JP2015171237A

JP2015171237A - モータ駆動装置

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Publication number: JP2015171237A
Application number: JP2014044591A
Authority: JP
Inventors: 田中　秀尚; Hidenao Tanaka; 秀尚田中; 義典竹岡; Yoshinori Takeoka
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2014-03-07
Filing date: 2014-03-07
Publication date: 2015-09-28
Anticipated expiration: 2034-03-07
Also published as: JP6303129B2

Abstract

【課題】ブラシレスＤＣモータの安定かつ確実な起動を実現する。
【解決手段】ブラシレスＤＣモータ１と、インバータ２と、前記インバータ２の高圧側スイッチング素子を駆動するブートストラップ電源６と、ブートストラップ電源６のスイッチ部６ａの駆動電源源であるチャージポンプ電源７を有し、チャージポンプ電源のコンデンサはインバータの低圧側スイッチング素子のオフ時に充電され、低圧側スイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならない様にし、さらに低圧側スイッチング素子のオフ時間に応じて高圧側スイッチング素子のオン期間を補正することで、ブートストラップ電源のスイッチ部を駆動することで、チャージポンプ電源は安定した電位を確保でき、ブートストラップ電源のスイッチ部の確実な駆動を実現し、インバータ２の高圧側スイッチング素子を確実に制御できるので、ブラシレスＤＣモータを安定かつ確実に駆動できる。
【選択図】図１

Description

本発明は、インバータ制御によるモータ駆動装置に関する。

従来、この種のモータ駆動装置は、インバータ回路の高圧側スイッチング素子駆動部はダイオードと抵抗およびコンデンサにより構成したブートストラップ電源を用い、モータの起動時には、インバータ回路の低圧側スイッチング素子をオン／オフして、ブートストラップ電源のコンデンサを安定した電位に充電するようにしている。（例えば特許文献１参照）
図５は、特許文献１に記載された従来のモータ駆動装置を示すものであり、３相モータを駆動するモータ駆動装置の１相分（Ｕ相）のインバータと駆動回路およびブートストラップ回路との接続関係を示している。

図５において、３相モータを駆動するインバータ１０２は、スイッチング素子とダイオードを逆並列接続した回路を６個用いて３相フルブリッジ構成している。

駆動回路１０４および１０５はそれぞれ、高圧側スイッチング素子１０２ａ、低圧側スイッチング素子１０２ｂを入力信号ＵｐおよびＵｎの状態に応じてオン／オフ制御を行う。

Ｕ相ブートストラップ回路１０６は１５Ｖ程度の直流電源１０６ａと、ダイオード１０６ｂ、抵抗１０６ｃ、コンデンサ１０６ｄの直列接続により構成され、コンデンサ１０６ｄの負電位側は駆動回路１０４の負電位側に接続され、スイッチング素子１０２ａのエミッタ端子に共通接続される。コンデンサ１０６ｄの正側端子は、駆動回路１０４の電源側端子に接続される。

モータを起動する直前に、スイッチング素子１０２ｂをオンオフデューティ５０％で断続通電することで、スイッチング素子１０２ｂのオン期間中、直流電源１０６ａよりダイオード１０６ｂ、抵抗１０６ｃを介してコンデンサ１０６ｄを初期充電する。これにより高圧側駆動回路１０４の電源が確保され、高圧側スイッチング素子は駆動可能な状態となる。

つぎに、モータの回転起動にあたり、高圧側スイッチング素子１０２ａをＰＷＭ制御する。ブートストラップ回路１０６の充電動作は、高圧側スイッチング素子１０２ａがオフしたとき、モータのインダクタンスの蓄積エネルギーが、低圧側ダイオード１０２ｈを介して回生電流として流れ、そのとき、ブートストラップコンデンサの負側端子はインバータ回路１０２のＧＮＤレベル近くとなり、充電されることとなる。

よって、低圧側スイッチング素子１０２ｂがオンした場合と、高圧側スイッチング素子１０２ａがオン／オフした時に充電されるので、ブートストラップ電位は安定した電位を保つ。

特開２０００−２３４８４号公報

しかしながら上記従来の構成では、ブートストラップ回路のダイオードには高速オン／オフが可能、かつ短時間でコンデンサに充電電荷を注入可能な比較的大きな電流定格を有する高速ダイオードと、コンデンサの充電電流をダイオード定格以下に抑えるための電流制限抵抗が必要である。さらにブートストラップ回路は３相分必要であり、各回路は高い電位差を持つため安全規制に応じた絶縁距離を保つ必要があり回路面積が大きくなってしまう。そこで近年ではブートストラップ回路ダイオードを高速スイッチング可能なＭＯＳＦＥＴに置き換え、ＭＯＳＦＥＴのゲート駆動を低圧側スイッチング素子駆動信号と同期したチャージポンプ電源の充電により行う構成として、ブートストラップ回路とインバータのスイッチング素子の駆動部とを１チップの集積回路化した半導体素子による回路部品点数の削減と小型化が提案されている。しかし従来の構成では、起動直後の低速駆動領域では、低圧側スイッチング素子は連続通電となり、ＭＯＳＦＥＴゲート駆動のチャージポンプ電源の電位が低下し、これによりブートストラップ電源のスイッチ部がオフし、その結果モータの起動不良が発生してしまうという課題があった。

前記従来の課題を解決するために、本発明のモータ駆動装置は、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスＤＣモータと、２個のスイッチング素子を直列に接続し、この直列接続した１対のスイッチング素子を３対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ部で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチ部を駆動するチャージポンプ電源と、高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するオン時間補正部を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に任意の固定子巻線を通電して、回転子磁極位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側のスイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならない用にして前記チャージポンプ電源コンデンサを充電するとともに、前記オン時間補正部により高圧側スイッチング素子のオン時間を補正する様にしたものである。

これによりモータ固定子の位置決め時や、モータ起動直後等の低速駆動時もブートストラップ電源のスイッチ素子を駆動するチャージポンプ電源は安定して一定以上の電位を確保できるため、ブートストラップ電源のスイッチ素子を確実かつ安定的にオンすることができるようになる。さらに、低圧側スイッチング素子のオフに伴う位置決め制御での電流の低下を、高圧側スイッチング素子のオン時間の補正により抑制できる。従って位置決め時の電流及び起動トルクの低下を抑制できるので、ブラシレスＤＣモータの確実は起動性を確保できる。

本発明のモータ駆動装置は、確実かつ安定したモータの起動を実現できるとともに、回路の小型化と低コスト化、および部品点数を削減することが出来る。

本発明の実施の形態１におけるモータ駆動装置のブロック図本発明の実施の形態１におけるモータ起動時のタイミングチャート本発明の実施の形態１における駆動信号生成部を示すブロック図本発明の本実施の形態１における位置決め時のタイミングチャート従来のモータ駆動装置の１相分の回路図

第１の発明は、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスＤＣモータと、２個のスイッチング素子を直列に接続し、この直列接続した１対のスイッチング素子を３対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ部で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチ部を駆動するチャージポンプ電源と、高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するオン時間補正部を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に任意の固定子巻線を通電して、回転子磁極位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側のスイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならない用にして前記チャージポンプ電源コンデンサを充電するとともに、前記オン時間補正部により高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するモータ駆動装置である。これにより所定の巻線を一定期間通電して、モータの磁極位置を固定する位置決め制御時においても、チャージポンプ電源コンデンサには常に電荷がチャージされ所定の電圧を保持できるとともに、低圧側スイッチング素子のオフに伴う位置決め電流の低下を高圧側スイッチング素子のオン時間の補正により抑制できるため、ブラシレスＤＣモータの固定子を確実に所定の位置に固定できるので、ブラシレスＤＣモータの確実な起動を実現できる。

さらにブートストラップ回路のダイオードとして高速スイッチングが可能なＭＯＳＦＥＴを用い、ＭＯＳＦＥＴのゲート駆動を低圧側スイッチング素子駆動信号と同期したチャージポンプ電源の充電により行う構成として、ブートストラップ回路とインバータのスイッチング素子の駆動部とを１チップの集積回路化した半導体素子を使用することが可能となり、回路の部品点数の削減、小型化、低コスト化を図ることができる。

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

（実施の形態１）
図１は、本発明の実施の形態におけるモータ駆動装置のブロック図である。
図１において、ブラシレスＤＣモータ１は、３相巻線を有する固定子と永久磁石を有する回転子により構成されている。

インバータ２は２個のスイッチング素子を直列接続した回路を３回路並列に接続して３相フルブリッジに構成している。尚、各スイッチング素子には逆並列にダイオード（２ｇから２ｌ）が接続されている。

ブラシレスＤＣモータ１は、永久磁石を有する回転子１ａと３相巻線を有する固定子１ｂにより構成され、３相巻線の各端はインバータ２のスイッチング素子の直列接続の接続点に結線されている。

ドライブ回路３は前記インバータ２のスイッチング素子の駆動回路であり、駆動信号生成部１０からの高圧側スイッチング素子の駆動信号Ｈｉｎと低圧側スイッチング素子Ｌｉｎ信号を入力として、高圧側に接続された高圧側スイッチング素子２ａはＨｉｎ信号に応じて高圧側素子駆動部４により駆動され、グランド側に接続された低圧側スイッチング素子２ｂはＬｉｎ信号に応じて低圧側素子駆動部５により駆動される。

ブートストラップ電源６はダイオード６ａ、スイッチ部６ｂ、およびコンデンサ６ｃにより構成された、高圧側素子駆動部４の電源であり、低圧側スイッチング素子２ｂのゲート駆動電圧となる。なお、スイッチ部６ｂは半導体素子スイッチであり、ＭＯＳＦＥＴを
用いている。

スイッチ駆動部は、ダイオード７ａ、コンデンサ７ｂと、駆動部７ｃによりチャージポンプ電源７として構成され、スイッチ部６ｂに電圧を供給することで、スイッチ部６ｂをオンできる。駆動部７ｃは、低圧側スイッチング素子２ｂの駆動信号Ｌｉｎを入力しているため、低圧側スイッチング素子と同期して駆動する。

またブートストラップ回路には、ダイオード６ａとスイッチ部６ｂの直列回路部に、高速ダイオードを使用するのが一般的であるが、本発明では高速スイッチングが可能なＭＯＳＦＥＴを用い、コンデンサの充電電荷のＶＣＣ側への逆流を阻止する向きにダイオード６ｂを直列に挿入している。

またスイッチ部６ｂをＭＯＳＦＥＴとすることで、高圧側駆動部４、低圧側駆動部５、ダイオード６ａ、ＭＯＳＦＥＴ６ｂ、チャージポンプ電源７を１チップの集積回路として構成した市販半導体部品を使用しており、ドライブ回路３の部品点数の削減、小型化および低コスト化を可能としている。

なお、簡単のためドライブ回路３はスイッチング素子２ａおよび２ｂについての１相分のみ記載しているが、他の２相（スイッチング素子２ｃと２ｄおよび、２ｅと２ｆ）について同じ回路を有している。

ここで、ブートストラップ電源６の動作について説明する。

図１においてブートストラップ電源のコンデンサ６ｃは、スイッチ部６ｂがオンしたときＶＣＣと接続され、ＶＣＣ電位とコンデンサ６ｃ電位との電位差がダイオード６ａの順方向電圧より大きい時、充電される。

また、コンデンサ６ｃの充電には２つの経路があり、低圧側スイッチング素子２ｂがオンした時（第１の充電モード）と、高圧側スイッチング素子２ａの通電直後（オンからオフへの移行）の低圧側ダイオード２ｈが導通する還流時（第２の充電モード）である。

まず、第１の充電モードではスイッチング素子２ｂが導通した時、接続点Ａ（図１に図示）の電位はＧＮＤ近くまで低下することになり、電源ＶＣＣからダイオード６ａ、スイッチ部６ｂを介してコンデンサ６ｃは充電される。

次に第２の充電モードでは、高圧側スイッチング素子２ａが通電されている状態からオフ状態に変移した際、モータ巻線１ｂに蓄えられたエネルギーがダイオード２ｈを介して還流モードで放出される。従って、接続点Ａの電位はＧＮＤレベルより低下することになり、コンデンサ６ｃは電源ＶＣＣから充電される。

チャージポンプ電源７の動作について説明する。Ｌｉｎがロー信号のとき、低圧側素子駆動部５はロー信号を出力し、低圧側スイッチング素子２ｂはオフ状態にある。同時にチャージポンプ電源７の駆動素子７ｃにもロー信号が入力され、ロー信号を出力する。これによりコンデンサ７ｂの駆動素子７ｃ接続側端子はＧＮＤ近くの電位となり、ダイオード７ａを介してＶＣＣから充電される。これにより、スイッチ部６ｂの駆動電圧はＶＣＣからダイオード７ａのオン電圧を引いた電圧となる。この電圧とブートストラップコンデンサ６ｃとの電位差が所定の電位差以上の時スイッチ部６ｂはオンする。即ち、コンデンサ６ｃの電圧が一定レベルより低い時スイッチ部６ｂはオンする。

次にＬｉｎがローからハイ信号に変化した時、駆動素子７ｃ出力はＶＣＣとなり、コン
デンサ７ｂ電位は、ＶＣＣ電圧の２倍からダイオード７ａの順方向電圧を引いた電位に上昇する。このとき、ブートストラップ電源６のコンデンサ６ｃの電位がＶＣＣ近辺の時、スイッチ部６ｂはオンする。

図２はブラシレスＤＣモータ１の起動時の各スイッチング素子の駆動信号を示している。図２において斜線部は、モータ巻線を通電する相のスイッチング素子がオンする区間を示している。

起動時の制御について図２を用いて説明する。ブラシレスＤＣモータ１が停止状態にあるとき、Ｌｉｎ（図２においてのＵｎ、Ｖｎ、Ｗｎ）はロー信号を出力（区間Ａ）しており、駆動素子７ｃはＧＮＤレベルに近い出力状態にある。従ってコンデンサ７ｂはＶＣＣ電圧近くに充電されている。

区間Ｂはブートストラップ回路のコンデンサ６ｃの初期充電区間であり、ブラシレスＤＣモータ１の駆動指令が発生した時、３相全ての低圧側スイッチング素子の駆動信号Ｌｉｎ（Ｕｎ、Ｖｎ、Ｗｎ）はハイ状態となる。これにより低圧側スイッチング素子２ｂ、２ｄ、２ｆがオンする。この時、チャージポンプ電源７の駆動素子７ｃからはハイ信号が出力されコンデンサ電位はＶｃｃの２倍からダイオード７ａの電圧降下分低下した電位となり、ブートストラップ電源６のスイッチ素子６ｂはオンする。このとき低圧側スイッチング素子はオン状態にあるため、ブートストラップ回路のコンデンサ６ｃのスイッチング素子との結線側端子はＧＮＤレベルに近い電位となっている。従って、ブートストラップ回路のコンデンサには、ＶＣＣから電荷が注入され充電され、高圧側素子駆動部４の電源電圧が確保され高圧側スイッチング素子の駆動可能な状態となる。

区間Ｃは区間Ｄで高圧側スイッチング素子の通電するにあたり、同一相上下のスイッチング素子（図２においてはＷ相高圧側素子２ｅとＷ相低圧側素子２ｆ）が同時通電状態にならない様に設けているデッドタイム区間であるが、ハーフブリッジ構成のゲートドライバ等により上下同時通電を論理的に禁止している素子等を用いる場合は不要である。

区間ＤはブラシレスＤＣモータ１の、固定子巻線の任意の相を通電することで、回転子の回転位置を所定の位置に固定する『位置決め制御』区間で、高圧側スイッチング素子２ｅと低圧側スイッチング素子２ｂがオン状態にある。

この様にして回転子の磁極位置を所定の位置に決めることにより、区間Ｅではあらかじめ定めたスイッチング素子の駆動（即ち通電を開始する巻線）パターンを切換えていくことで安定してモータを起動し運転することができる。

ブラシレスＤＣモータ１の巻線への通電が電気角１５０度以下の矩形波駆動では、上下どちらか一方のスイッチング素子を任意の周波数で任意のオン／オフ時比率でスイッチングすることで、ブラシレスＤＣモータ１への印加電圧を調整（ＰＷＭ制御）する。

高圧側スイッチング素子のオン中は、ブートストラップ電源６のコンデンサ６ｃの充電電荷の消費と放電により、コンデンサ６ｃの両端電圧の低下が伴う。従って高圧側スイッチング素子の連続通電時間が長い場合、大容量のコンデンサが必要（部品の大型化、コストアップ）となるため、本発明の実施の形態では高圧側スイッチング素子（２ａ、２ｃ、２ｅ）をＰＷＭ制御によりオン／オフし、ブートストラップコンデンサの充電経路を設ける方式を用いている。

しかし低圧側スイッチング素子のオン時間が長くなれば、チャージポンプ電源７のコンデンサの非充電期間が長くなり、内部漏れ電流等による影響で電圧が低下していく。

従って、本実施の形態では、特に低圧側スイッチング素子のオン時間（即ちチャージポンプ電源７のコンデンサ７ｂの非充電期間）が長い、『固定子の位置決め制御区間』および『起動後の低速駆動区間』では、高圧側通電相のスイッチング素子とともに、低圧側通電相のスイッチング素子も所定の間隔でオン／オフするようにして、チャージポンプ電源コンデンサ７ｂの充電期間を設けている。

一方で、低圧側通電相のスイッチング素子にオフ期間を設けることは、起動時の位置決め制御および低速駆動時のモータ巻線電流の低下が伴う。従って、本実施の形態では、低圧側スイッチング素子のオフ時間に応じて高圧側スイッチング素子のオン時間を補正して、通電時間を増やすことで、起動時および低速時の電流の低下を抑制している。

図３は実施の形態１におけるスイッチング素子の駆動信号生成部１０のブロック図であり、高圧側スイッチング素子のオン時間補正を含め、各スイッチング素子のオン／オフ信号の生成方法を示している。

図３において駆動信号生成部１０の出力は、インバータ２の各相、高圧側スイッチング素子駆動信号Ｈｉｎ、低圧側スイッチング素子駆動信号Ｌｉｎであり、当該のスイッチング素子をオンまたはオフする。

図３において、低圧側駆動波形生成部１１は、下側素子オフ時間設定部１２によるオフ時間と第２ＰＷＭタイマ１３、転流周期指令部１４によるモータ駆動速度に基づく転流周期を入力して、低圧側スイッチング素子の駆動信号を生成する。

電圧指令部１５は、あらかじめ設定された位置決め電流値や、起動時の起動トルク、モータ駆動時は速度フィードバック制御に基づいて、モータに印加すべき電圧を指示する。オン時間補正部１６では、電圧指令部１５によるモータに印加すべき電圧に、下側素子オフ時間設定部１２で設定した、下側素子のオフ時間を加味した補正値を付加して、高圧側駆動波形生成部１８に入力する。高圧側波形発生部１８では、第１ＰＷＭタイマ１７と、前記転流周期司令部１４によるモータ駆動速度に基づく転流周期を入力して、高圧側スイッチング素子の駆動信号を生成する。

出力相選択部１９は低圧側駆動波形生成部１１と高圧側駆動波形生成部１８の信号を入力して、３相交流電圧を生成するための出力パターンで各スイッチング素子のオンおよびオフ信号を出力する。

なお、図３において第１ＰＷＭタイマと第２ＰＷＭタイマを異なるタイマを使用する様に期しているが、両タイマは共通のＰＷＭタイマを用いても構わない。

図４は本実施の形態１における位置決め時の通電相（Ｗ相巻線からＵ相巻線に電流を流す）の当該スイッチング素子のタイミングチャートであり、ＷｐがＷ相高圧側スイッチング素子、ＵｎがＵ相低圧側スイッチング素子の駆動信号を示している。

図４において、第１ＰＷＭタイマ１３と第２ＰＷＭタイマ１７は同じ周波数のタイマとしているが、異なる周波数としても構わない。時間ＴはＰＷＭ周期であり、第１ＰＷＭタイマ１３と第２ＰＷＭタイマの周期である。

区間Ｄ１は、位置決め制御時およびモータ起動時におけるＵ相低圧側スイッチング素子のオフ区間である。この区間はチャージポンプ電源のコンデンサ７ｂの充電期間として、下側素子オフ時間設定部１２で設定される。この区間では図１におけるＬｉｎ信号がＬと
なるため、チャージポンプ電源の駆動素子７ｃはＬ信号が出力され、コンデンサ７ｂはＶＣＣからＰＷＭ周期ごとに充電され、常に安定した電位を確保できる。つまり、モータ位置決め制御時や起動直後の低速駆動時等、特定の巻線を長時間通電する区間であっても、下側スイッチング素子の定期的なオフ区間を設けることで、チャージポンプ電源は常に所定の電位を確保し、ブートストラップ電源のスイッチ部６ｂを確実に駆動できる状態とする。

区間Ｄ２は電圧指令部１５により設定された高圧側スイッチング素子のオン区間である。この区間は、位置決め制御ではモータの回転子位置を所定の位置に確実に固定するために必要な電流を基に、また位置決め後の起動では起動トルク（即ち起動電流）を基に印加する電圧（即ちＰＷＭのオンデューティ）を予め設定しておく。またＤ２区間は、インバータ２の入力電圧（図１におけるＶＤＣ）、あるいは交流電源を整流平滑してＶＤＣを生成している場合は、交流電源電圧により調整する構成とすれば、インバータ２の入力電圧変動に影響せず、より確実なモータの起動性を確保できる。

区間Ｄ３は高圧側スイッチング素子のオン時間の補正区間である。この区間は下側素子オフ時間設定部１２により設定された時間を基に、オン時間補正部１６において設定される。具体的には例えば、下側素子のオフデューティを１％としていた場合、オン時間補正部は上側素子のオンデューティの補正量を１％付加するよう補正量を設定する。このように下側スイッチング素子のオフ区間に応じて、上側スイッチング素子のオン時間に補正量を付加することで、下側スイッチング素子のオフ区間を設けることによる、モータ巻線に流れる電流の低下を抑制する。

従って、区間Ｄ２と区間Ｄ３との和が上側スイッチング素子のオン区間となり、上側素子のオン区間と、下側素子のオフ区間の差を所定の時間だけ長くして、位置決め制御時の電流および、起動時のトルクを確保し、モータの起動性を保持している。また区間Ｄ２と区間Ｄ３は下側スイッチング素子もオンする区間である。区間Ｄ２およびＤ３では、区間Ｄ１によりチャージポンプ電源のコンデンサが十分に充電されているためブートストラップ電源のスイッチ部が駆動可能な状態にある。よってこの区間では下側スイッチング素子がオンしてブートストラップ電源のコンデンサは第１の充電モードにより充電されることになる。

区間Ｄ４は、上側スイッチング素子がオフ、下側スイッチング素子がオンの区間である。この区間は上側スイッチング素子のターンオフによりモータ巻線に蓄えられたエネルギーをＷ相下側スイッチング素子に逆並列で接続したダイオードを介して放出する区間であり、ブートストラップ電源のコンデンサ６ｃは第２の充電モードにより充電される。なお、この区間は下側スイッチング素子の駆動信号Ｌｉｎはハイであり、チャージポンプ電源のコンデンサ７ｂは充電できない一方で、内部の漏れ電流等による電荷放出により電位が下降していく。しかしながら、下側スイッチング素子のオフ周期（図４において区間Ｔ）を、チャージポンプ電源のコンデンサがブートストラップ電源のスイッチ部の駆動に必要な電位以下に放電する時間より短くすることで、チャージポンプ電源のコンデンサ電位は安定して所定の電位以上を確保出来、その結果ブートストラップ電源を確実に動作し、上側スイッチング素子の駆動電圧を安定的に確保することが出来る。これにより、モータ固定子の確実な位置決めの実現と、適正な起動トルクの確保により、モータを確実かつ安定的に起動することができる。

なお、図３においてＵ相低圧側スイッチング素子のオン／オフ周期をＷ相高圧側のＰＷＭ周期と一致させているが、チャージポンプ電源のコンデンサ７ｂの電荷が放電される時間として任意に設定して構わない。

以上の様に本発明の実施の形態においては、固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスＤＣモータと、２個のスイッチング素子を直列に接続し、前記直列接続した１対のスイッチング素子を３対並列に接続した回路両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ部で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチ部を駆動するチャージポンプ電源と、高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するオン時間補正部を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に任意の固定子巻線を通電して、前記回転子磁極位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側のスイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならない様にして前記チャージポンプ電源コンデンサを充電するとともに、前記オン時間補正部により高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するモータ駆動装置である。これにより所定の巻線を一定期間通電して、モータの磁極位置を固定する位置決め制御時や、起動直後の運転時においても、チャージポンプ電源コンデンサには常に電荷がチャージされ所定の電圧を保持できるとともに、低圧側スイッチング素子のオフに伴うモータ電流の低下を高圧側スイッチング素子のオン時間の補正により抑制できるため、所定の位置決め電流の確保で、ブラシレスＤＣモータの固定子の確実な位置決めと、所定の起動トルクの確保によりブラシレスＤＣモータの確実な起動を実現できる。

さらにブートストラップ回路のダイオードとして高速スイッチングが可能なＭＯＳＦＥＴを用い、ＭＯＳＦＥＴのゲート駆動を低圧側スイッチング素子駆動信号と同期したチャージポンプ電源の充電により行う構成として、ブートストラップ回路とインバータのスイッチング素子の駆動部とを１チップの集積回路化した素子を使用することが可能となり、回路の部品点数の削減、小型化、低コスト化を図ることができる。

以上の様に本発明によるモータ駆動装置は、回路部品点数の削減、小型・低コスト化を図った上で、モータを安定して起動できるため、３相ブラシレスＤＣモータをインバータ制御により駆動する機器すべての用途に適用できる。

１ブラシレスＤＣモータ
２インバータ
６ブートストラップ電源
７チャージポンプ電源
１６オン時間補正部

Claims

固定子と、永久磁石を有する回転子とから成るブラシレスＤＣモータと、２個のスイッチング素子を直列に接続し、この直列接続した１対のスイッチング素子を３対並列に接続した両端に直流電圧を入力して交流電圧を出力するインバータと、インバータの高圧側に接続された各スイッチング素子を駆動するためのコンデンサとスイッチ部で構成したブートストラップ電源と、前記ブートストラップ電源のスイッチ部を駆動するチャージポンプ電源と、高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するオン時間補正部を有し、前記チャージポンプ電源のコンデンサは、前記インバータの低圧側に接続されたスイッチング素子のオフ時に充電され、前記ブラシレスＤＣモータの起動時に任意の固定子巻線を通電して、回転子磁極位置を所定の位置に固定する際に、前記インバータのオンしている低圧側のスイッチング素子を任意の頻度でオフして、前記低圧側に接続したスイッチング素子のオン時間が所定の時間より長くならない用にして前記チャージポンプ電源コンデンサを充電するとともに、前記オン時間補正部により高圧側スイッチング素子のオン時間を補正するモータ駆動装置。