路の＋、−の入力端子間のいずれか一方に保護素子を介して接続された抵抗より構成する、モータ電流検出器。
【請求項１２】
請求項１１の保護素子は電流を遮断するヒューズである、モータ電流検出器。
【請求項１３】
請求項１１の保護素子は抵抗である、モータ電流検出器。
【請求項１４】
請求項１１から１３いずれか１項に記載のモータ電流検出器を使用したモータ制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【公開番号】特開２０１１−２５４５６１（Ｐ２０１１−２５４５６１Ａ）
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−１１３８８４（Ｐ２０１０−１１３８８４）
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年１２月１５日（２０１１．１２．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年５月１８日（２０１０．５．１８）
【出願人】（０００００５８２１）パナソニック株式会社 (73,050)
【Ｆターム（参考）】
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