WO2013035491A1 - スイッチ駆動回路，インバータ装置及びパワーステアリング装置 - Google Patents

スイッチ駆動回路，インバータ装置及びパワーステアリング装置 Download PDF

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    • H02P29/00—Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
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    • H02P29/024—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/027—Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being an over-current

Definitions

  • Embodiments of the present invention include a switch drive circuit that outputs an open / close control signal to a switch circuit for electrically opening and closing a DC power supply and an inverter circuit, and an inverter device including the inverter circuit and the switching drive circuit And a power steering device including the inverter device.
  • the electric power steering device detects the steering input torque applied through the steering wheel by the driver's operation with the steering torque sensor, and determines the magnitude and direction of the motor output in the control device based on the output signal of the steering torque sensor.
  • a motor is driven via an inverter circuit, and the power of the motor is transmitted to a steering system to reduce steering torque.
  • a switch configured by using a relay is inserted between a battery as a power source and an inverter circuit, and when the control device detects an overcurrent state or an abnormality in PWM control, the switch is turned off. It opens to shut off the power supply to the inverter circuit and the motor, thereby preventing an unwanted auxiliary steering force from being generated from the motor.
  • a switch configured using a relay needs to supply a large current of several tens to 100 A to the motor in order to generate a steering assist torque.
  • a relay capable of switching such a large current is large. Therefore, the electric power steering device becomes large. Therefore, it is considered to use a switch circuit using a semiconductor switching element such as an FET instead of a relay.
  • the inverter circuit 1 is configured by connecting six power MOSFETs (N channels) 2 (U to W, X to Z) in a three-phase bridge, and each phase output terminal has each phase winding of the motor 3. (Not shown) is connected.
  • the motor 3 is, for example, a brushless DC motor.
  • the positive terminal of the battery 4 of the vehicle is connected to the positive DC bus of the inverter circuit 1 via the switch circuit 5, and the negative terminal (body ground) is connected to the negative DC bus.
  • the switch circuit 5 is configured by connecting two N-channel MOSFETs 6a and 6b with their sources connected in common, the drain of the N-channel MOSFET 6a is connected to the positive terminal of the battery 4, and the drain of the N-channel MOSFET 6a is
  • the inverter circuit 1 is connected to the positive DC bus. Both gates are connected in common, and a resistance element 7 is connected between the gates.
  • the drive circuit 8 that drives the switch circuit 5 is configured as a peripheral circuit such as an MCU (Micro Control Unit) that is an IC that controls the inverter circuit 1, and its power source is supplied from the battery 4 via the diode 15.
  • the circuit ground is connected to the negative DC bus of the inverter circuit 1.
  • a series circuit of two N-channel MOSFETs 10 and 11 is connected between the output terminal of the power generation circuit 9 that generates a driving power source for driving the switch circuit 5 and the ground.
  • the drive signals output from the MCU are individually output to the gates of the FETs 10 and 11 via a half-bridge (H / B) drive circuit 12. Further, protective diodes 13 and 14 are connected in parallel to the N-channel MOSFETs 10 and 11, respectively.
  • the common connection point (source and drain) of the MOSFETs 10 and 11 is connected to the gates of the N-channel MOSFETs 6 a and 6 b constituting the switch circuit 5.
  • the H / B drive circuit 12 turns on the N-channel MOSFET 10 and turns off the N-channel MOSFET 11 to set the gate potentials of the N-channel MOSFETs 6a and 6b to a high level.
  • the switch circuit 5 is turned off, the N channel MOSFET 10 is turned off and the N channel MOSFET 11 is turned on to set the gate potentials of the N channel MOSFETs 6a and 6b to a low level.
  • the switch circuit As shown in FIG. 8, it is also conceivable to use a P-channel MOSFET 16 as one of the switching elements and connect the anodes of the parasitic diodes in common. The problem of reverse flow like this does not occur.
  • the element size of the P-channel MOSFET is larger than that of the N-channel MOSFET, and it is necessary to control each FET by giving a different level of gate signal. Often composed of a combination of Therefore, it is necessary to address the above problems.
  • a switch drive circuit an inverter device, and a power steering device that can reliably protect circuit elements even when a battery is connected in the reverse direction are provided.
  • the switch drive circuit includes a switch circuit configured by connecting two N-channel type semiconductor switching elements in series in opposite directions so as to electrically open and close between the DC power supply and the inverter circuit.
  • a reference potential point is shared with the inverter circuit, and an open / close control signal is output to the switch circuit.
  • the switch driving circuit has a half bridge circuit in which two semiconductor switching elements are connected in series between a driving power source and the reference potential point, and a protective diode is connected in parallel to each of the two semiconductor switching elements.
  • the inverter device includes an inverter circuit to which a DC power is supplied, a switch circuit that electrically opens and closes between the DC power and the inverter circuit, And a switch drive circuit that outputs a signal for controlling opening and closing of the switch circuit in common with the inverter circuit.
  • the switch circuit is configured by connecting two N-channel semiconductor switching elements in series in the reverse direction, and the switch driving circuit includes two semiconductor switching elements in series between a driving power source and the reference potential point. Each of the two semiconductor switching elements is connected in parallel with a protective diode. And when the DC power supply is connected to the inverter circuit with a reverse polarity, current blocking for blocking current from flowing from the reference potential point to the switch circuit side through the reference potential point A diode is provided.
  • the power steering device includes a motor that generates an auxiliary steering force that assists the steering force of the vehicle steering, and the inverter device according to any one of claims 5 to 8 that controls the motor. Is provided.
  • the inverter device of the present invention can use the switch circuit 5 that can be made smaller than a relay for high power by using a semiconductor switching element, and the power steering device 100 can be downsized. Even when the battery 4 is connected in reverse polarity, the reverse current is prevented from flowing by the parasitic diode of the FET 2 and the protective diode 14 in the switch drive circuit 38 to protect the inverter circuit 1 and the motor 3 and short circuit failure. Can be prevented.
  • FIG. 1 is a diagram illustrating an internal configuration of a switch drive circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the internal configuration of the motor drive control unit.
  • FIG. 3 is a diagram showing a configuration of the entire power steering apparatus.
  • FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 1 showing the second embodiment.
  • FIG. 5 is a view corresponding to FIG. 1 showing a third embodiment.
  • FIG. 6 is a view corresponding to FIG.
  • FIG. 7 is a view corresponding to FIG. 6 when the batteries are connected with reverse polarity.
  • FIG. 6 is a view corresponding to FIG. 6 when a switch is configured using a P-channel MOSFET.
  • 1 is an inverter circuit
  • 3 is a motor
  • 4 is a battery (DC power supply)
  • 5 is a switch drive circuit
  • 6 is an N-channel MOSFET (N-channel semiconductor switching element)
  • 10 and 11 are N-channel MOSFETs (semiconductor switching elements)
  • Reference numerals 13 and 14 denote protective diodes
  • 38 denotes a switch drive circuit
  • 39 denotes a current blocking diode
  • 41 denotes a switch drive circuit
  • 42 and 43 denote current blocking diodes
  • 100 denotes a power steering device.
  • FIGS. 1 to 3 a first embodiment will be described with reference to FIGS. 1 to 3. Note that the same parts as those in FIG. In FIG. 3 showing the overall configuration of the power steering apparatus 100, one end of the steering shaft 22 is fixed to a steering handle 21 disposed in the vehicle interior, and the rotational force of the rack shaft is driven by a rack and pinion mechanism 23. It is transmitted as a force that changes the direction of the wheel 25 attached to both ends via the connecting mechanism 24.
  • the three-phase brushless DC motor 3 for assisting the rotational force is disposed on the steering shaft 22, and the motor 3 and the shaft 22 are connected via a speed reduction mechanism 26.
  • the power supply voltage of the battery 4 is supplied to the motor drive control unit 28 via the wires 27a and 27b.
  • the motor drive control unit 28 is disposed adjacent to or close to the vicinity of the motor 3, and performs PWM control of energization of the motor 3.
  • a battery voltage is supplied to the motor drive control unit 28 as a control power source via the wiring 27, and the signal line 30 of the torque sensor 29 for detecting the torque applied to the steering shaft 22 and the rotational position of the motor 3 are set.
  • a signal line 32 of a resolver 31 to be detected is connected.
  • FIG. 2 is a functional block diagram showing the internal configuration of the motor drive control unit 28.
  • the current detector 33 (for example, a resistance element) is connected between the negative terminal (reference potential point) of the battery 4 and the negative DC bus of the inverter circuit 1, and the current signal obtained by the current detector 33 is The signal is input to the A / D conversion circuit 34.
  • the current detection circuit 33 may be a current probe that detects a current by detecting a magnetic field generated by the current.
  • the A / D conversion circuit 34 outputs data obtained by A / D converting the input current signal to the MCU 35.
  • a steering angle signal from the torque sensor 29 and a steering angle signal from the resolver 31 are given to the input I / F (interface) circuit 36, and the input I / F circuit 36 responds to each input signal.
  • a voltage signal is input to the MCU 35.
  • the MCU 35 is configured by a microcomputer or the like, generates a gate signal for controlling each FET 2 constituting the inverter circuit 1 according to each input signal, and outputs the gate signal to the bridge gate drive circuit 37.
  • the MCU 35 outputs a drive signal to the switch circuit 5 via the switch drive circuit 38.
  • the MCU 35 When the power is supplied, the MCU 35 first outputs a shut-off command (OFF) signal to the switch circuit 5, and outputs a closing (ON) signal to the switch circuit 5 when its initialization process is completed. Thereby, the electric power of the battery 4 is supplied to the inverter circuit 1.
  • the MCU 35 takes in the steering torque signal and the steering rotation speed, determines whether or not it is necessary to supply the steering assist force (torque) from the motor 3, and if so, based on the steering torque and the steering rotation speed. Thus, the rotation direction of the motor 3 and the steering assist force supplied from the motor 3 are obtained. Then, the MCU 35 generates and outputs a gate drive control signal based on the obtained rotation direction and steering assist force. Further, the MCU 35 outputs a cutoff command signal to the switch circuit 5 when the current value detected by the current detector 33 exceeds the overcurrent value.
  • the bridge gate drive circuit 37 includes a booster circuit for generating a gate supply voltage for controlling the FETs 2U to 2W on the upper arm side constituting the inverter circuit 1 to a conductive state, and a plurality of level shift circuits (both shown in FIG. Not shown).
  • the gate drive circuit 37 supplies a gate voltage signal to the gate of each FET 2 based on the gate drive control signal output from the MCU 35.
  • the MCU 35 monitors the current flowing through the inverter circuit 1 based on the current value signal. When the current flowing through the inverter circuit 1 exceeds a preset allowable current, the MCU 35 stops driving the motor 3 and sends it to the switch circuit 5. Is turned off to cut off the power supply to the inverter circuit 1.
  • FIG. 1 is a diagram corresponding to FIG. 6 showing the internal configuration of the switch drive circuit 38.
  • the circuit ground is directly connected to the negative DC bus of the inverter circuit 1, but in the switch drive circuit 38 of the present embodiment, the forward diode 39 (current element diode). Is inserted between the two. Thereby, even when the battery 4 is connected with a reverse polarity as shown in FIG. 7, it is possible to prevent an overcurrent from flowing through the circuit via the parasitic diode of the FET 2.
  • the switch drive circuit 38 has two N-channel MOSFETs 6a and 6b (N-channel semiconductor switching elements) so as to electrically open and close between the battery 4 and the inverter circuit 1.
  • MOSFETs 6a and 6b N-channel semiconductor switching elements
  • the reference potential point is shared with the inverter circuit 1 and an open / close control signal is output to the switch circuit 5.
  • a half bridge circuit in which two N-channel MOSFETs 10 and 11 (semiconductor switching elements) are connected in series is provided between the power supply generation circuit 9 and the reference potential point. These FETs 10 and 11 are connected in parallel, respectively.
  • the switch circuit 5 that can be configured more compactly than a relay for high power, and the power steering device 100 can be downsized. Even when the battery 4 is connected in reverse polarity, the reverse current is prevented from flowing by the parasitic diode of the FET 2 and the protective diode 14 in the switch drive circuit 38 to protect the inverter circuit 1 and the motor 3, and short circuit failure Can be prevented.
  • FIG. 4 shows a second embodiment.
  • the same parts as those in the first embodiment are denoted by the same reference numerals and the description thereof is omitted. Hereinafter, different parts will be described.
  • a current blocking diode 42 instead of the diode 39, a current blocking diode 42, between the source of the N-channel MOSFET 11 and the circuit ground, and between the anode of the protection diode 14 and the circuit ground, respectively. 43 is inserted.
  • the second embodiment configured as described above, the same effect as that of the first embodiment can be obtained.
  • FIG. 5 shows a third embodiment, and the differences from the second embodiment will be described.
  • the switch drive circuit 41 ′ of the third embodiment includes the current blocking diodes 42 and 43 of the second embodiment between the source of the N-channel MOSFET 10 and the drain of the N-channel MOSFET 11, the anode of the protection diode 13, and the protection diode 14. It is the structure arrange
  • a P-channel MOSFET may be used instead of the N-channel MOSFET 10. Further, a P-channel MOSFET may be used for the upper arm of the inverter circuit 1.
  • the present invention is not limited to a power steering device, and any device having a switch circuit configured using an N-channel semiconductor switching element between a DC power source and an inverter circuit is applicable.
  • the switch drive circuit according to the embodiment of the present invention is configured by connecting two N-channel type semiconductor switching elements in series in the reverse direction in order to electrically open and close between the DC power supply and the inverter circuit. This is useful for opening and closing a switch circuit.

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Abstract

　本発明の実施形態におけるスイッチ駆動回路（３８）は、直流電源（４）とインバータ回路（１）との間を電気的に開閉するように、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子（６ａ，６ｂ）を逆方向に直列接続して構成されるスイッチ回路（５）を開閉させるため、基準電位点を前記インバータ回路と共通にしてスイッチ回路に開閉制御信号を出力するもので、駆動用電源と基準電位点との間に２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）を直列接続したハーフブリッジ回路を有し、２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）にはそれぞれ並列に保護用ダイオード（１３，１４）が接続され、直流電源がインバータ回路に対して逆極性で接続された場合、基準電位点より自身を経由してスイッチ回路側に流出しようとする電流を阻止するダイオード（３９，４２，４３）を備える。

Description

スイッチ駆動回路，インバータ装置及びパワーステアリング装置
　本発明の実施形態は、直流電源とインバータ回路との間を電気的に開閉するためのスイッチ回路に開閉制御信号を出力するスイッチ駆動回路，及び前記インバータ回路及びスイッチング駆動回路を備えてなるインバータ装置，並びに前記インバータ装置を備えてなるパワーステアリング装置に関する。
　電動パワーステアリング装置は、ドライバの操作によりハンドルを介して与えられる操舵入力トルクを操舵トルクセンサで検知し、操舵トルクセンサの出力信号に基づき制御装置においてモータの出力の大きさと方向とを決定すると、インバータ回路を介してモータを駆動し、そのモータの動力をステアリング系に伝達して操舵トルクの軽減を図るものである。
　従来の電動パワーステアリング装置では、電源であるバッテリとインバータ回路との間にリレーを用いて構成した開閉器を挿入し、制御装置は、過電流状態やＰＷＭ制御の異常を検出すると、開閉器を開いてインバータ回路，モータへの給電を遮断し、モータから所望しない補助操舵力が発生するのを防止している。しかしながら、リレーを用いて構成した開閉器は、操舵補助トルクを発生させるために数１０Ａ～１００Ａ程度の大電流をモータへ供給する必要があるが、このような大電流を開閉できるリレーは大型であるため、電動パワーステアリング装置が大型になる。そこで、リレーの代わりにＦＥＴなどの半導体スイッチング素子を用いたスイッチ回路を用いることが考えられている。
特開２００４－１６８１２４号公報 特開平１０－１６７０８５号公報
　この場合に想定される構成の一例を図６に示す。インバータ回路１は、６個のパワーＭＯＳＦＥＴ（Ｎチャネル）２（Ｕ～Ｗ，Ｘ～Ｚ）を三相ブリッジ接続して構成されており、各相出力端子には、モータ３の各相巻線（図示せず）が接続されている。モータ３は、例えばブラシレスＤＣモータである。車両のバッテリ４の正側端子は、スイッチ回路５を介してインバータ回路１の正側直流母線に接続されており、負側端子（ボディアース）は、負側直流母線に接続されている。
　スイッチ回路５は、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａ，６ｂを、互いのソースを共通に接続して構成され、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａのドレインがバッテリ４の正側端子に接続されており、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａのドレインがインバータ回路１の正側直流母線に接続されている。双方のゲートは共通に接続され、ソースとの間には抵抗素子７が接続されている。
　スイッチ回路５を駆動する駆動回路８は、インバータ回路１を制御するＩＣであるＭＣＵ（Micro Control Unit；マイクロコンピュータ）などの周辺回路として構成されており、その電源はバッテリ４からダイオード１５を介して直接供給されており、回路グランドはインバータ回路１の負側直流母線に接続されている。そして、スイッチ回路５を駆動するための駆動用電源を生成する電源生成回路９の出力端子とグランドとの間には、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０及び１１の直列回路が接続されている。これらのＦＥＴ１０及び１１のゲートには、上記ＭＣＵより出力される駆動信号がハーフブリッジ（Ｈ／Ｂ）駆動回路１２を介して個別に出力される。また、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０及び１１には、保護用のダイオード１３及び１４がそれぞれ並列に接続されている。
　ＭＯＳＦＥＴ１０及び１１の共通接続点（ソース及びドレイン）は、スイッチ回路５を構成するＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａ，６ｂのゲートに接続されている。Ｈ／Ｂ駆動回路１２は、ＭＣＵからの駆動信号に応じてスイッチ回路５をオンする場合には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０をオン，ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１をオフしてＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａ，６ｂのゲート電位をハイレベルにする。また、スイッチ回路５をオフする場合には、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０をオフ，ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１をオンしてＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａ，６ｂのゲート電位をローレベルにする。
　以上のように車両に搭載されてバッテリ４より電源供給を受ける装置については、バッテリ４が逆方向に接続された場合に回路が保護されるかどうかを検討する必要がある。そこで、図６に示す構成について、バッテリ４が逆方向に接続された場合を想定すると、以下のような問題がある。このとき、図７に示すように、インバータ回路１の負側直流母線の電位が上昇するため、以下の経路で電圧が印加される。
　バッテリ４の正側端子－負側直流母線→ダイオード１４（又はＦＥＴ１１のボディダイオード）→スイッチ回路５（ＦＥＴ６ａのゲート－ドレイン）→バッテリ４の負側端子
これにより、スイッチ回路５のＦＥＴ６において、ゲート－ソース間に閾値を超える電位差が印加されるため、スイッチ回路５がオンして上記の電圧印加経路に沿って電流が流れる。同時に、ＦＥＴ６ｂ側がオンすると、インバータ回路１を構成するＦＥＴ２Ｕ，２Ｘのボディダイオードを経由しても電流が流れる。この時に流れるバッテリ４の短絡電流によって経路中の各素子が破壊される虞がある。
　尚、スイッチ回路については、図８に示すように、スイッチング素子の一方にＰチャネルＭＯＳＦＥＴ１６を用い、互いの寄生ダイオードのアノードが共通となるように接続することも考えられ、この場合には、上記のような逆流の問題が発生しない。しかし、ＰチャネルＭＯＳＦＥＴの素子サイズはＮチャネルＭＯＳＦＥＴに比較すると大きく、また、それぞれのＦＥＴに異なるレベルのゲート信号を与えて制御する必要があることから、一般には図６に示すようにＮチャネル同士の組み合わせで構成されることが多い。したがって、上記の問題に対処する必要がある。
　そこで、バッテリが逆方向に接続された場合でも、回路素子を確実に保護できるスイッチ駆動回路，インバータ装置及びパワーステアリング装置を提供する。
　実施形態によれば、スイッチ駆動回路は、直流電源とインバータ回路との間を電気的に開閉するように、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子を逆方向に直列接続して構成されるスイッチ回路を開閉させるため、基準電位点を前記インバータ回路と共通にして前記スイッチ回路に開閉制御信号を出力する。スイッチ駆動回路は、駆動用電源と前記基準電位点との間に、２つの半導体スイッチング素子を直列接続したハーフブリッジ回路を有し、前記２つの半導体スイッチング素子には、それぞれ並列に保護用ダイオードが接続され、前記直流電源が前記インバータ回路に対して逆極性で接続された場合に、前記基準電位点より、自身を経由して前記スイッチ回路側に流出しようとする電流を阻止するための電流阻止用ダイオードを備えている。
　また、実施形態によれば、インバータ装置は、直流電源が供給されるインバータ回路と、前記直流電源と前記インバータ回路との間を電気的に開閉するスイッチ回路と、
　基準電位点を前記インバータ回路と共通にして、前記スイッチ回路の開閉を制御する信号を出力するスイッチ駆動回路とを備える。前記スイッチ回路は、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子を逆方向に直列接続して構成され、前記スイッチ駆動回路は、駆動用電源と前記基準電位点との間に、２つの半導体スイッチング素子を直列接続したハーフブリッジ回路を有しており、前記２つの半導体スイッチング素子には、それぞれ並列に保護用ダイオードが接続されている。そして、前記直流電源が前記インバータ回路に対して逆極性で接続された場合に、前記基準電位点より、自身を経由して前記スイッチ回路側に流出しようとする電流を阻止するための電流阻止用ダイオードを備えている。
　また、実施形態によれば、パワーステアリング装置は、車両のステアリングの操舵力を補助する補助操舵力を発生させるモータと、このモータを制御する請求項５ないし８の何れかに記載のインバータ装置とを備える。
　本発明のインバータ装置は、半導体スイッチング素子を用いることにより、大電力用のリレーと比較して小形に構成できるスイッチ回路５を用いることができ、パワーステアリング装置１００の小型化を図ることができる。また、バッテリ４が逆極性に接続された場合でも、ＦＥＴ２の寄生ダイオードとスイッチ駆動回路３８内の保護ダイオード１４により逆電流が流れることを阻止してインバータ回路１やモータ３を保護し、短絡故障を防止することができる。
図１は第１実施形態であり、スイッチ駆動回路の内部構成を示す図である。 図２はモータ駆動制御部の内部構成を示す機能ブロック図である。 図３はパワーステアリング装置全体の構成を示す図である。 図４は第２実施形態を示す図１相当図である。 図５は第３実施形態を示す図１相当図である。 図６は従来技術を示す図１相当図である。 図７はバッテリが逆極性で接続された場合の図６相当図である。 図はＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いてスイッチを構成した場合の図６相当図である。
　１はインバータ回路、３はモータ、４はバッテリ（直流電源）、５はスイッチ駆動回路、６はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（Ｎチャネル型半導体スイッチング素子）、１０及び１１はＮチャネルＭＯＳＦＥＴ（半導体スイッチング素子）、１３，１４は保護用ダイオード、３８はスイッチ駆動回路、３９は電流阻止用ダイオード、４１はスイッチ駆動回路、４２，４３は電流阻止用ダイオード、１００はパワーステアリング装置を示す。
　　（第１実施形態）
　以下、第１実施形態について図１ないし図３を参照して説明する。尚、図６と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。パワーステアリング装置１００全体の構成を示す図３において、ステアリングシャフト２２は、車室内に配置されている操舵ハンドル２１に一端が固定されており、その回転力は、ラックピニオン機構２３により、ラック軸の両端に連結機構２４を介して取り付けられた車輪２５の方向を変える力として伝達される。回転力を補助するための三相のブラシレスＤＣモータ３は、ステアリングシャフト２２に配置されており、モータ３とシャフト２２とは減速機構２６を介して連結されている。
　バッテリ４の電源電圧は、配線２７ａ，２７ｂを経由してモータ駆動制御部２８に供給される。モータ駆動制御部２８は、モータ３の近傍に隣接または密着して配置されており、モータ３に対する通電をＰＷＭ制御する。モータ駆動制御部２８には、制御電源用としてバッテリ電圧が配線２７を介して供給されると共に、ステアリングシャフト２２に加えられるトルクを検出するトルクセンサ２９の信号線３０や、モータ３の回転位置を検出するレゾルバ３１の信号線３２が接続されている。
　図２は、モータ駆動制御部２８の内部構成を示す機能ブロック図である。電流検出器３３（例えば抵抗素子）は、バッテリ４の負側端子（基準電位点）とインバータ回路１の負側直流母線との間に接続されており、電流検出器３３によって得られる電流信号はＡ／Ｄ変換回路３４に入力されている。尚、電流検出回路３３には、電流によって発生する磁界を検出することで電流を検出する電流プローブを用いても良い。Ａ／Ｄ変換回路３４は、入力された電流信号をＡ／Ｄ変換したデータをＭＣＵ３５に出力する。
　入力Ｉ／Ｆ（インターフェイス）回路３６には、トルクセンサ２９からの操舵角度信号と、レゾルバ３１からの操舵角信号とが与えられており、入力Ｉ／Ｆ回路３６は、各入力信号に応じた電圧信号をＭＣＵ３５に入力する。ＭＣＵ３５は、マイクロコンピュータ等で構成されており、各入力信号に応じてインバータ回路１を構成する各ＦＥＴ２を制御するためのゲート信号を生成してブリッジ用ゲート駆動回路３７に出力する。また、ＭＣＵ３５は、スイッチ駆動回路３８を介してスイッチ回路５に駆動信号を出力する。そして、これらの各回路には、図示しない車両のイグニッションスイッチがオンされると、バッテリ４からの電源が供給される。
　ＭＣＵ３５は、電源が供給されると先ずスイッチ回路５に遮断指令（ＯＦＦ）信号を出力し、自身の初期化処理が終了するとスイッチ回路５に閉路（ＯＮ）信号を出力する。これによりバッテリ４の電力がインバータ回路１に供給される。ＭＣＵ３５は、操舵トルク信号，操舵回転速度を取り込み、モータ３から操舵補助力（トルク）を供給する必要があるか否かを判断し、供給する必要がある場合は操舵トルク，操舵回転速度に基づいてモータ３の回転方向並びにモータ３から供給する操舵補助力を求める。そして、ＭＣＵ３５は、求めた回転方向及び操舵補助力に基づいてゲート駆動制御信号を生成して出力する。また、ＭＣＵ３５は、電流検出器３３で検出した電流値が過電流値を超えるとスイッチ回路５に遮断指令信号を出力する。
　ブリッジ用ゲート駆動回路３７は、インバータ回路１を構成する上アーム側のＦＥＴ２Ｕ～２Ｗを導通状態に制御するためのゲート供給電圧を発生する昇圧回路と、複数のレベルシフト回路を備える（何れも図示せず）。ゲート駆動回路３７は、ＭＣＵ３５から出力されるゲート駆動制御信号に基づいて各ＦＥＴ２のゲートにゲート電圧信号を供給する。ＭＣＵ３５は、電流値信号に基づいてインバータ回路１を流れる電流を監視しており、インバータ回路１を流れる電流が予め設定した許容電流を超えると、モータ３の駆動を停止すると共に、スイッチ回路５への通電を遮断してインバータ回路１への給電を遮断する。
　図１は、スイッチ駆動回路３８の内部構成を示す図６相当図である。図６に示す駆動回路８では、その回路グランドはインバータ回路１の負側直流母線に直接接続されていたが、本実施形態のスイッチ駆動回路３８では、順方向のダイオード３９（電流素子用ダイオード）が両者の間に挿入されている。これにより、図７に示したようにバッテリ４が逆極性で接続された場合でも、ＦＥＴ２の寄生ダイオードを介して回路に過電流が流れることが防止される。
　以上のように本実施形態によれば、スイッチ駆動回路３８は、バッテリ４とインバータ回路１との間を電気的に開閉するように、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ６ａ，６ｂ（Ｎチャネル型半導体スイッチング素子）を逆方向に直列接続して構成されるスイッチ回路５を開閉させるため、基準電位点をインバータ回路１と共通にしてスイッチ回路５に開閉制御信号を出力する。そして、電源生成回路９と前記基準電位点との間に、２つのＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０及び１１（半導体スイッチング素子）を直列接続したハーフブリッジ回路を有し、これらのＦＥＴ１０及び１１には、それぞれ並列に保護用ダイオード１３，１４を接続し、バッテリ４がインバータ回路１に対して逆極性で接続された場合に、基準電位点より、自身を経由してスイッチ回路５側に流出しようとする電流を阻止するためのダイオード３９を備えた。
　したがって、大電力用のリレーと比較して小形に構成できるスイッチ回路５を用いることができ、パワーステアリング装置１００の小型化を図ることができる。そして、バッテリ４が逆極性に接続された場合でも、ＦＥＴ２の寄生ダイオードとスイッチ駆動回路３８内の保護ダイオード１４により逆電流が流れることを阻止してインバータ回路１やモータ３を保護し、短絡故障を防止することができる。
　　（第２実施形態）
　図４は第２実施形態であり、第１実施形態と同一部分には同一符号を付して説明を省略し、以下異なる部分について説明する。第２実施形態のスイッチ駆動回路４１は、ダイオード３９に替えて、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１のソースと回路グランドとの間，保護ダイオード１４のアノードと回路グランドとの間に、それぞれ電流阻止用のダイオード４２，４３を挿入した構成である。このように構成した第２実施形態による場合も、第１実施形態と同様の効果が得られる。
　　（第３実施形態）
　図５は第３実施形態であり、第２実施形態と異なる部分について説明する。第３実施形態のスイッチ駆動回路４１’は、第２実施形態の電流阻止用ダイオード４２，４３を、ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０のソースとＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１１のドレインとの間、保護ダイオード１３のアノードと保護ダイオード１４のカソードとの間に配置した構成である。このように構成した第３実施形態による場合も、第１，第２実施形態と同様の効果が得られる。
　本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれると共に、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
　ＮチャネルＭＯＳＦＥＴ１０に替えてＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いても良い。また、インバータ回路１の上アームにＰチャネルＭＯＳＦＥＴを用いても良い。
　パワーステアリング装置に限ることなく、直流電源とインバータ回路との間にＮチャネル型半導体スイッチング素子を用いて構成されるスイッチ回路を備えるものであれば適用が可能である。
　以上のように、本発明の実施形態にかかるスイッチ駆動回路は、直流電源とインバータ回との間を電気的に開閉するため、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子を逆方向に直列接続して構成されるスイッチ回路を開閉させるものに有用である。

Claims (9)

  1. 　直流電源（４）とインバータ回路（１）との間を電気的に開閉するように、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子（６ａ，６ｂ）を逆方向に直列接続して構成されるスイッチ回路（５）を開閉させるため、基準電位点を前記インバータ回路と共通にして、前記スイッチ回路に開閉制御信号を出力するスイッチ駆動回路（３８）において、
    　駆動用電源と前記基準電位点との間に、２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）を直列接続したハーフブリッジ回路を有し、
    　前記２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）には、それぞれ並列に保護用ダイオード（１３，１４）が接続され、
    　前記直流電源（４）が、前記インバータ回路（１）に対して逆極性で接続された場合に、前記基準電位点より、自身を経由して前記スイッチ回路（５）側に流出しようとする電流を阻止するための電流阻止用ダイオード（３９，４２，４３）を備えていることを特徴とするスイッチ駆動回路。
  2. 　請求項１記載のスイッチ駆動回路において、
    　前記電流阻止用ダイオード（４２，４３）は、前記ハーフブリッジ回路の信号出力端子と、基準電位側の半導体スイッチング素子（１１）との間，及び前記半導体スイッチング素子（１１）に並列に接続される保護用ダイオード（１４）との間にそれぞれ接続されている。
  3. 　請求項１記載のスイッチ駆動回路において、
    　前記電流阻止用ダイオード（４２，４３）は、前記基準電位側の半導体スイッチング素子（１１），及び前記半導体スイッチング素子に並列に接続される保護用ダイオード（１４）と、前記前記基準電位点との間にそれぞれ接続されている。
  4. 　請求項１記載のスイッチ駆動回路において、
    　前記電流阻止用ダイオード（３９）は、前記基準電位側の半導体スイッチング素子（１１），及び前記半導体スイッチング素子（１１）に並列に接続される保護用ダイオード（１４）と、前記前記基準電位点とを接続する配線間に１つだけ接続されている。
  5. 　直流電源（４）が供給されるインバータ回路（１）と、
    　前記直流電源（４）と前記インバータ回路（１）との間を電気的に開閉するスイッチ回路（５）と、
    　基準電位点を前記インバータ回路（１）と共通にして、前記スイッチ回路（５）の開閉を制御する信号を出力するスイッチ駆動回路（３８）とを備え、
    　前記スイッチ回路（５）は、２つのＮチャネル型半導体スイッチング素子（６ａ，６ｂ）を逆方向に直列接続して構成され、
    　前記スイッチ駆動回路（３８）は、
    　駆動用電源と前記基準電位点との間に、２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）を直列接続したハーフブリッジ回路を有しており、前記２つの半導体スイッチング素子（１０，１１）には、それぞれ並列に保護用ダイオード（１３，１４）が接続され、
    　前記直流電源（４）が、前記インバータ回路（１）に対して逆極性で接続された場合に、前記基準電位点より、自身を経由して前記スイッチ回路（５）側に流出しようとする電流を阻止するための電流阻止用ダイオード（３９，４２，４３）を備えていることを特徴とするインバータ装置。
  6. 　請求項５記載のインバータ装置において、
    　前記電流阻止用ダイオード（４２，４３）は、前記ハーフブリッジ回路の信号出力端子と、基準電位側の半導体スイッチング素子（１１）との間，及び前記半導体スイッチング素子（１１）に並列に接続される保護用ダイオード（１４）との間にそれぞれ接続されている。
  7. 　請求項５記載のインバータ装置において、
    　前記電流阻止用ダイオード（４２，４３）は、前記基準電位側の半導体スイッチング素子（１１），及び前記半導体スイッチング素子（１１）に並列に接続される保護用ダイオード（１４）と、前記前記基準電位点との間にそれぞれ接続されている。
  8. 　請求項５記載のインバータ装置において、
    　前記電流阻止用ダイオード（３９）は、前記基準電位側の半導体スイッチング素子（１１），及び前記半導体スイッチング素子（１１）に並列に接続される保護用ダイオード（１４）と、前記前記基準電位点とを接続する配線間に１つだけ接続されている。
  9. 　車両のステアリング（２１）の操舵力を補助する補助操舵力を発生させるモータ（３）と、
    　このモータを制御する請求項５ないし８の何れかに記載のインバータ装置とを備えることを特徴とするパワーステアリング装置。
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