車両用電動モータの駆動制御装置
【課題】ドライバのエネルギー耐量を上げたりドライバ数を増加させること無く、かつ、高周波のデューティ駆動も行える車両用電動モータの駆動制御装置を提供する。
【解決手段】ツェナーダイオード４を用いて、通常の制御時にＭＯＳトランジスタ３ａをオフする際のエネルギーを吸収する。これにより、電動モータ２を駆動しているときにはエネルギーをＭＯＳトランジスタ３ａで消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させられる。また、ロードダンプ発生時には、その際に生じる電圧の大きさを第１スイッチ５のオンによりツェナーダイオード４のクランプ電圧に抑制できる。このため、ＭＯＳトランジスタ３ａに過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバのエネルギー耐量を上げたりドライバ数を増加させたりしなくても済み、高周波のＰＷＭ駆動とロードダンプ対策とを両立させることが可能となる。
【解決手段】ツェナーダイオード４を用いて、通常の制御時にＭＯＳトランジスタ３ａをオフする際のエネルギーを吸収する。これにより、電動モータ２を駆動しているときにはエネルギーをＭＯＳトランジスタ３ａで消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させられる。また、ロードダンプ発生時には、その際に生じる電圧の大きさを第１スイッチ５のオンによりツェナーダイオード４のクランプ電圧に抑制できる。このため、ＭＯＳトランジスタ３ａに過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバのエネルギー耐量を上げたりドライバ数を増加させたりしなくても済み、高周波のＰＷＭ駆動とロードダンプ対策とを両立させることが可能となる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子をオンオフ制御することで電動モータの駆動を制御する車両用電動モータの駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体スイッチング素子をオンオフ制御することで電動モータをＰＷＭ駆動する車両用電動モータの駆動制御装置がある。電動モータをＰＷＭ駆動する場合、オフ時に生じるサージによるエネルギー吸収を行わなければならない。このため、従来では、電動モータを駆動するための半導体スイッチング素子で構成されるドライバを複数個設け、ドライバによりエネルギーを吸収する手法、もしくは、電動モータに並列的に接続した還流ダイオードおよびトランジスタの直列回路にてサージによるエネルギーを電動モータ、還流ダイオードおよびトランジスタにおいてジュール熱に変換する手法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００１−５２２６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前者の手法では、オフ時のエネルギーが大きい場合、電動モータの駆動に用いられるドライバのエネルギー耐量を上げるか、ドライバ数を増加させることが必要になる。また、後者の手法では、電動モータの発熱が大きくなるという問題が発生するのに加え、駆動制御装置が回生電圧をモニタして所定の電圧にまで落ちると再度電動モータをオンさせるというシステムに適用された場合、還流動作中は回生電圧のモニタが不可能なため、高周波のＰＷＭ駆動については、上記還流完了後に開始することとなり、その分だけＰＷＭ駆動の開始が遅れることになる。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、ドライバのエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させること無く、かつ、高周波のＰＷＭ駆動も行える車両用電動モータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電動モータ（２）に対して第１スイッチ（５）を並列接続し、監視回路（６）にて、半導体スイッチング素子（３ａ）に印加される電圧に基づいて第１スイッチのオンオフを制御し、半導体スイッチング素子に印加される電圧が第１閾値未満のときには第１スイッチをオフし、その電圧が第１閾値以上のときには第１スイッチをオンすることを特徴としている。
【０００６】
このようにすれば、ツェナーダイオード（４）を用いて、通常の制御時に半導体スイッチング素子をオフする際のエネルギーを吸収できる。これにより、電動モータを駆動しているときにはエネルギーを半導体スイッチング素子で消費させ、電動モータの駆動を停止したときにはツェナーダイオードでエネルギーを消費させることができる。また、ロードダンプ発生時には、その際に生じる電圧の大きさを第１スイッチのオンによりツェナーダイオードのクランプ電圧に抑制することができる。このため、半導体スイッチング素子に過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバ回路のエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させなくても済むようにできる。また、特許文献１に示したような還流方式を採用した態様と比較して、回生電圧のモニタができない期間が短いため、その後の高周波のデューティ駆動については早期に開始することが可能となる。このように、高周波のＰＷＭ駆動とロードダンプ対策とを両立させることが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知回路（１１）と、温度検知回路にてオンオフ制御され、半導体スイッチング素子とツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）とを備え、温度検知回路にて、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、第２スイッチにて半導体スイッチング素子からツェナーダイオードを切り離し、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続することを特徴としている。
【０００８】
このようにすれば、半導体スイッチング素子の温度に応じて電動モータの駆動を停止するときのエネルギーをツェナーダイオードで消費するか、ドライバ回路で消費するかを決めることができる。そして、半導体スイッチング素子が第２閾値（高温）になるまではドライバ回路で電動モータの駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオードでのエネルギー消費が少なくなるようにしている。これにより、ツェナーダイオードへの熱集中を抑制でき、より一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにすることが可能となる。
【０００９】
この場合、請求項５に示すように、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値未満の状態から第２閾値を超えたときには、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値よりも低い第４閾値（Ｋ１）に低下するまで、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続するように、ヒステリシスを設けるようにすれば、第２スイッチのオンオフ切替を何度も繰り返してしまうような発振を防止することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、半導体スイッチング素子とツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）を備え、ドライバ回路に備えられる半導体スイッチング素子が駆動装置（７）にてＰＷＭ制御される場合に、該駆動装置により半導体スイッチング素子の制御状態に基づいて半導体スイッチング素子の温度を推定し、該推定による半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、第２スイッチにて半導体スイッチング素子からツェナーダイオードを切り離し、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続することを特徴としている。
【００１１】
このように、半導体スイッチング素子のオンオフを制御する駆動装置にて半導体スイッチング素子の温度を推定することも可能である。これにより、請求項２と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１２】
この場合、請求項４に示すように、駆動装置（７）にて、推定による半導体スイッチング素子の温度が第２閾値よりも高い第３閾値（Ｋ３）以上になると、半導体スイッチング素子の単位時間当たりのオンオフの切替回数を第３閾値未満のときよりも少なくすることもできる。
【００１３】
これにより、電動モータの駆動・停止による発熱自体を抑えることが可能となり、ドライバ回路およびツェナーダイオードの温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置１の回路模式図である。本実施形態に示す電動モータ２は、例えばブレーキ液圧制御用アクチュエータに形成される管路中のブレーキ液の吸入吐出を行うポンプを駆動するために用いられる。
【００１７】
図１に示すように、電動モータ２の駆動制御装置１は、ドライバ回路３と、ツェナーダイオード４と、スイッチ（第１スイッチ）５と、ＩＧ（イグニッション）高電圧監視回路６とを備えた構成とされている。
【００１８】
ドライバ回路３は、半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａにて構成され、バッテリなどの電源（＋ＢＭ）から電動モータ２への通電を制御する。ＭＯＳトランジスタ３ａは、ブレーキＥＣＵのＣＰＵ等で構成される駆動装置７からの制御信号によりオンオフ駆動される。このＭＯＳトランジスタ３ａは、電動モータ２に対して直列接続されており、ＭＯＳトランジスタ３ａのゲート電位が制御されることにより、電動モータ２への通電が制御される。
【００１９】
ツェナーダイオード４は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタ３ａの場合、両端（ソース−ドレイン）間に並列接続されており、カソードがＭＯＳトランジスタ３ａのハイサイド側（ドレイン）と、アノードがＭＯＳトランジスタ３ａのローサイド側（ソース）と接続されている。このツェナーダイオード４のクランプ電圧（ツェナー降伏電圧（＝第１閾値））はＭＯＳトランジスタ３ａのクランプ電圧（ブレイクダウン電圧）より小さく設定されており、ツェナーダイオード４により、ＭＯＳトランジスタ３ａのソース−ドレイン間にツェナー降伏電圧を超える電圧が印加されない構成とされている。
【００２０】
また、スイッチ５は、例えば半導体スイッチング素子で構成され、電動モータ２に対して並列接続されている。そして、図示しないＩＧスイッチの投入に伴ってＭＯＳトランジスタ３ａのドレインおよびツェナーダイオード４のカソード側に印加される電圧が高電圧であるか否かがＩＧ高電圧監視回路６にて監視され、その監視結果に基づいてスイッチ５がオンオフ制御される。これらスイッチ５とＩＧ高電圧監視回路６は、図中に示したように１チップのＩＣ９にて構成されているが、別々の構成であっても構わない。
【００２１】
図２は、このような構成の車両用電動モータ２の駆動制御装置１の具体的な構成例を示した回路図である。
【００２２】
この図に示すように、スイッチ５は、ダーリントン接続されたＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂによって構成され、ＩＧ高電圧監視回路６は、抵抗６ａとツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃとを直列接続した回路にて構成され、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃとの間の電位をＮＰＮトランジスタ５ｂのベース電位として用いることで、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂのオンオフを制御することができる。なお、ＮＰＮトランジスタ５ｂのベースとＮＰＮトランジスタ５ａのエミッタの間にはノイズによる誤作動防止用のコンデンサ８が接続されている。
【００２３】
続いて、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１の作動について説明する。図３に、通常の制御時およびロードダンプ時それぞれのタイミングチャートを示し、この図を参照して説明する。
【００２４】
（１）通常の制御時の動作
ＭＯＳトランジスタ３ａのドレイン側に通常通りの電圧（例えばバッテリ電圧）が印加されている時には、ＩＧ高電圧監視回路６で高電圧が印加されていないと判定され、スイッチ５はオフとなる。例えば、電動モータ２の駆動制御装置１が図２の回路構成とされた場合には、ツェナーダイオード６ｂにて抵抗６ｃ側に電流が流れないようにされるため、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃの電位はＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂの動作電位を超えず、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂで構成されたスイッチ５がオフとなる。したがって、スイッチ５がオフされた状態で通常の制御が行われる。
【００２５】
具体的には、駆動装置７からの制御信号に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａがオンされると（図３（ａ）の時点Ｔ１、Ｔ３）、電動モータ２に印加される電圧ＶＭＴは通常通りの電圧となり、電動モータ２が駆動される。このとき、ツェナーダイオード４にはクランプ電圧を超える電圧が印加されないため、生じたエネルギーは、ＭＯＳトランジスタ３ａで消費される。また、駆動装置７からの制御信号に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａがオフされると（図３（ａ）の時点Ｔ２、Ｔ４）、瞬間的に逆起電力が発生したのち、後は電動モータ２の慣性による回転数に応じた値の電圧ＶＭＴが生じる。この逆起電力により、ＭＯＳトランジスタ３ａと電動モータ２との間の電圧ＶＭＴが低下し、ツェナーダイオード４のクランプ電圧を超えてツェナーダイオード４に電流が流れる。このため、このときに生じるエネルギーは、ツェナーダイオード４で消費される。このように、電動モータ２を駆動中にはＭＯＳトランジスタ３ａでエネルギーを消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させることで、エネルギーを熱分散することが可能となる。
【００２６】
（２）ロードダンプ時（サージ発生時）の動作
ＭＯＳトランジスタ３ａのドレイン側に通常の制御時を超えるサージ電圧が印加されると、ＩＧ高電圧監視回路６で高電圧が印加されたと判定され、スイッチ５がオンされる。例えば、電動モータ２の駆動制御装置１が図２の回路構成とされた場合には、ツェナーダイオード６ｂのクランプ電圧を超え、抵抗６ｃ側に電流が流れるため、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃの電位がＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂの動作電位を超える。このため、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂで構成されたスイッチ５がオンする（図３（ｂ）の時点Ｔ５）。また、それとほぼ同時にツェナーダイオード４にもクランプ電圧以上の電圧が印加されるため、ツェナーダイオード４に電流が流れる（図３（ｂ）の時点Ｔ６）。このため、ロードダンプ電流（サージ電流）を逃がすことができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、ツェナーダイオード４を用いて、通常の制御時にＭＯＳトランジスタ３ａをオフする際のエネルギーを吸収できるようにしている。これにより、電動モータ２を駆動しているときにはエネルギーをＭＯＳトランジスタ３ａで消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させることができる。このため、ＭＯＳトランジスタ３ａに過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバのエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させなくても済むようにできる。また、特許文献１に示したような還流方式を採用する態様と比較して回生電圧のモニタができない期間を短くすることができるため、回生電圧をモニタした後に電動モータ２を再度オンする場合であっても高周波のＰＷＭ駆動を早期に開始することが可能となる。そして、このようなツェナーダイオード４として、ロードダンプ等のサージ発生時にサージ電流を逃がすために従来から備えられているものを兼用することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態に示した電動モータ２の駆動制御装置１により、十分に高速なＰＷＭ駆動を行うことが可能になるが、車両の振動音対策として、より一層高速なＰＷＭ駆動が望まれる。しかしながら、電動モータ２のＰＷＭ駆動が高速になればなるほど、電動モータ２の駆動を停止したときのエネルギーが駆動中のエネルギーよりも大きいため、ＭＯＳトランジスタ３ａでのエネルギー消費よりもツェナーダイオード４でのエネルギー消費の方が多くなり、ツェナーダイオード４への熱集中が生じるため、第１実施形態に示した電動モータ２の駆動装置７では高速なＰＷＭ駆動に限界（例えば、周期５０Ｈｚ程度のＰＷＭ駆動では熱分散が可能）がある。そこで、本実施形態では、第１実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１をより一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにする。
【００２９】
図４は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態に示した電動モータ２の駆動制御装置１に対して、ドライバ回路３に温度検知回路１１を組み込んだこと、および、スイッチ（第２スイッチ）１２を備えたことが異なる。
【００３０】
ドライバ回路３に組み込まれた温度検知回路１１は、ＭＯＳトランジスタ３ａの発熱による温度上昇を検知するものであり、ドライバ回路３の温度が所定の閾値に達したか否かを判定し、その判定結果に応じた出力信号を発生するものである。スイッチ１２は、温度検知回路１１の出力信号に基づいてオンオフ駆動されるものであり、ツェナーダイオード４のアノードとドライバ回路３内のＭＯＳトランジスタ３ａのローサイド側（カソード）との間に備えられている。このため、スイッチ１２がオンされているときにはツェナーダイオード４と電動モータ２とが接続され、スイッチ１２がオフされているときにはツェナーダイオード４と電動モータ２とが接続されていない状態となる。
【００３１】
図５は、このような構成の電動モータ２の駆動制御装置１の具体的な構成例を示した回路図である。なお、ＩＧ高電圧監視回路６に関しては、図２と同様であるため、ブロック図で示してある。
【００３２】
この図に示すように、温度検知回路１１は、例えば複数個のダイオード２０の順方向電圧Ｖ１に基づいて、スイッチ１２のオンオフを制御し、ツェナーダイオード４と電動モータ２の接続状態を制御する。温度検知回路１１のうち、温度特性を有するダイオード２０のみをドライバ回路３に形成しているが、温度検知回路１１の他の構成をドライバ回路３内に形成しても良い。
【００３３】
具体的には、定電圧源２５から抵抗２７を介してダイオード２０に電圧が印加され、このダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が抵抗２１を介してコンパレータ２２の反転入力端子に入力され、コンパレータ２２にて非反転入力端子に入力される参照電圧Ｖｒｅｆと大小比較されることで、半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａの温度が閾値を超えたか否かを判定している。非反転入力端子に入力される参照電圧Ｖｒｅｆは、例えば、５Ｖ電源とされた定電圧源の電圧を抵抗２３、２４で分圧することで形成される。
【００３４】
コンパレータ２２の出力端子と定電圧源２５との間には抵抗２６が備えられ、コンパレータ２２からの出力がハイレベルとなったときの電位が５Ｖに固定されている。
【００３５】
なお、コンパレータ２２の出力がローレベルからハイレベルに切替わるときの閾値（第２閾値）とハイレベルからローレベルに切替わるときの閾値（第４閾値）にヒステリシスが形成されるようにしている。
【００３６】
そして、このようなコンパレータ２２の出力端子の電位が入力保護抵抗２８を介してＭＯＳトランジスタ２９のゲート電位として入力される。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９の動作を制御すると共に、ＭＯＳトランジスタ２９のハイサイド側（ドレイン）に直列接続された抵抗３０、３１の間の電位を制御し、抵抗３１の両端をエミッタ−ベースとするＰＮＰトランジスタで構成されたスイッチ１２のオンオフを制御する。このようにして、ツェナーダイオード４と電動モータ２の接続状態を制御する。
【００３７】
なお、コンパレータ２２の反転入力端子に接続されているコンデンサ３２は、ノイズ除去の為に備えたものである。
【００３８】
このような電動モータ２の駆動制御装置１について説明する。ただし、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１は、通常の制御時の動作のみが第１実施形態と異なり、ロードダンプ時の動作は第１実施形態と同様であるため、通常の制御時の動作についてのみ説明する。
【００３９】
通常の制御時において、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときには温度検知回路１１の制御信号によりスイッチ１２がオフされる。例えば、温度検知回路１１が図５の回路構成とされた場合には、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときにはダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が大きい。このため、コンパレータ２２の反転入力端子の電位の方が非反転入力端子の電位よりも大きくなり、コンパレータ２２の出力がローレベルとなる。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９がオフされ、ＰＮＰトランジスタにて構成されたスイッチ１２もオフされる。
【００４０】
したがって、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときには、電動モータ２の駆動中だけでなく駆動を停止したときに発生するエネルギーもＭＯＳトランジスタ３ａで消費される。
【００４１】
一方、ドライバ回路３が高温になって閾値以上になると、温度検知回路１１の制御信号によりスイッチ５がオンされる。例えば、温度検知回路１１が図５の回路構成とされた場合には、ドライバ回路３の温度が上昇するとダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が小さくなる。このため、コンパレータ２２の反転入力端子の電位の方が非反転入力端子の電位よりも小さくなり、コンパレータ２２の出力がハイレベルとなる。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９がオンされ、ＰＮＰトランジスタで構成されたスイッチ１２もオンされる。
【００４２】
したがって、ドライバ回路３の温度が閾値以上になると、電動モータ２の駆動中にはＭＯＳトランジスタ３ａでエネルギーが消費され、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーが消費される。
【００４３】
また、コンパレータ２２においては、その出力がローレベルからハイレベルに切替わるときの閾値とハイレベルからローレベルに切替わるときの閾値にヒステリシスを形成している。このため、コンパレータ２２の出力が繰り返し切替わり、スイッチ１２のオンオフ切替を何度も繰り返すような発振状態になることを防止できる。
【００４４】
すなわち、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときにはダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が参照電圧Ｖｒｅｆより大きいため、コンパレータ２２の出力がローレベルとなるが、ドライバ回路３の温度が上昇してダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が参照電圧よりも小さくなると、コンパレータ２２の出力がハイレベルとなる。このとき、ダイオード２０の順方向電圧Ｖ１がノイズ等の影響で大小に変化しないように、ヒステリシスを有するコンパレータ２２を用いるようにしている。図６は、ドライバ回路３の温度とダイオード２０の順方向電圧Ｖ１の関係と、それに対応するコンパレータ２２の出力の変化およびスイッチ１２のオンオフ状態を示した図である。
【００４５】
この図に示すように、ドライバ回路３の温度がＫ２（第２閾値）になるとコンパレータ２２の出力（Ｖｃｏｍ）がローレベルからハイレベルに切替わり、スイッチ１２もオフからオンに切替わる。そして、一旦コンパレータ２２の出力がハイレベルになると、ドライバ回路３の温度がＫ２よりも低いＫ１（第４閾値）になるまでコンパレータ２２の出力がハイレベルからローレベルに切替わらず、スイッチ１２もオンからオフに切替わらない。これにより、コンパレータ２２の出力が発振状態になることが防止される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバ回路３の温度に応じて電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーをツェナーダイオード４で消費するか、ドライバ回路３で消費するかを決めている。そして、ドライバ回路３が高温になるまではドライバ回路３で電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオード４でのエネルギー消費が少なくなるようにしている。これにより、ツェナーダイオード４への熱集中を抑制でき、より一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにすることが可能となる。
【００４７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図７は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態は、第２実施形態と同様、スイッチ１２によりツェナーダイオード４と電動モータ２との接続状態の切替えを行うが、第２実施形態のようにドライバ回路３の温度を温度検知回路１１にて直接検知するのではなく、ドライブ回路を構成するＭＯＳトランジスタ３ａを駆動する駆動装置７にてドライバ回路３の温度を推定する。例えば、ＭＯＳトランジスタ３ａの発熱は、ＭＯＳトランジスタ３ａの駆動パターン、例えば通電時間や非通電時間に基づいて推定できる。このため、駆動装置７によるドライバ回路３の温度の推定結果に基づいて、スイッチ１２のオンオフの切替えを行う。
【００４８】
続いて、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１の作動について説明する。ただし、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１も、通常の制御時の動作のみが第１実施形態と異なり、ロードダンプ時の動作は第１実施形態と同様であるため、通常の制御時の動作についてのみ説明する。
【００４９】
図８は、通常の制御時のタイミングチャートを示している。この図の期間Ｔａに示すように、駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が温度Ｋ２（第２閾値）未満のときにはスイッチ１２をオフさせる。このため、ドライバ回路３の温度が温度Ｋ２となるまでは、ドライバ回路３で電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオード４でのエネルギー消費が少なくなるようにする。
【００５０】
続いて、図中の期間Ｔｂのように、駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が温度Ｋ２から温度Ｋ３（第３閾値）の間には、スイッチ１２をオンさせる。これにより、ドライバ回路３の温度が温度Ｋ２〜Ｋ３の間には、電動モータ２の駆動中にはドライバ回路３でエネルギーを消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させる。
【００５１】
そして、さらに駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が上昇し、図中の期間Ｔｃのように温度Ｋ３を超えると、ＭＯＳトランジスタ３ａの通電パターン、つまり電動モータ２の駆動パターンを変更し、単位時間当たりの電動モータ２の駆動・停止回数をドライバ回路３の温度が温度Ｋ３未満のときよりも少なくなるようにする。これにより、電動モータ２の駆動・停止による発熱自体を抑えることが可能となり、ＭＯＳトランジスタ３ａおよびツェナーダイオード４の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、ＭＯＳトランジスタ３ａの通電のオン・オフを制御する駆動回路にて、ドライバ回路３の温度を推定し、その推定結果に基づいてスイッチ１２のオンオフを制御することもできる。
【００５３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図９は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、第１実施形態の回路構成に対してＭＴ（モータ）モニタ回路４０を備えている。このようなＭＴモニタ回路４０を備えているため、駆動装置７が半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａをオフしているにも拘わらず、駆動装置７がＭＴモニタ回路４０からＭＯＳトランジスタ３ａをオンしている旨の信号を検出した場合に、ＭＯＳトランジスタ３ａのショートもしくはツェナーダイオード４のショート故障を検出することができる。
【００５４】
さらに、ＭＴモニタ回路４０に加えて電源モニタ回路４１も備えられている。このような電源モニタ回路４１を追加すれば、ＭＯＳトランジスタ３ａおよびツェナーダイオード４の両端の電位差（電源モニタ回路４１の検出電圧とＭＴモニタ回路４０の検出電圧との差）の大きさに基づいて、ショート故障を起こした素子を特定できる。すなわち、ＭＯＳトランジスタ３ａのショート故障時の両端電位差（０．２Ｖ程度）＜ツェナーダイオード４のショート故障時の両端電位差（１Ｖ程度）であるため、その中間値を閾値として比較すれば、素子の特定が可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００５６】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。図１０は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、第１実施形態の回路構成に対してドライバ回路３内にクランプ回路４２を備えている。このような構成では、クランプ回路４２にて、駆動装置７がドライバ回路３がクランプしていることを検出することにより、ツェナーダイオード４の断線異常を検出することが可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００５８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。図１１は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態では、第２実施形態に対して駆動装置７内の構成を加えている。駆動装置７の駆動信号に基づいてドライバ回路３がＰＷＭ制御されるため、駆動装置７でＭＯＳトランジスタ３ａの制御状態に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａの温度を推定することができる。このため、駆動装置７にて、その推定結果と、ＭＯＳトランジスタ３ａの温度検知結果とを比較することにより、結果に乖離が生じればツェナーダイオード４の断線異常を検出することができる。
【００５９】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００６０】
（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、各回路の具体例をそれぞれ挙げているが、これらは単なる一例を挙げたに過ぎず、同様の動作を行う他の回路構成を適用しても良い。
【００６１】
また、上記第１〜第３実施形態では、ドライバ回路３を構成する半導体スイッチング素子としてＭＯＳトランジスタ３ａを例に挙げて説明したが、その他の素子、例えばＩＧＢＴなどにより構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図２】図１に示す車両用電動モータの駆動制御装置の具体的な構成例を示した回路図である。
【図３】通常の制御時およびロードダンプ時それぞれのタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図５】図４に示す車両用電動モータの駆動制御装置の具体的な構成例を示した回路図である。
【図６】ドライバ回路の温度とダイオードの順方向電圧Ｖ１の関係と、それに対応するコンパレータの出力の変化およびスイッチのオンオフ状態を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図８】通常の制御時のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…駆動制御装置、２…電動モータ、３…ドライバ回路、３ａ…ＭＯＳトランジスタ、４…ツェナーダイオード、５…スイッチ、６…高電圧監視回路、７…駆動装置、１１…温度検知回路、１２…スイッチ、２０…ダイオード、２１…抵抗、２２…コンパレータ、２９…ＭＯＳトランジスタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、半導体スイッチング素子をオンオフ制御することで電動モータの駆動を制御する車両用電動モータの駆動制御装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来より、半導体スイッチング素子をオンオフ制御することで電動モータをＰＷＭ駆動する車両用電動モータの駆動制御装置がある。電動モータをＰＷＭ駆動する場合、オフ時に生じるサージによるエネルギー吸収を行わなければならない。このため、従来では、電動モータを駆動するための半導体スイッチング素子で構成されるドライバを複数個設け、ドライバによりエネルギーを吸収する手法、もしくは、電動モータに並列的に接続した還流ダイオードおよびトランジスタの直列回路にてサージによるエネルギーを電動モータ、還流ダイオードおよびトランジスタにおいてジュール熱に変換する手法が採用されている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特表２００１−５２２６３６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、前者の手法では、オフ時のエネルギーが大きい場合、電動モータの駆動に用いられるドライバのエネルギー耐量を上げるか、ドライバ数を増加させることが必要になる。また、後者の手法では、電動モータの発熱が大きくなるという問題が発生するのに加え、駆動制御装置が回生電圧をモニタして所定の電圧にまで落ちると再度電動モータをオンさせるというシステムに適用された場合、還流動作中は回生電圧のモニタが不可能なため、高周波のＰＷＭ駆動については、上記還流完了後に開始することとなり、その分だけＰＷＭ駆動の開始が遅れることになる。
【０００４】
本発明は上記点に鑑みて、ドライバのエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させること無く、かつ、高周波のＰＷＭ駆動も行える車両用電動モータの駆動制御装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、電動モータ（２）に対して第１スイッチ（５）を並列接続し、監視回路（６）にて、半導体スイッチング素子（３ａ）に印加される電圧に基づいて第１スイッチのオンオフを制御し、半導体スイッチング素子に印加される電圧が第１閾値未満のときには第１スイッチをオフし、その電圧が第１閾値以上のときには第１スイッチをオンすることを特徴としている。
【０００６】
このようにすれば、ツェナーダイオード（４）を用いて、通常の制御時に半導体スイッチング素子をオフする際のエネルギーを吸収できる。これにより、電動モータを駆動しているときにはエネルギーを半導体スイッチング素子で消費させ、電動モータの駆動を停止したときにはツェナーダイオードでエネルギーを消費させることができる。また、ロードダンプ発生時には、その際に生じる電圧の大きさを第１スイッチのオンによりツェナーダイオードのクランプ電圧に抑制することができる。このため、半導体スイッチング素子に過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバ回路のエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させなくても済むようにできる。また、特許文献１に示したような還流方式を採用した態様と比較して、回生電圧のモニタができない期間が短いため、その後の高周波のデューティ駆動については早期に開始することが可能となる。このように、高周波のＰＷＭ駆動とロードダンプ対策とを両立させることが可能となる。
【０００７】
請求項２に記載の発明では、半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知回路（１１）と、温度検知回路にてオンオフ制御され、半導体スイッチング素子とツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）とを備え、温度検知回路にて、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、第２スイッチにて半導体スイッチング素子からツェナーダイオードを切り離し、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続することを特徴としている。
【０００８】
このようにすれば、半導体スイッチング素子の温度に応じて電動モータの駆動を停止するときのエネルギーをツェナーダイオードで消費するか、ドライバ回路で消費するかを決めることができる。そして、半導体スイッチング素子が第２閾値（高温）になるまではドライバ回路で電動モータの駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオードでのエネルギー消費が少なくなるようにしている。これにより、ツェナーダイオードへの熱集中を抑制でき、より一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにすることが可能となる。
【０００９】
この場合、請求項５に示すように、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値未満の状態から第２閾値を超えたときには、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値よりも低い第４閾値（Ｋ１）に低下するまで、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続するように、ヒステリシスを設けるようにすれば、第２スイッチのオンオフ切替を何度も繰り返してしまうような発振を防止することが可能となる。
【００１０】
請求項３に記載の発明では、半導体スイッチング素子とツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）を備え、ドライバ回路に備えられる半導体スイッチング素子が駆動装置（７）にてＰＷＭ制御される場合に、該駆動装置により半導体スイッチング素子の制御状態に基づいて半導体スイッチング素子の温度を推定し、該推定による半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、第２スイッチにて半導体スイッチング素子からツェナーダイオードを切り離し、半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、半導体スイッチング素子にツェナーダイオードを接続することを特徴としている。
【００１１】
このように、半導体スイッチング素子のオンオフを制御する駆動装置にて半導体スイッチング素子の温度を推定することも可能である。これにより、請求項２と同様の効果を得ることが可能となる。
【００１２】
この場合、請求項４に示すように、駆動装置（７）にて、推定による半導体スイッチング素子の温度が第２閾値よりも高い第３閾値（Ｋ３）以上になると、半導体スイッチング素子の単位時間当たりのオンオフの切替回数を第３閾値未満のときよりも少なくすることもできる。
【００１３】
これにより、電動モータの駆動・停止による発熱自体を抑えることが可能となり、ドライバ回路およびツェナーダイオードの温度上昇を抑制することが可能となる。
【００１４】
なお、上記各手段の括弧内の符号は、後述する実施形態に記載の具体的手段との対応関係を示すものである。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１５】
以下、本発明の実施形態について図に基づいて説明する。なお、以下の各実施形態相互において、互いに同一もしくは均等である部分には、図中、同一符号を付してある。
【００１６】
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態について説明する。図１は、本実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置１の回路模式図である。本実施形態に示す電動モータ２は、例えばブレーキ液圧制御用アクチュエータに形成される管路中のブレーキ液の吸入吐出を行うポンプを駆動するために用いられる。
【００１７】
図１に示すように、電動モータ２の駆動制御装置１は、ドライバ回路３と、ツェナーダイオード４と、スイッチ（第１スイッチ）５と、ＩＧ（イグニッション）高電圧監視回路６とを備えた構成とされている。
【００１８】
ドライバ回路３は、半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａにて構成され、バッテリなどの電源（＋ＢＭ）から電動モータ２への通電を制御する。ＭＯＳトランジスタ３ａは、ブレーキＥＣＵのＣＰＵ等で構成される駆動装置７からの制御信号によりオンオフ駆動される。このＭＯＳトランジスタ３ａは、電動モータ２に対して直列接続されており、ＭＯＳトランジスタ３ａのゲート電位が制御されることにより、電動モータ２への通電が制御される。
【００１９】
ツェナーダイオード４は、例えばＮ型ＭＯＳトランジスタ３ａの場合、両端（ソース−ドレイン）間に並列接続されており、カソードがＭＯＳトランジスタ３ａのハイサイド側（ドレイン）と、アノードがＭＯＳトランジスタ３ａのローサイド側（ソース）と接続されている。このツェナーダイオード４のクランプ電圧（ツェナー降伏電圧（＝第１閾値））はＭＯＳトランジスタ３ａのクランプ電圧（ブレイクダウン電圧）より小さく設定されており、ツェナーダイオード４により、ＭＯＳトランジスタ３ａのソース−ドレイン間にツェナー降伏電圧を超える電圧が印加されない構成とされている。
【００２０】
また、スイッチ５は、例えば半導体スイッチング素子で構成され、電動モータ２に対して並列接続されている。そして、図示しないＩＧスイッチの投入に伴ってＭＯＳトランジスタ３ａのドレインおよびツェナーダイオード４のカソード側に印加される電圧が高電圧であるか否かがＩＧ高電圧監視回路６にて監視され、その監視結果に基づいてスイッチ５がオンオフ制御される。これらスイッチ５とＩＧ高電圧監視回路６は、図中に示したように１チップのＩＣ９にて構成されているが、別々の構成であっても構わない。
【００２１】
図２は、このような構成の車両用電動モータ２の駆動制御装置１の具体的な構成例を示した回路図である。
【００２２】
この図に示すように、スイッチ５は、ダーリントン接続されたＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂによって構成され、ＩＧ高電圧監視回路６は、抵抗６ａとツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃとを直列接続した回路にて構成され、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃとの間の電位をＮＰＮトランジスタ５ｂのベース電位として用いることで、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂのオンオフを制御することができる。なお、ＮＰＮトランジスタ５ｂのベースとＮＰＮトランジスタ５ａのエミッタの間にはノイズによる誤作動防止用のコンデンサ８が接続されている。
【００２３】
続いて、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１の作動について説明する。図３に、通常の制御時およびロードダンプ時それぞれのタイミングチャートを示し、この図を参照して説明する。
【００２４】
（１）通常の制御時の動作
ＭＯＳトランジスタ３ａのドレイン側に通常通りの電圧（例えばバッテリ電圧）が印加されている時には、ＩＧ高電圧監視回路６で高電圧が印加されていないと判定され、スイッチ５はオフとなる。例えば、電動モータ２の駆動制御装置１が図２の回路構成とされた場合には、ツェナーダイオード６ｂにて抵抗６ｃ側に電流が流れないようにされるため、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃの電位はＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂの動作電位を超えず、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂで構成されたスイッチ５がオフとなる。したがって、スイッチ５がオフされた状態で通常の制御が行われる。
【００２５】
具体的には、駆動装置７からの制御信号に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａがオンされると（図３（ａ）の時点Ｔ１、Ｔ３）、電動モータ２に印加される電圧ＶＭＴは通常通りの電圧となり、電動モータ２が駆動される。このとき、ツェナーダイオード４にはクランプ電圧を超える電圧が印加されないため、生じたエネルギーは、ＭＯＳトランジスタ３ａで消費される。また、駆動装置７からの制御信号に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａがオフされると（図３（ａ）の時点Ｔ２、Ｔ４）、瞬間的に逆起電力が発生したのち、後は電動モータ２の慣性による回転数に応じた値の電圧ＶＭＴが生じる。この逆起電力により、ＭＯＳトランジスタ３ａと電動モータ２との間の電圧ＶＭＴが低下し、ツェナーダイオード４のクランプ電圧を超えてツェナーダイオード４に電流が流れる。このため、このときに生じるエネルギーは、ツェナーダイオード４で消費される。このように、電動モータ２を駆動中にはＭＯＳトランジスタ３ａでエネルギーを消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させることで、エネルギーを熱分散することが可能となる。
【００２６】
（２）ロードダンプ時（サージ発生時）の動作
ＭＯＳトランジスタ３ａのドレイン側に通常の制御時を超えるサージ電圧が印加されると、ＩＧ高電圧監視回路６で高電圧が印加されたと判定され、スイッチ５がオンされる。例えば、電動モータ２の駆動制御装置１が図２の回路構成とされた場合には、ツェナーダイオード６ｂのクランプ電圧を超え、抵抗６ｃ側に電流が流れるため、ツェナーダイオード６ｂと抵抗６ｃの電位がＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂの動作電位を超える。このため、ＮＰＮトランジスタ５ａ、５ｂで構成されたスイッチ５がオンする（図３（ｂ）の時点Ｔ５）。また、それとほぼ同時にツェナーダイオード４にもクランプ電圧以上の電圧が印加されるため、ツェナーダイオード４に電流が流れる（図３（ｂ）の時点Ｔ６）。このため、ロードダンプ電流（サージ電流）を逃がすことができる。
【００２７】
以上説明したように、本実施形態では、ツェナーダイオード４を用いて、通常の制御時にＭＯＳトランジスタ３ａをオフする際のエネルギーを吸収できるようにしている。これにより、電動モータ２を駆動しているときにはエネルギーをＭＯＳトランジスタ３ａで消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させることができる。このため、ＭＯＳトランジスタ３ａに過度にエネルギーを消費させることを防止でき、ドライバのエネルギー耐量を上げたり、ドライバ数を増加させなくても済むようにできる。また、特許文献１に示したような還流方式を採用する態様と比較して回生電圧のモニタができない期間を短くすることができるため、回生電圧をモニタした後に電動モータ２を再度オンする場合であっても高周波のＰＷＭ駆動を早期に開始することが可能となる。そして、このようなツェナーダイオード４として、ロードダンプ等のサージ発生時にサージ電流を逃がすために従来から備えられているものを兼用することができる。
【００２８】
（第２実施形態）
本発明の第２実施形態について説明する。上記第１実施形態に示した電動モータ２の駆動制御装置１により、十分に高速なＰＷＭ駆動を行うことが可能になるが、車両の振動音対策として、より一層高速なＰＷＭ駆動が望まれる。しかしながら、電動モータ２のＰＷＭ駆動が高速になればなるほど、電動モータ２の駆動を停止したときのエネルギーが駆動中のエネルギーよりも大きいため、ＭＯＳトランジスタ３ａでのエネルギー消費よりもツェナーダイオード４でのエネルギー消費の方が多くなり、ツェナーダイオード４への熱集中が生じるため、第１実施形態に示した電動モータ２の駆動装置７では高速なＰＷＭ駆動に限界（例えば、周期５０Ｈｚ程度のＰＷＭ駆動では熱分散が可能）がある。そこで、本実施形態では、第１実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１をより一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにする。
【００２９】
図４は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態では、第１実施形態に示した電動モータ２の駆動制御装置１に対して、ドライバ回路３に温度検知回路１１を組み込んだこと、および、スイッチ（第２スイッチ）１２を備えたことが異なる。
【００３０】
ドライバ回路３に組み込まれた温度検知回路１１は、ＭＯＳトランジスタ３ａの発熱による温度上昇を検知するものであり、ドライバ回路３の温度が所定の閾値に達したか否かを判定し、その判定結果に応じた出力信号を発生するものである。スイッチ１２は、温度検知回路１１の出力信号に基づいてオンオフ駆動されるものであり、ツェナーダイオード４のアノードとドライバ回路３内のＭＯＳトランジスタ３ａのローサイド側（カソード）との間に備えられている。このため、スイッチ１２がオンされているときにはツェナーダイオード４と電動モータ２とが接続され、スイッチ１２がオフされているときにはツェナーダイオード４と電動モータ２とが接続されていない状態となる。
【００３１】
図５は、このような構成の電動モータ２の駆動制御装置１の具体的な構成例を示した回路図である。なお、ＩＧ高電圧監視回路６に関しては、図２と同様であるため、ブロック図で示してある。
【００３２】
この図に示すように、温度検知回路１１は、例えば複数個のダイオード２０の順方向電圧Ｖ１に基づいて、スイッチ１２のオンオフを制御し、ツェナーダイオード４と電動モータ２の接続状態を制御する。温度検知回路１１のうち、温度特性を有するダイオード２０のみをドライバ回路３に形成しているが、温度検知回路１１の他の構成をドライバ回路３内に形成しても良い。
【００３３】
具体的には、定電圧源２５から抵抗２７を介してダイオード２０に電圧が印加され、このダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が抵抗２１を介してコンパレータ２２の反転入力端子に入力され、コンパレータ２２にて非反転入力端子に入力される参照電圧Ｖｒｅｆと大小比較されることで、半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａの温度が閾値を超えたか否かを判定している。非反転入力端子に入力される参照電圧Ｖｒｅｆは、例えば、５Ｖ電源とされた定電圧源の電圧を抵抗２３、２４で分圧することで形成される。
【００３４】
コンパレータ２２の出力端子と定電圧源２５との間には抵抗２６が備えられ、コンパレータ２２からの出力がハイレベルとなったときの電位が５Ｖに固定されている。
【００３５】
なお、コンパレータ２２の出力がローレベルからハイレベルに切替わるときの閾値（第２閾値）とハイレベルからローレベルに切替わるときの閾値（第４閾値）にヒステリシスが形成されるようにしている。
【００３６】
そして、このようなコンパレータ２２の出力端子の電位が入力保護抵抗２８を介してＭＯＳトランジスタ２９のゲート電位として入力される。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９の動作を制御すると共に、ＭＯＳトランジスタ２９のハイサイド側（ドレイン）に直列接続された抵抗３０、３１の間の電位を制御し、抵抗３１の両端をエミッタ−ベースとするＰＮＰトランジスタで構成されたスイッチ１２のオンオフを制御する。このようにして、ツェナーダイオード４と電動モータ２の接続状態を制御する。
【００３７】
なお、コンパレータ２２の反転入力端子に接続されているコンデンサ３２は、ノイズ除去の為に備えたものである。
【００３８】
このような電動モータ２の駆動制御装置１について説明する。ただし、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１は、通常の制御時の動作のみが第１実施形態と異なり、ロードダンプ時の動作は第１実施形態と同様であるため、通常の制御時の動作についてのみ説明する。
【００３９】
通常の制御時において、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときには温度検知回路１１の制御信号によりスイッチ１２がオフされる。例えば、温度検知回路１１が図５の回路構成とされた場合には、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときにはダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が大きい。このため、コンパレータ２２の反転入力端子の電位の方が非反転入力端子の電位よりも大きくなり、コンパレータ２２の出力がローレベルとなる。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９がオフされ、ＰＮＰトランジスタにて構成されたスイッチ１２もオフされる。
【００４０】
したがって、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときには、電動モータ２の駆動中だけでなく駆動を停止したときに発生するエネルギーもＭＯＳトランジスタ３ａで消費される。
【００４１】
一方、ドライバ回路３が高温になって閾値以上になると、温度検知回路１１の制御信号によりスイッチ５がオンされる。例えば、温度検知回路１１が図５の回路構成とされた場合には、ドライバ回路３の温度が上昇するとダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が小さくなる。このため、コンパレータ２２の反転入力端子の電位の方が非反転入力端子の電位よりも小さくなり、コンパレータ２２の出力がハイレベルとなる。これにより、ＭＯＳトランジスタ２９がオンされ、ＰＮＰトランジスタで構成されたスイッチ１２もオンされる。
【００４２】
したがって、ドライバ回路３の温度が閾値以上になると、電動モータ２の駆動中にはＭＯＳトランジスタ３ａでエネルギーが消費され、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーが消費される。
【００４３】
また、コンパレータ２２においては、その出力がローレベルからハイレベルに切替わるときの閾値とハイレベルからローレベルに切替わるときの閾値にヒステリシスを形成している。このため、コンパレータ２２の出力が繰り返し切替わり、スイッチ１２のオンオフ切替を何度も繰り返すような発振状態になることを防止できる。
【００４４】
すなわち、ドライバ回路３の温度が比較的低温のときにはダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が参照電圧Ｖｒｅｆより大きいため、コンパレータ２２の出力がローレベルとなるが、ドライバ回路３の温度が上昇してダイオード２０の順方向電圧Ｖ１が参照電圧よりも小さくなると、コンパレータ２２の出力がハイレベルとなる。このとき、ダイオード２０の順方向電圧Ｖ１がノイズ等の影響で大小に変化しないように、ヒステリシスを有するコンパレータ２２を用いるようにしている。図６は、ドライバ回路３の温度とダイオード２０の順方向電圧Ｖ１の関係と、それに対応するコンパレータ２２の出力の変化およびスイッチ１２のオンオフ状態を示した図である。
【００４５】
この図に示すように、ドライバ回路３の温度がＫ２（第２閾値）になるとコンパレータ２２の出力（Ｖｃｏｍ）がローレベルからハイレベルに切替わり、スイッチ１２もオフからオンに切替わる。そして、一旦コンパレータ２２の出力がハイレベルになると、ドライバ回路３の温度がＫ２よりも低いＫ１（第４閾値）になるまでコンパレータ２２の出力がハイレベルからローレベルに切替わらず、スイッチ１２もオンからオフに切替わらない。これにより、コンパレータ２２の出力が発振状態になることが防止される。
【００４６】
以上説明したように、本実施形態によれば、ドライバ回路３の温度に応じて電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーをツェナーダイオード４で消費するか、ドライバ回路３で消費するかを決めている。そして、ドライバ回路３が高温になるまではドライバ回路３で電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオード４でのエネルギー消費が少なくなるようにしている。これにより、ツェナーダイオード４への熱集中を抑制でき、より一層高速なＰＷＭ駆動が行えるようにすることが可能となる。
【００４７】
（第３実施形態）
本発明の第３実施形態について説明する。図７は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態は、第２実施形態と同様、スイッチ１２によりツェナーダイオード４と電動モータ２との接続状態の切替えを行うが、第２実施形態のようにドライバ回路３の温度を温度検知回路１１にて直接検知するのではなく、ドライブ回路を構成するＭＯＳトランジスタ３ａを駆動する駆動装置７にてドライバ回路３の温度を推定する。例えば、ＭＯＳトランジスタ３ａの発熱は、ＭＯＳトランジスタ３ａの駆動パターン、例えば通電時間や非通電時間に基づいて推定できる。このため、駆動装置７によるドライバ回路３の温度の推定結果に基づいて、スイッチ１２のオンオフの切替えを行う。
【００４８】
続いて、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１の作動について説明する。ただし、本実施形態の電動モータ２の駆動制御装置１も、通常の制御時の動作のみが第１実施形態と異なり、ロードダンプ時の動作は第１実施形態と同様であるため、通常の制御時の動作についてのみ説明する。
【００４９】
図８は、通常の制御時のタイミングチャートを示している。この図の期間Ｔａに示すように、駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が温度Ｋ２（第２閾値）未満のときにはスイッチ１２をオフさせる。このため、ドライバ回路３の温度が温度Ｋ２となるまでは、ドライバ回路３で電動モータ２の駆動を停止するときのエネルギーを消費させることで、ツェナーダイオード４でのエネルギー消費が少なくなるようにする。
【００５０】
続いて、図中の期間Ｔｂのように、駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が温度Ｋ２から温度Ｋ３（第３閾値）の間には、スイッチ１２をオンさせる。これにより、ドライバ回路３の温度が温度Ｋ２〜Ｋ３の間には、電動モータ２の駆動中にはドライバ回路３でエネルギーを消費させ、電動モータ２の駆動を停止したときにはツェナーダイオード４でエネルギーを消費させる。
【００５１】
そして、さらに駆動装置７で推定されるドライバ回路３の温度が上昇し、図中の期間Ｔｃのように温度Ｋ３を超えると、ＭＯＳトランジスタ３ａの通電パターン、つまり電動モータ２の駆動パターンを変更し、単位時間当たりの電動モータ２の駆動・停止回数をドライバ回路３の温度が温度Ｋ３未満のときよりも少なくなるようにする。これにより、電動モータ２の駆動・停止による発熱自体を抑えることが可能となり、ＭＯＳトランジスタ３ａおよびツェナーダイオード４の温度上昇を抑制することが可能となる。
【００５２】
以上説明したように、ＭＯＳトランジスタ３ａの通電のオン・オフを制御する駆動回路にて、ドライバ回路３の温度を推定し、その推定結果に基づいてスイッチ１２のオンオフを制御することもできる。
【００５３】
（第４実施形態）
本発明の第４実施形態について説明する。図９は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、第１実施形態の回路構成に対してＭＴ（モータ）モニタ回路４０を備えている。このようなＭＴモニタ回路４０を備えているため、駆動装置７が半導体スイッチング素子であるＭＯＳトランジスタ３ａをオフしているにも拘わらず、駆動装置７がＭＴモニタ回路４０からＭＯＳトランジスタ３ａをオンしている旨の信号を検出した場合に、ＭＯＳトランジスタ３ａのショートもしくはツェナーダイオード４のショート故障を検出することができる。
【００５４】
さらに、ＭＴモニタ回路４０に加えて電源モニタ回路４１も備えられている。このような電源モニタ回路４１を追加すれば、ＭＯＳトランジスタ３ａおよびツェナーダイオード４の両端の電位差（電源モニタ回路４１の検出電圧とＭＴモニタ回路４０の検出電圧との差）の大きさに基づいて、ショート故障を起こした素子を特定できる。すなわち、ＭＯＳトランジスタ３ａのショート故障時の両端電位差（０．２Ｖ程度）＜ツェナーダイオード４のショート故障時の両端電位差（１Ｖ程度）であるため、その中間値を閾値として比較すれば、素子の特定が可能となる。
【００５５】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００５６】
（第５実施形態）
本発明の第５実施形態について説明する。図１０は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、第１実施形態の回路構成に対してドライバ回路３内にクランプ回路４２を備えている。このような構成では、クランプ回路４２にて、駆動装置７がドライバ回路３がクランプしていることを検出することにより、ツェナーダイオード４の断線異常を検出することが可能となる。
【００５７】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００５８】
（第６実施形態）
本発明の第６実施形態について説明する。図１１は、本実施形態にかかる電動モータ２の駆動制御装置１の回路模式図である。この図に示すように、本実施形態では、第２実施形態に対して駆動装置７内の構成を加えている。駆動装置７の駆動信号に基づいてドライバ回路３がＰＷＭ制御されるため、駆動装置７でＭＯＳトランジスタ３ａの制御状態に基づいてＭＯＳトランジスタ３ａの温度を推定することができる。このため、駆動装置７にて、その推定結果と、ＭＯＳトランジスタ３ａの温度検知結果とを比較することにより、結果に乖離が生じればツェナーダイオード４の断線異常を検出することができる。
【００５９】
なお、本実施形態においても、ノイズによる誤検出を防ぐために、所定時間連続して異常を検出した場合にのみ、故障と判定するようにすると好ましい。
【００６０】
（他の実施形態）
上記第１〜第３実施形態では、各回路の具体例をそれぞれ挙げているが、これらは単なる一例を挙げたに過ぎず、同様の動作を行う他の回路構成を適用しても良い。
【００６１】
また、上記第１〜第３実施形態では、ドライバ回路３を構成する半導体スイッチング素子としてＭＯＳトランジスタ３ａを例に挙げて説明したが、その他の素子、例えばＩＧＢＴなどにより構成しても良い。
【図面の簡単な説明】
【００６２】
【図１】本発明の第１実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図２】図１に示す車両用電動モータの駆動制御装置の具体的な構成例を示した回路図である。
【図３】通常の制御時およびロードダンプ時それぞれのタイミングチャートである。
【図４】本発明の第１実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図５】図４に示す車両用電動モータの駆動制御装置の具体的な構成例を示した回路図である。
【図６】ドライバ回路の温度とダイオードの順方向電圧Ｖ１の関係と、それに対応するコンパレータの出力の変化およびスイッチのオンオフ状態を示した図である。
【図７】本発明の第３実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図８】通常の制御時のタイミングチャートである。
【図９】本発明の第４実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図１０】本発明の第５実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【図１１】本発明の第６実施形態にかかる車両用電動モータの駆動制御装置の回路模式図である。
【符号の説明】
【００６３】
１…駆動制御装置、２…電動モータ、３…ドライバ回路、３ａ…ＭＯＳトランジスタ、４…ツェナーダイオード、５…スイッチ、６…高電圧監視回路、７…駆動装置、１１…温度検知回路、１２…スイッチ、２０…ダイオード、２１…抵抗、２２…コンパレータ、２９…ＭＯＳトランジスタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電動モータ（２）に対して直列接続され、前記電動モータの駆動を制御する半導体スイッチング素子（３ａ）を備えたドライバ回路（３）と、
前記半導体スイッチング素子に対して並列接続されたツェナーダイオード（４）と、
前記電動モータに対して並列接続された第１スイッチ（５）と、
前記半導体スイッチング素子に印加される電圧に基づいて前記第１スイッチのオンオフを制御し、前記電圧が第１閾値未満のときには前記第１スイッチをオフし、前記電圧が前記第１閾値以上のときには前記第１スイッチをオンする監視回路（６）と、を備えていることを特徴とする車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知回路（１１）と、
前記温度検知回路にてオンオフ制御され、前記半導体スイッチング素子と前記ツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）と、を備え、
前記温度検知回路は、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、前記第２スイッチにて前記半導体スイッチング素子から前記ツェナーダイオードを切り離し、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードを接続することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記半導体スイッチング素子と前記ツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）を備え、
前記ドライバ回路に備えられる前記半導体スイッチング素子は、駆動装置（７）にてＰＷＭ制御され、該駆動装置により前記半導体スイッチング素子の制御状態に基づいて前記半導体スイッチング素子の温度を推定し、該推定による前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、前記第２スイッチにて前記半導体スイッチング素子から前記ツェナーダイオードを切り離し、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードを接続することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動装置（７）は、前記推定による前記半導体スイッチング素子の温度が前記第２閾値よりも高い第３閾値（Ｋ３）以上になると、前記半導体スイッチング素子の単位時間当たりのオンオフの切替回数を前記第３閾値未満のときよりも少なくすることを特徴とする請求項３に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値未満の状態から第２閾値を超えたときには、前記半導体スイッチング素子の温度が前記第２閾値よりも低い第４閾値（Ｋ１）に低下するまで、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードが接続されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項１】
電動モータ（２）に対して直列接続され、前記電動モータの駆動を制御する半導体スイッチング素子（３ａ）を備えたドライバ回路（３）と、
前記半導体スイッチング素子に対して並列接続されたツェナーダイオード（４）と、
前記電動モータに対して並列接続された第１スイッチ（５）と、
前記半導体スイッチング素子に印加される電圧に基づいて前記第１スイッチのオンオフを制御し、前記電圧が第１閾値未満のときには前記第１スイッチをオフし、前記電圧が前記第１閾値以上のときには前記第１スイッチをオンする監視回路（６）と、を備えていることを特徴とする車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項２】
前記半導体スイッチング素子の温度を検知する温度検知回路（１１）と、
前記温度検知回路にてオンオフ制御され、前記半導体スイッチング素子と前記ツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）と、を備え、
前記温度検知回路は、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、前記第２スイッチにて前記半導体スイッチング素子から前記ツェナーダイオードを切り離し、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードを接続することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項３】
前記半導体スイッチング素子と前記ツェナーダイオードとの接続状態の切替えを行う第２スイッチ（１２）を備え、
前記ドライバ回路に備えられる前記半導体スイッチング素子は、駆動装置（７）にてＰＷＭ制御され、該駆動装置により前記半導体スイッチング素子の制御状態に基づいて前記半導体スイッチング素子の温度を推定し、該推定による前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値（Ｋ２）未満のときには、前記第２スイッチにて前記半導体スイッチング素子から前記ツェナーダイオードを切り離し、前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値以上のときには、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードを接続することを特徴とする請求項１に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項４】
前記駆動装置（７）は、前記推定による前記半導体スイッチング素子の温度が前記第２閾値よりも高い第３閾値（Ｋ３）以上になると、前記半導体スイッチング素子の単位時間当たりのオンオフの切替回数を前記第３閾値未満のときよりも少なくすることを特徴とする請求項３に記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【請求項５】
前記半導体スイッチング素子の温度が第２閾値未満の状態から第２閾値を超えたときには、前記半導体スイッチング素子の温度が前記第２閾値よりも低い第４閾値（Ｋ１）に低下するまで、前記半導体スイッチング素子に前記ツェナーダイオードが接続されることを特徴とする請求項２ないし４のいずれか１つに記載の車両用電動モータの駆動制御装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【公開番号】特開２００８−２２８３７１（Ｐ２００８−２２８３７１Ａ）
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−５８９４２（Ｐ２００７−５８９４２）
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年９月２５日（２００８．９．２５）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年３月８日（２００７．３．８）
【出願人】（３０１０６５８９２）株式会社アドヴィックス (1,291)
【Ｆターム（参考）】
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