JP2004282836A - 電流検出回路およびそれを用いたモータ駆動装置 - Google Patents

Abstract

【課題】少なくとも２相の交流電流を簡単な構成で低コストで検出することが可能な電流検出回路を提供する。
【解決手段】この電流検出ＩＣ４は、制御回路３８からの参照クロック信号ＣＬＫＲに同期して内部クロック信号ＣＬＫを出力する発振器１０と、内部クロック信号ＣＬＫに同期して動作し、Ｕ相およびＶ相のシャント抵抗素子２，３の端子間電圧に応じたデューティ比のＰＷＭ信号φＵ，φＶを出力する２組のＡ／Ｄコンバータ１１，１２、レベルシフト回路１３，１４、デジタルデータ復調器１５，１６およびＤ／Ａコンバータ１７，１８とを備える。したがって、１つの電流検出ＩＣ４で２相の交流電流を検出することができる。
【選択図】 図２

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は電流検出回路およびそれを用いたモータ駆動装置に関し、特に、３相交流電流を供給する３本の電源線のうちの少なくとも２本の電源線にそれぞれ介挿された少なくとも２つの抵抗素子に接続される電流検出回路、およびそれを用いたモータ駆動装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、インバータとモータの間のパワー線に介挿されたシャント抵抗素子の端子間電圧を、ＰＷＭ信号のデューティ比に変換して出力する電流検出ＩＣが開発されている（たとえば特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平１１−２８９７７１号公報
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、従来の電流検出ＩＣでは１相分の電流しか検出することができなかったので、３相モータのベクトル制御を行なう場合はＵ相およびＶ相用の２つのＩＣが必要になり、装置構成が複雑になり、コスト高になるという問題があった。
【０００５】
また、各ＩＣは内蔵発振器の出力クロック信号に同期して動作するので、２つのＩＣのＰＷＭ信号は非同期状態で出力される。非同期状態の２つのＰＷＭ信号をインバータ内のマイコンで処理する場合、２つのＰＷＭ信号の各々に対して計測用クロック信号およびカウンタ情報を格納するレジスタが必要となるので、高機能のマイコンが必要となり、コスト高になる。また、３相モータのベクトル制御を行なう場合は電流検出以外の用途でもクロック信号を用いるので、クロック信号数が増加するという問題がある。
【０００６】
それゆえに、この発明の主たる目的は、少なくとも２相の交流電流を簡単な構成で低コストで検出することが可能な電流検出回路およびそれを用いたモータ駆動装置を提供することである。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る電流検出回路は、３相交流電流を供給する３本の電源線のうちの少なくとも２本の電源線にそれぞれ介挿された少なくとも２つの抵抗素子に接続される電流検出回路であって、外部から与えられる参照クロック信号に同期して予め定められた周波数の内部クロック信号を出力する内部クロック発生回路と、それぞれ少なくとも２つの抵抗素子に対応して設けられ、各々が、内部クロック信号に同期して動作し、対応の抵抗素子の端子間電圧に応じたデューティ比の信号を出力する少なくとも２つの信号発生回路とを備えたものである。
【０００８】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、上記電流検出回路と、電流検出回路の少なくとも２つの出力信号に基づいて３相モータを制御する制御回路とを備えたものである。
【０００９】
【発明の実施の形態】
図１は、この発明の一実施の形態による３相モータ１の駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。図１において、この駆動装置は、シャント抵抗素子２，３、電流検出ＩＣ４、およびインバータ５を備える。
【００１０】
モータ１のＵ相のパワー線Ｌ１およびＶ相のパワー線Ｌ２は、それぞれシャント抵抗素子２，３を介してインバータ５に接続される。モータ１のＷ相のパワー線Ｌ３は、インバータ５に直接接続される。パワー線Ｌ１，Ｌ２を流れる電流は、シャント抵抗素子２，３によって電圧に変換され、電流検出ＩＣ４に与えられる。
【００１１】
電流検出ＩＣ４は、インバータ５から与えられる参照クロック信号ＣＬＫＲに同期して動作し、シャント抵抗素子２の端子間電圧に比例したデューティ比を有するＰＷＭ信号φＵと、シャント抵抗素子３の端子間電圧に比例したデューティ比を有するＰＷＭ信号φＶとを生成する。ＰＷＭ信号φＵとφＶは、参照クロック信号ＣＬＫＲに同期している。ＰＷＭ信号φＵ，φＶは、インバータ５に与えられる。
【００１２】
インバータ５は、外部制御信号ＣＮＴによって指示されたトルク、回転数でモータ１を駆動させるために必要な目標３相交流電流を求めるとともに、電流検出ＩＣ４からのＰＷＭ信号φＵ，φＶに基づいてパワー線Ｌ１〜Ｌ３の電流を検出し、検出した３相交流電流が目標３相交流電流に一致するようにパワー線Ｌ１〜Ｌ３の電流を制御する。また、インバータ５は、所定周波数の参照クロック信号ＣＬＫＲを生成して電流検出ＩＣ４に与える。
【００１３】
図２は、電流検出ＩＣ４の構成を示すブロック図である。図２において、電流検出ＩＣ４は、１枚の半導体基板上に形成された入力端子Ｔ１〜Ｔ４、クロック入力端子Ｔ５、出力端子Ｔ６，Ｔ７、発振器１０、Ａ／Ｄコンバータ１１，１２、レベルシフト回路１３，１４、デジタルデータ復調器１５，１６およびＤ／Ａコンバータ１７，１８を含む。
【００１４】
入力端子Ｔ１，Ｔ２は、それぞれシャント抵抗素子２の一方端子および他方端子に接続される。入力端子Ｔ３，Ｔ４は、それぞれシャント抵抗素子３の一方端子および他方端子に接続される。クロック入力端子Ｔ５は、インバータ５から出力された参照クロック信号ＣＬＫＲを受ける。
【００１５】
発振器１０は、インバータ５からクロック入力端子Ｔ５を介して与えられた参照クロック信号ＣＬＫＲに同期して所定周波数の内部クロック信号ＣＬＫを生成し、生成した内部クロック信号ＣＬＫをＡ／Ｄコンバータ１１，１２に与える。Ａ／Ｄコンバータ１１は、内部クロック信号ＣＬＫに同期して動作し、入力端子Ｔ１，Ｔ２間電圧に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号をパルス信号列に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１２は、内部クロック信号ＣＬＫに同期して動作し、入力端子Ｔ３，Ｔ４間電圧に応じたデューティ比のＰＷＭ信号を生成し、そのＰＷＭ信号をパルス信号列に変換する。Ａ／Ｄコンバータ１１，１２の出力信号は、高いコモンモード電位を基準電位とする信号である。
【００１６】
レベルシフト回路１３，１４は、それぞれＡ／Ｄコンバータ１１，１２の出力信号をコモンモード電位分だけレベルシフトさせる。レベルシフト回路の出力信号は、接地電位ＧＮＤを基準電位とする信号になる。
【００１７】
デジタルデータ復調器１５，１６は、それぞれレベルシフト回路１３，１４の出力パルス信号列を復調してＰＷＭデジタル信号を生成する。Ｄ／Ａコンバータ１７，１８は、それぞれ、デジタルデータ復調器１５，１６の出力ＰＷＭデジタル信号をＰＷＭアナログ信号φＵ，φＶに変換して出力端子Ｔ６，Ｔ７に出力する。
【００１８】
図３は、インバータ５の構成を示す回路ブロック図である。図３において、インバータ５は、パワートランジスタ２１〜２６、ダイオード３１〜３６、ドライバ３７、および制御回路３８を含む。
【００１９】
パワートランジスタ２１〜２３は直流電源電位ＶＤＤのラインとパワー線Ｌ１〜Ｌ３の間にそれぞれ接続され、パワートランジスタ２４〜２６はパワー線Ｌ１〜Ｌ３と接地電位ＧＮＤのラインとの間にそれぞれ接続される。パワートランジスタ２１〜２６の各々は、パワーＭＯＳトランジスタまたはＩＧＢＴ（絶縁ゲート型バイポーラトランジスタ）で構成される。ダイオード３１〜３３はパワー線Ｌ１〜Ｌ３と直流電源電位ＶＤＤのラインとの間にそれぞれ接続され、ダイオード３４〜３６は接地電位ＧＮＤのラインとパワー線Ｌ１〜Ｌ３との間にそれぞれ接続される。
【００２０】
制御回路３８は、外部制御信号ＣＮＴによって指示されたトルク、回転数でモータ１を駆動されるために必要な目標３相交流電流を求める。また、制御回路３８は、電流検出ＩＣ４からのＰＷＭ信号φＵ，φＶのデューティ比を検出し、検出した信号φＵ，φＶのデューティ比からシャント抵抗素子２，３の端子間電圧を求め、シャント抵抗素子２，３の端子間電圧とシャント抵抗素子２，３の抵抗値とに基づいて、パワー線Ｌ１〜Ｌ３に流れている３相交流電流を検出する。
【００２１】
そして制御回路３８は、目標３相交流電流と検出した３相交流電流の差がなくなるように内部制御信号を生成し、ドライバ３７に与える。ドライバ３７は、内部制御信号に従ってパワートランジスタ２１〜２６のゲート電位を制御し、パワー線Ｌ１〜Ｌ３を介してモータ１に３相交流電流を供給する。
【００２２】
制御回路３８は、マイコンまたはＤＳＰで構成される。ＰＷＭ信号φＵ，φＶのデューティ比は、マイコンまたはＤＳＰのＣＰＵのインプットキャプチャ機能を使用して求められる。インプットキャプチャ機能は、外部入力端子であるキャプチャ入力端子のレベルが変化したときにフリーランカウンタのカウント値をレジスタに保存する機能である。フリーランカウンタは、参照クロック信号ＣＬＫＲのパルス数をカウントする。レジスタに保存されたカウント値からＰＷＭ信号φＵ，φＶのパルス幅を求め、パルス幅からデューティ比を求める。ＰＷＭ信号φＵ，φＶ用の２つのキャプチャ入力端子が必要である。
【００２３】
ＰＷＭ信号φＵ，φＶの周期は電流検出ＩＣ４の発振器１０で生成される内部クロック信号ＣＬＫの周期によって決まり、内部クロック信号ＣＬＫは参照クロック信号ＣＬＫＲに同期している。内部クロック信号ＣＬＫの周期は発振器１５の性能や温度によって変動する可能性がある。したがって、ＰＷＭ信号φＵ，φＶのパルス幅だけでなく周期も検出してデューティ比を求めることが望ましい。この場合は、４つのキャプチャ入力端子および４つのレジスタを備えたマイコンまたはＤＳＰが必要となるが、このようなマイコンまたはＤＳＰは低価格で入手可能である。
【００２４】
この実施の形態では、１つの電流検出ＩＣ４で２相の電流を検出できるので、２つの電流検出ＩＣで２相の電流を検出していた従来に比べて、装置の低価格化および装置構成の簡単化を図ることができる。
【００２５】
また、図４に示すように、２つのＰＷＭ信号φＵ，φＶが参照クロック信号ＣＬＫＲに同期しているので、１つの参照クロック信号ＣＬＫＲを用いて２つのＰＷＭ信号φＵ，φＶのパルス幅を検出することができるとともに、電流検出ＩＣ４側と制御回路３８側のクロック信号の位相ずれにともなう検出電流の誤差をなくすことができる。したがって、高機能のマイコンまたはＤＳＰを使用する必要がないので、装置の低価格化を図ることができる。
【００２６】
なお、２つの電流検出ＩＣを用いていた従来技術では、図５に示すように、２つのＰＷＭ信号φＵ，φＶが同期していないので、２つのＰＷＭ信号φＵ，φＶのパルス幅を検出する場合は、２つの参照クロック信号ＣＬＫＲ１，ＣＬＫＲ２と、２組以上のフリーランカウンタおよびレジスタを用いる必要がある。したがって、高機能のマイコンまたはＤＳＰを用いる必要があり、装置が高価格になる。
【００２７】
なお、この実施の形態では、Ａ／Ｄコンバータ１１，１２に１つのクロック信号ＣＬＫを与えたが、後段のデジタルデータ復調器１５，１６および／またはＤ／Ａコンバータ１７，１８に１つのクロック信号ＣＬＫを与えることにより、２つのＰＷＭ信号φＵとφＶを同期させてもよい。
【００２８】
また、この実施の形態では、１つの発振器１０と、２組のＡ／Ｄコンバータ１１，１２、レベルシフト回路１３，１４、デジタルデータ復調器１５，１６およびＤ／Ａコンバータ１７，１８を設けて２相電流を検出したが、１つの発振器１０と、３組のＡ／Ｄコンバータ、レベルシフト回路、デジタルデータ復調器およびＤ／Ａコンバータを設けて３相電流を検出してもよい。
【００２９】
今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【００３０】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る電流検出回路は、３相交流電流を供給する３本の電源線のうちの少なくとも２本の電源線にそれぞれ介挿された少なくとも２つの抵抗素子に接続されるものである。この電流検出回路では、外部から与えられる参照クロック信号に同期して予め定められた周波数の内部クロック信号を出力する内部クロック発生回路と、それぞれ少なくとも２つの抵抗素子に対応して設けられ、各々が、内部クロック信号に同期して動作し、対応の抵抗素子の端子間電圧に応じたデューティ比の信号を出力する少なくとも２つの信号発生回路とが設けられる。したがって、１つの電流検出回路で少なくとも２相の交流電流を検出することができるので、少なくとも２つの電流検出回路が必要であった従来に比べ、装置の低コスト化、装置構成の簡単化を図ることができる。
【００３１】
また、この発明に係るモータ駆動装置は、上記電流検出回路と、電流検出回路の少なくとも２つの出力信号に基づいて３相モータを制御する制御回路とが設けられる。したがって、少なくとも２つの信号すなわち少なくとも２相分のＰＷＭ信号が同期しているので、１つの参照クロック信号で少なくとも２つのＰＷＭ信号のパルス幅を検出することができ、制御回路の低コスト化および構成の簡単化を図ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の一実施の形態による３相モータの駆動装置の構成を示す回路ブロック図である。
【図２】図１に示した電流検出ＩＣの構成を示すブロック図である。
【図３】図１に示したインバータの構成を示す回路ブロック図である。
【図４】この実施の形態の効果を説明するためのタイムチャートである。
【図５】この実施の形態の効果を説明するための他のタイムチャートである。
【符号の説明】
１ ３相モータ、２，３ シャント抵抗素子、４ 電流検出ＩＣ、５ インバータ、１０ 発振器、１１，１２ Ａ／Ｄコンバータ、１３，１４ レベルシフト回路、１５，１６ デジタルデータ復調器、１７，１８ Ｄ／Ａコンバータ、２１〜２６ パワートランジスタ、３１〜３６ ダイオード、３７ ドライバ、３８ 制御回路。

Claims (4)

1. ３相交流電流を供給する３本の電源線のうちの少なくとも２本の電源線にそれぞれ介挿された少なくとも２つの抵抗素子に接続される電流検出回路であって、
   外部から与えられる参照クロック信号に同期して予め定められた周波数の内部クロック信号を出力する内部クロック発生回路、および
   それぞれ前記少なくとも２つの抵抗素子に対応して設けられ、各々が、前記内部クロック信号に同期して動作し、対応の抵抗素子の端子間電圧に応じたデューティ比の信号を出力する少なくとも２つの信号発生回路を備える、電流検出回路。
2. 前記電流検出回路は、１つの半導体基板上に形成されている、請求項１に記載の電流検出回路。
3. 請求項１または請求項２の電流検出回路、および
   前記電流検出回路の少なくとも２つの出力信号に基づいて３相モータを制御する制御回路を備える、モータ駆動装置。
4. 前記制御回路は、前記参照クロック信号を生成して前記内部クロック発生回路に与える、請求項３に記載のモータ駆動装置。

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