专利名称：电动机驱动装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种具备由PWM(Pulse Width Modulation ；脉宽调制)信号驱动的逆变器电路的电动机驱动装置，特别涉及用于驱动在逆变器电路和电动机之间设置的用于失效保护(fail safe)的半导体开关元件的升压电压的生成部件。
背景技术：
在车辆的电动动力转向装置中，为了对转向机构提供与方向盘的操纵转矩对应的操纵辅助力，设置有3相无刷电动机等的电动式电动机。作为驱动该电动机的装置，已知基于PWM控制方式的电动机驱动装置。一般在PWM控制方式的电动机驱动装置中，具备由具有规定的占空比的PWM信号所驱动的逆变器电路。逆变器电路由设置了 3组在上臂和下臂中分别具有半导体开关元件的上下一对的臂的、所谓的3相电桥构成。并且，通过各个开关元件基于PWM信号进行接通 /断开动作，从而从逆变器电路对电动机提供各相的电压，电动机被驱动。此外，也已知如下的电动机驱动装置为了在检测出电路的故障的情况下，不会从逆变器电路对电动机(或者从电动机对逆变器电路)流过电流，在逆变器电路和电动机之间设置了用于失效保护的机械式继电器(例如，专利文献1、2)。这里，在电路的故障中，包括在电动机驱动装置中发生的各种故障。例如，有逆变器电路的各个开关元件不从接通状态变化为断开状态而一直成为接通状态的接通故障、在开关元件以外的布线部分产生的短路故障等。除此之外，还有在控制逆变器电路的CPU的内部产生异常，CPU进行与原本不同的控制的故障。在检测出如上所述的电路的故障的情况下，进行如下控制逆变器电路的各个开关元件全部成为断开状态的控制、在逆变器电路和车辆用电池之间设置的电源继电器成为断开状态的控制。由此，停止对于逆变器电路或电动机的电力供给，防止了逆变器电路的破坏和对驾驶者没有预期的方向进行帮助等的误动作。若检测出电路的故障，则由于电动机不会赋予操纵辅助力，所以驾驶者可通过人力来操纵方向盘。另外，在电动动力转向装置中，方向盘和电动机机械性地连动地旋转，电动机可辅助操纵。因此，在通过人力来操纵时，电动机连动于方向盘的操纵而旋转，电动机作为发电机起作用。因此，在电动机和逆变器电路电连接的状态下，会因电动机的发电动作而对方向盘操作带来大的阻力。即，为了旋转反向盘需要较大的力。因此，为了防止这种情况，如专利文献1、2那样，设置了能够电切断逆变器电路和电动机之间的用于失效保护的机械式继电器。但是，在电动动力转向装置中，由于将用于控制的电路搭载在车辆内，所以虽然对于电动机的电力供给大，但存在需要将控制电路进一步小型化的要求。因此，在如专利文献 1、2那样使用了机械式继电器的情况下，继电器本身成为大型，所以不能满足上述要求。因此，已知如后述的专利文献3那样，代替机械式继电器，将用于失效保护的半导体开关元件设置在逆变器电路和电动机之间的电动机驱动装置。
在专利文献3的电动机驱动装置中，在电动机和逆变器电路之间的供电线上设置 N沟道型MOS-FET(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor 金属氧化物半导体场效应晶体管)，在发生了异常的情况下，断开各个供电线的MOS-FET，从而从逆变器电路中断开电动机。专利文献1特许第3686471号公报专利文献2特开 2005-199746号公报专利文献3特许第3884450号公报在驱动N沟道型MOS-FET的情况下，在导通时(接通时)源极的电位与电源电压大致相同的电路结构中，需要将对电源电压进行了升压之后的高的电压施加到栅极。因此， 在专利文献3的电动机驱动装置中，对在电动机和逆变器电路之间的供电线中分别设置的每个N沟道型MOS-FET设置了升压电路。并且，将通过该升压电路升压之后的电压提供给用于失效保护的MOS-FET的栅极。但是，在这样的结构中，将驱动用于失效保护的MOS-FET 的升压电路独立地设置，且需要将升压电路设置供电线的数目个，存在电路结构变得复杂的问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于，提供一种电动机驱动装置，其在检测出故障时能够将电动机和逆变器电路之间电断开，并且能够简化电路结构。本发明的电动机驱动装置包括逆变器电路，设置了多组在上臂和下臂分别具备半导体开关元件的上下一对臂，且基于通过PWM信号的各个半导体开关元件的接通/断开动作而对电动机提供电力；驱动器电路，对该逆变器电路的各个半导体开关元件输出PWM 信号；升压电路，将电源电压升压，并将该升压电压提供给驱动器电路；用于失效保护的半导体开关元件，设置在逆变器电路和电动机之间，且切断从逆变器电路对于电动机的通电； 以及失效保护驱动部，输出用于使该用于失效保护的半导体开关元件接通/断开的信号。 并且，将从升压电路输出的升压电压还提供给失效保护驱动部。失效保护驱动部根据从升压电路提供的升压电压，驱动用于失效保护的半导体开关元件。通过这样构成，能够将从升压电路提供给驱动器电路的升压电压作为驱动用于失效保护的半导体开关元件的升压电压来利用。因此，不需要为了用于失效保护的半导体开关元件而另外设置升压电路，所以能够简化电路结构。在本发明中，也可以设置控制部，该控制部对失效保护驱动部输出用于使用于失效保护的半导体开关元件接通或断开的指令信号。此时，失效保护驱动部包括驱动信号生成部，生成与来自控制部的指令信号对应的驱动信号；以及用于控制的半导体开关元件，根据在该驱动信号生成部中生成的驱动信号而接通/断开。并且，基于用于控制的半导体开关元件的动作，根据升压电压来驱动用于失效保护的半导体开关元件。由此，用于失效保护的半导体开关元件对应于来自控制部的指令信号，根据升压电压而驱动。在本发明中，逆变器电路的各个半导体开关元件例如由N沟道型MOS-FET构成。此夕卜，驱动器电路例如由上级驱动器电路和下级驱动器电路构成，该上级驱动器电路对在逆变器电路的上臂中具备的MOS-FET输出PWM信号，该下级驱动器电路对在逆变器电路的下臂中具备的MOS-FET输出PWM信号。此时，升压电路对上级驱动器电路和失效保护驱动部提供升压电压。由此，从升压电路输出到驱动器电路的升压电压仅提供给上级驱动器电路， 该上级驱动器电路驱动需要比下臂的MOS-FET高的栅极电压的上臂的M0S-FET。 优选地，在本发明中，升压电路和驱动器电路由一个ASIC(Application Specific Integrated Circuit，特定用途集成电路)构成。由此，能够将由升压电路和驱动器电路构成的逆变器驱动部小型化。在本发明中，也可以在升压电路和驱动器电路由一个ASIC构成的情况下，控制部包括第1控制部和第2控制部。第1控制部与ASIC分开设置，第2控制部设置在ASIC的内部。并且，失效保护驱动部在从第1控制部输入的指令信号和从第2控制部输入的指令信号都为指示用于失效保护的半导体开关元件的接通的信号的情况下，接通该半导体开关元件。由此，在第1控制部和第2控制部中的任一个(或者双方)出故障的情况下，失效保护驱动部不会将用于失效保护的半导体开关元件接通，所以对于电动机的通电被断开，可靠性提高。在本发明中，也可以还包括异常检测部，检测异常；以及异常时控制电路，在该异常检测部检测出异常的情况下，断开用于失效保护的半导体开关元件。由此，在发生了异常的情况下，用于失效保护的半导体开关元件通过异常时控制电路而断开，所以从逆变器电路对于电动机的通电被断开，担保了失效保护功能。此时，异常时控制电路也可以对用于失效保护的半导体开关元件分别设置。由此， 在异常时控制电路中的任一个出故障的情况下，能够将与其他的异常时控制电路对应的用于失效保护的半导体开关元件断开，所以进一步提高了失效保护功能。根据本发明，由于能够省略驱动用于失效保护的半导体开关元件的升压电路，所以能够简化电动机驱动装置的电路结构。
图1是本发明的第1实施方式的电动机驱动装置的方框图。图2是表示第1实施方式的电动机驱动装置的具体结构的电路图。图3是表示升压电路的一例的电路图。图4是表示失效保护驱动部的一例的电路图。图5是表示驱动信号生成部的一例的电路图。图6是表示本发明的第2实施方式的电动机驱动装置的电路图。图7是表示第2实施方式的失效保护驱动部的一例的电路图。图8是表示本发明的第3实施方式的电动机驱动装置的电路图。图9是表示本发明的第4实施方式的电动机驱动装置的电路图。标号说明1控制部11第1控制部12第2控制部2逆变器驱动部3逆变器电路4失效保护电路
5失效保护驱动部6电动机7升压电路8驱动器电路81上级驱动器电路82下级驱动器电路9电源电路20异常检测部21 23异常时控制电路50驱动信号生成部100 400电动机驱动装置al a6 臂Ql Q6开关元件Zu、Zv、Zw 开关元件TRl TR4晶体管
具体实施例方式以下，参照
本发明的实施方式。这里，例举在车辆的电动动力转向装置中使用的电动机驱动装置。另外，在附图中，对于同一个部分或者对应的部分赋予相同的标号。首先，参照图1的方框图说明本发明的第1实施方式的电动机驱动装置的概略结构。在图1中，电动机驱动装置100包括控制部1、逆变器驱动部2、逆变器电路3、失效保护电路4、失效保护驱动部5。逆变器驱动部2包括升压电路7和驱动器电路8。在电动机驱动装置100中，从电源电路9提供电力。由电动机驱动装置100驱动的电动机6例如是 3相无刷电动机。图2是表示电动机驱动装置100的具体结构的图。逆变器电路3由与U相、V相、w 相对应地设置了 3组在上臂和下臂中分别具备半导体开关元件(以下，简称为“开关元件”) 的上下一对的臂的3相电桥构成。U相的上臂al和下臂a2分别具备开关元件Q1、Q2，V相的上臂a3和下臂a4分别具备开关元件Q3、Q4，W相的上臂a5和下臂a6分别具备开关元件Q5、Q6。从开关元件Ql、Q2的连接点ρ引出U相电压，从开关元件Q3、Q4的连接点q引出V相电压，从开关元件Q5、Q6的连接点r引出W相电压。在本实施方式中，这些开关元件Ql Q6由N沟道型MOS-FET构成。在各个开关元 件中，S表示源极、D表示漏极、G表示栅极、d表示在源极S和漏极D之间存在的寄生二极管。寄生二极管d的导通方向与各个开关元件Ql Q6的导通方向(漏极D—源极S) 成为相反的方向。开关元件Q1、Q3、Q5的各个漏极D共同地连接，且该连接点m连接到电源电路9。此外，开关元件Q2、Q4、Q6的各个源极S共同地连接，且该连接点η经由电流检测电阻R而连接到地。在逆变器电路3中，从电源电路9提供电源电压。在逆变器电路3的开关元件Ql Q6的各个栅极G中，分别提供从逆变器驱动部2 输出的6种PWM信号。开关元件Ql Q6基于该PWM信号而进行接通/断开动作，其结果，从逆变器电路3输出上述的U相电压、V相电压、W相电压的3相电压。该3相电压经由失效保护电路4而提供给电动机6。
失效保护电路4设置在逆变器电路3和电动机6之间，且在U相电压的供电线上具有开关元件Zu、在V相电压的供电线上具有开关元件Zv、在w相电压的供电线上具有开关元件Zw。在本实施方式中，与逆变器电路3的开关元件Ql Q6相同地，这些各个开关元件Zu、Zv、Zw由N沟道型MOS-FET构成。在各个开关元件中，S表示源极、D表示漏极、G表示栅极、d表示在源极S和漏极D之间存在的寄生二极管、y表示在源极S和栅极G之间连接的用于保护的齐纳二极管。开关元件Zu的源极S连接到开关元件Ql、Q2的连接点p，开关元件Zv的源极S 连接到开关元件Q3、Q4的连接点q，开关元件Zw的源极S连接到开关元件Q5、Q6的连接点 r。此外，开关元件Zu的漏极D连接到电动机6的U相绕线6u，开关元件Zv的漏极D连接到电动机6的V相绕线6v，开关元件Zw的漏极D连接在电动机6的W相绕线6w。在失效保护电路4的开关元件Zu、Zv、Zw的各个栅极G中，从失效保护驱动部5输入控制信号。失效保护驱动部5在将开关元件Zu、Zv、Zw接通的情况下，输出“H”(高)电平的控制信号，且在将开关元件Zu、Zv、Zw断开的情况下，输出“L”(低)电平的控制信号。 开关元件Zu、Zv, Zw基于该控制信号进行接通/断开动作。在开关元件Zu、Zv, Zw为接通状态时，从逆变器电路3对电动机6进行电力供给，若开关元件Zu、Zv、Zw成为断开状态，则切断从逆变器电路3对于电动机6的电力供给。逆变器驱动部2作为一个ASIC而构成。在ASIC的内部，具备升压电路7和驱动器电路8。驱动器电路8由上级驱动器电路81和下级驱动器电路82构成。上级驱动器电路81是驱动逆变器电路3的上臂的开关元件(以下，称为“上级开关元件”)Ql、Q3、Q5的驱动器电路。下级驱动器电路82是驱动逆变器电路3的下臂的开关元件(以下，称为“下级开关元件” )Q2、Q4、Q6的驱动器电路。升压电路7将来自电源电路9的电源电压进行升压而生成升压电压，并将该升压电压提供给上级驱动器电路81的同时还提供给失效保护驱动部5。关于升压电路7的细节，在后面说明。另一方面，在下级驱动器电路82中，来自电源电路9的电源电压不经由升压电路7而直接提供。升压电路7的升压电压仅提供给上级驱动器电路81而不提供给下级驱动器电路82的理由如下所述。在作为逆变器电路3的开关元件而使用了 N沟道型MOS-FET的情况下，由于在电源电路9侧的上级开关元件Q1、Q3、Q5导通时(接通时)源极S的电位大致与电源电压相同，所以需要将比电源电压高的电压施加到栅极G。例如，在将电源电路9的电源电压设为 12[V]的情况下，为了驱动上级开关元件Q1、Q3、Q5，还考虑电池的电压变动，实际上要求电源电压的大约2 3倍的栅极电压(例如，32士3[V])。相对于此，由于在地侧的下级开关元件Q2、Q4、Q6导通时(接通时)源极S成为低电位，所以不需要如上所述的高的栅极电压。因此，将升压电路7的升压电压提供给上级驱动器电路81，能够以高的电压来驱动上级开关元件Q1、Q3、Q5。此外，由于在失效保护电路4的开关元件Zu、Zv、Zw导通时(接通时)源极S的电位也大致与电源电压相同，所以需要将比电源电压高的电压施加到栅极。因此，在驱动开关元件Zu、Zv、Zw的失效保护驱动部5中也被提供升压电路7的升压电压，但关于这个在后面叙述。控制部1由CPU构成，且基于在电流检测电阻R中产生的电压来计算电动机电流的检测电流值，并基于从未图示的转矩传感器输入的操纵转矩来计算电动机电流的目标电流值。然后，根据这些检测电流值和目标电流值来设定各相的PWM信号的占空比，并将用于生成该占空比的PWM信号的指令信号输出到逆变器驱动部2。在逆变器驱动部2的上级驱动器电路 81中，从控制部1输入与各相的上级开关元件Q1、Q3、Q5对应的3种指令信号，在下级驱动器电路82中，从控制部1输入与各相的下级开关元件Q2、Q4、Q6对应的3种指令信号。其中，在图2中，为了简化而省略了从控制部1对于各个驱动器电路81、82的信号线 (在图6、图8、图9中也同样)。上级驱动器电路81基于从控制部1提供的指令信号，生成具有规定的占空比的3 种PWM信号，并将这些PWM信号输出到逆变器电路3的上级开关元件Q1、Q3、Q5的各个栅极 G。下级驱动器电路82基于从控制部1提供的指令信号，生成具有规定的占空比的3种PWM 信号，并将这些PWM信号输出到逆变器电路3的下级开关元件Q2、Q4、Q6的各个栅极G。电源电路9包括用于车载的电池B、电源继电器RY、电容器C。电池B的电压(例如，12[V])经由电源继电器RY作为电源电压而提供给逆变器电路3、逆变器驱动部2的升压电路7以及下级驱动器电路82。电源继电器RY的开闭由控制部1控制。接着，参照图3说明升压电路7的细节。这里，例举公知的电荷泵(charge pump) 方式的升压电路。在图3中，Dl D3是二极管、Cl和C2是用于充电的电容器、C3是用于平滑的电容器(电解电容器)、S1和S2是推挽方式的开关电路。Vcc表示从电源电路9 (图 2)提供的电源电压。二极管Dl的阳极连接到电源电压Vcc的输入端子，阴极连接到二极管 D2的阳极。二极管D2的阴极连接到二极管D3的阳极。即，二极管Dl D3以相同方向串联连接。在二极管Dl的阴极和二极管D2的阳极的连接点e上连接有电容器Cl的一个端子，电容器Cl的另一个端子连接到开关电路Sl的输出侧。在二极管D2的阴极和二极管D3 的阳极的连接点f上连接有电容器C2的一个端子，电容器C2的另一个端子连接到开关电路S2的输出侧。在二极管D3的阴极上连接有电容器C3的一个端子，电容器C3的另一个端子接地。在未图示的振荡电路中生成的规定频率的脉冲信号作为驱动信号而输入到开关电路S1、S2中。开关电路Si、S2根据该驱动信号的电平而切换输出状态。例如，在驱动信号为“H”电平的期间，开关电路S1、S2的输出电压成为Vcc，而在驱动信号为“L”电平的期间，开关电路Si、S2的输出电压成为0。另外，在开关电路Sl中输入“H”电平的驱动信号的期间，在开关电路S2中输入“L”电平的驱动信号，而在开关电路Sl中输入“L”电平的驱动信号的期间，在开关电路S2中输入“H”电平的驱动信号。在开关电路Sl的输出电压为0且开关电路S2的输出为Vcc时，经由二极管D1， 电容器Cl大致充电至Vcc。若开关电路Sl的输出电压反转至Vcc且开关电路S2的输出电压反转至0，则e点的电位成为在电容器Cl的充电电压加上Vcc的值，即大致成为2Vcc。 因此，经由二极管D2，电容器C2大致充电至2Vcc。通过该电压经由二极管D3和电容器C3 而平滑化，从而能够从g点引出电源电压Vcc的大致2倍的升压电压(由于是二极管Dl D3的正向电压降，所以升压电压小于2Vcc)。通过相同的原理，若再追加一组二极管、电容器和开关电路，则能够引出电源电压Vcc的大致3倍的升压电压。接着，参照图4说明失效保护驱动部5的细节。失效保护驱动部5包括驱动信号生成部50，生成与从控制部1输出的指令信号(后述)对应的驱动信号；以及晶体管TRl TR3，根据在该驱动信号生成部50中生成的驱动信号而接通/断开。晶体管TRl TR3是本发明中的用于控制的半导体开关元件的一例。在晶体管TRl TR3的集电极中，分别连接了电阻Rl R3的一端，在电阻Rl R3的另一端中，分别连接了电阻R4 R6的一端。电阻R4 R6的另一端共同地连接，在该连接点中，从升压电路7提供升压电压。电阻Rl R3和电阻R4 R6的各个连接点h、i、 j连接到失效保护电路4(图2)的开关元件Zu、Zv、Zw的栅极G。在晶体管TRl TR3的基极中，分别连接了电阻R7 R9的一端。电阻R7 R9的另一端共同地连接，且在该连接点中提供直流电压Vd。该直流电压Vd既可以是电源电路9的电源电压Vcc，也可以是将电源电压Vcc分压而获得的电压。晶体管TRl TR3的发射极接地。
例如，如图5所示，驱动信号生成部50具备用于开关的晶体管TR4。在晶体管TR4 的集电极中，连接了电阻RlO的一端，电阻RlO的另一端共同地连接到晶体管TRl TR3的基极。晶体管TR4的发射极接地。在晶体管TR4的基极中，输入从控制部1输出的指令信号。该指令信号是用于将失效保护电路4的开关元件Zu、Zv、Zw接通/断开的信号。若在晶体管TR4的基极中，从控制部1输入“H”电平的指令信号，则晶体管TR4成为接通状态。由此，晶体管TRl TR3的基极的电位降低而成为断开状态。若晶体管TRl TR3断开，则图4中的h、i、j的各个点的电位上升至升压电压。因此，该升压电压作为“H” 电平信号而施加到失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw的各个栅极G，开关元件Zu、Zv, Zw成为接通状态。另一方面，若在晶体管TR4的基极中，从控制部1输入“L”电平的指令信号，则晶体管TR4成为断开状态。由此，晶体管TRl TR3的基极的电位上升而成为接通状态。若晶体管TRl TR3接通，则图4中的h、i、j的各个点的电位拉至地侧而降低。因此，在失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw的各个栅极G中不会施加升压电压，开关元件Zu、Zv, Zw 成为断开状态。由此，将从升压电路7输出的升压电压提供给失效保护驱动部5的同时，与根据来自控制部1的指令信号而接通/断开的晶体管TRl TR3的动作连动地，从失效保护驱动部5将升压电压施加到半导体开关元件Zu、Zv, Zw的各个栅极G。由此，能够将升压电路7 生成的升压电压作为用于失效保护的半导体开关元件Zu、Zv, Zw的驱动电压来利用。接着，参照图2说明上述的电动机驱动装置100的整体的动作。在通常的动作时， 控制部1将电源继电器RY控制为闭状态。由此，从电源电路9对逆变器驱动部2和逆变器电路3提供电源电压。此外，如上所述，控制部1将用于生成具有规定的占空比的PWM信号的指令信号输出到上级驱动器电路81和下级驱动器电路82。各个驱动器电路81、82将基于该指令信号而生成的PWM信号输出到上级开关元件Q1、Q3、Q5和下级开关元件Q2、Q4、Q6 的各个栅极G。由此，开关元件Ql Q6进行对应于PWM信号的占空比的接通/断开动作， 逆变器电路3成为动作状态。此外，控制部1对失效保护驱动部5输出用于将开关元件Zu、Zv、Zw接通的指令信号。在失效保护驱动部5中，根据该指令信号，晶体管TR4 (图5)接通、晶体管TRl TR3 (图5)断开。其结果，如上所述，升压电路7的升压电压施加到开关元件Zu、Zv、Zw的各个栅极 G，且由于这些开关元件全部接通，所以失效保护电路4成为导通状态。在这个状态下，从电源电路9经由逆变器电路3和失效保护电路4对电动机6的绕线6u、6v、6w提供各相的驱动电压，电动机6旋转。通过该电动机6的旋转，对方向盘赋予操纵辅助力。另一方面，在发生了电动机驱动装置100中电路短路或者设置在车辆中的传感器出故障等的异常的情况下，控制部1检测该异常。并且，控制部1将电源继电器RY从闭状态切换为开状态，且对逆变器驱动部2的上级驱动器电路81和下级驱动器电路82输出用于停止逆变器电路3的动作的指令信号。通过电源继电器RY切换为开状态，逆变器电路3 和电源电路9电切断。此外，驱动器电路81、82基于来自控制部1的指令信号，停止对于逆变器电路3的PWM信号的输出。由此，逆变器电路3的开关元件Ql Q6全部断开。此外，控制部1对失效保护驱动部5输出用于将开关元件Zu、Zv, Zw断开的指令信号。在失效保护驱动部5中，根据该指令信号，晶体管TR4断开、晶体管TRl TR3接通。 其结果，如上所述，升压电路7的升压电压不会施加到开关元件Zu、Zv、Zw的各个栅极G，且由于这些开关元件全部断开，所以失效保护电路4成为非导通状态。在这个状态下，从逆变器电路3对于电动机6的通电被切断，所以各相的驱动电压不会提供给电动机6的绕线6u、6v、6w，电动机6不旋转。因此，也不会赋予操纵辅助力。另外，失效保护电路4的开关元件Zu、Zv, Zw,既可以与逆变器电路3的开关元件 Ql Q6在同一个定时断开，也可以在开关元件Ql Q6断开之后一定时间之后断开。此外，在图5中，通过一个晶体管TR4，一齐接通3相的晶体管TRl TR3并同时断开开关元件Zu、Zv, Zw，但也可以是依次断开这些开关元件的电路结构。根据以上叙述的第1实施方式，通过将升压电路7生成的升压电压提供给失效保护驱动部5，从而能够利用该升压电压来驱动用于失效保护的开关元件Zu、Zv、Zw。因此，不需要另外设置用于驱动这些开关元件的升压电路，能够简化电路结构。此外，根据第1实施方式，由于升压电路7和驱动器电路8由一个ASIC构成，所以能够将逆变器驱动部2小型化。此外，根据第1实施方式，在发生了异常的情况下，控制部1除了输出用于将逆变器电路3断开的指令信号之外，还同时将电源继电器RY控制为开状态，所以逆变器电路3 从电池B电切断。因此，逆变器电路3可靠地成为动作停止状态，防止了破坏。接着，参照图6说明本发明的第2实施方式。在第2实施方式的电动机驱动装置 200中，控制部由第1控制部11和第2控制部12构成。第1控制部11与第1实施方式的控制部1(图2)相同，由CPU构成，且与构成逆变器驱动部2的ASIC分开设置。另一方面，第 2控制部12设置在ASIC的内部。与第1控制部11相同地，该第2控制部12对失效保护驱动部5输出用于将失效保护电路4的开关元件Zu、Zv、Zw接通或断开的指令信号。S卩，在失效保护驱动部5中，输入来自第1控制部11 (CPU)的指令信号和来自第2控制部12 (ASIC) 的指令信号。 图7表示第2实施方式中的失效保护驱动部5的一例。在图7中，在驱动信号生成部50的前级设置了“与”电路51。在“与”电路51中，输入来自第1控制部11的第1指令信号和来自第2控制部12的第2指令信号。关于其他部分与第1实施方式的失效保护驱动部5(图4、图5)相同。此外，关于第2实施方式中的逆变器电路3、失效保护电路4、电动机6、升压电路 7、驱动器电路8、电源电路9，由于与第1实施方式中的这些电路相同，所以省略说明。在第2实 施方式中，在从第1控制部11和第2控制部12的双方输出了指示用于失效保护的开关元件Zu、Zv, Zw的接通的指令信号(“H”电平信号)的情况下，“与”电路 51的输出成为“H”。由此，驱动信号生成部50的晶体管TR4(图5)成为接通状态、晶体管 TRl TR3成为断开状态，所以开关元件Zu、Zv, Zw的栅极G上施加升压电压，这些开关元件成为接通状态。另一方面，在从第1控制部11和第2控制部12中的一方(或双方)没有输出用于指示开关元件Zu、Zv、Zw的接通的指令信号的情况下，“与”电路51的输出成为“L”。由此，驱动信号生成部50的晶体管TR4成为断开状态、晶体管TRl TR3成为接通状态，所以开关元件Zu、Zv, Zw的栅极G上没有施加升压电压，这些开关元件成为断开状态。因此，在第1和第2控制部11、12中的任一个(或双方)出故障的情况下，失效保护驱动部5不会将用于失效保护的开关元件Zu、Zv、Zw接通，所以对于电动机6的通电被切断，提高了可靠性。在以上叙述的第2实施方式中，也通过将升压电路7生成的升压电压提供给失效保护驱动部5，从而不需要另外设置用于驱动开关元件Zu、Zv, Zw的升压电路，能够简化电路结构。由于第2实施方式的其他效果与第1实施方式相同，所以省略说明。接着，参照图8说明本发明的第3实施方式。在第3实施方式的电动机驱动装置 300中，与控制部1分开设置了独立的异常检测部20。此外，设置了基于该异常检测部20的输出而动作的异常时控制电路21 23。异常时控制电路21 23具有晶体管或MOS-FET 等的半导体开关元件(省略图示)。异常检测部20检测在电动机驱动装置300或车辆中发生的异常。作为异常，例如考虑电路的短路或断线、构成控制部1的CPU的故障、电动机6的故障、传感器的故障等，但并不限定于此，所有异常都成为对象。若异常检测部20检测出异常，则从异常检测部20对异常时控制电路21 23输出异常检测信号。异常时控制电路21 23基于来自异常检测部20的异常检测信号，将开关元件接通或断开，从而禁止从失效保护驱动部5对开关元件 Zu、Zv, Zw的各个栅极G施加升压电压。由此，在发生了某种异常的情况下，用于失效保护的开关元件Zu、Zv, Zw断开，所以从逆变器电路3对于电动机6的通电被切断，担保了失效保护功能。此外，异常时控制电路21 23对用于失效保护的开关元件Zu、Zv, Zw分别设置， 所以能够单独地控制开关元件Zu、Zv、Zw。因此，即使是在异常时控制电路21 23中的任一个出故障的情况下，也能够断开与其他的异常时控制电路对应的开关元件，所以进一步提高了失效保护功能。在第3实施方式中，除了异常检测部20和异常时控制电路21 23以外的部分与第1实施方式相同，所以省略说明。在以上叙述的第3实施方式中，也通过将升压电路7生成的升压电压提供给失效保护驱动部5，从而不需要另外设置用于驱动开关元件Zu、Zv, Zw的升压电路，能够简化了电路结构。由于第3实施方式的其他效果与第1实施方式相同，所以省略说明。
接着，参照图9说明本发明的第4实施方式。在第4实施方式的电动机驱动装置 400中，从升压电路7输出的升压电压，除了与第1 第3实施方式相同地提供给上级驱动器电路81和失效保护驱动部5之外，还提供给下级驱动器电路82。由于其他结构与第1实施方式相同，所以省略说明。 如上所述，构成逆变器电路3的下级开关元件Q2、Q4、Q6的N沟道型MOS-FET不需要高的栅极电压。但是，若电池B的电压变动大，则在下级开关元件Q2、Q4、Q6的栅极G上未施加必要的电压，存在逆变器电路3误动作的可能性。因此，通过将来自升压电路7的升压电压提供给下级驱动器电路82，从而在下级开关元件Q2、Q4、Q6的栅极G上始终施加一定以上的电压，所以能够防止逆变器电路3的误动作。在以上叙述的第4实施方式中，也通过将升压电路7生成的升压电压提供给失效保护驱动部5，从而不需要另外设置用于驱动开关元件Zu、Zv, Zw的升压电路，能够简化电路结构。由于第4实施方式的其他效果与第1实施方式相同，所以省略说明。在本发明中，除了以上叙述的方式之外，还也可以采用各种实施方式。以下，举出这些例子。在上述实施方式中，举出作为升压电路7而使用了电荷泵方式的升压电路的例子 (图3)，但也可以使用斩波式的升压电路等其他方式的升压电路。在图1中，举出与ASIC(逆变器驱动部2)分开设置了控制部1的例子，但也可以将控制部1安装在ASIC中。此外，在图6中，将第2控制部12安装在ASIC中，但也可以与 ASIC分开设置第2控制部12。此外，在图6中，也可以将第1控制部11、第2控制部12都安装在ASIC中。在图5中，举出作为开关元件而使用了晶体管TRl TR4的例子，但也可以代替晶体管而使用MOS-FET。在上述的各个实施方式中，举出在电源电路9中设置了电源继电器RY的例子，但也可以代替电源继电器RY而使用大电流开闭用的半导体开关元件。在上述的各个实施方式中，作为开关元件而使用了 N沟道型M0S-FET，但也可以替代使用如IGBT (绝缘栅型双极晶体管)这样的其他的开关元件。在上述的各个实施方式中，作为电动机6而例举了 3相电动机，但本发明还可以应用于驱动2相电动机或4相以上的多相电动机的装置中。在上述的各个实施方式中，作为电动机6而例举了无刷电动机，但本发明还可以应用于驱动感应电动机或同步电动机等的装置中。在上述的各个实施方式中，举出将本发明应用于在车辆的电动动力转向装置中使用的电动机驱动装置的例子，但本发明还可以应用于在逆变器电路和电动机之间具备失效保护电路的全部电动机驱动装置中。
权利要求
1.一种电动机驱动装置，其特征在于，包括逆变器电路，设置了多组在上臂和下臂分别具备半导体开关元件的上下一对臂，且基于通过脉宽调制信号的各个半导体开关元件的接通/断开动作而对电动机提供电力； 驱动器电路，对所述逆变器电路的各个半导体开关元件输出所述脉宽调制信号； 升压电路，将电源电压升压，并将该升压电压提供给所述驱动器电路； 用于失效保护的半导体开关元件，设置在所述逆变器电路和所述电动机之间，且切断从所述逆变器电路对于所述电动机的通电；以及失效保护驱动部，输出用于使所述用于失效保护的半导体开关元件接通/断开的信号，将从所述升压电路输出的升压电压还提供给所述失效保护驱动部， 所述失效保护驱动部根据从所述升压电路提供的所述升压电压，驱动所述用于失效保护的半导体开关元件。
2.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，设置了控制部，该控制部对所述失效保护驱动部输出用于使所述用于失效保护的半导体开关元件接通或断开的指令信号， 所述失效保护驱动部包括驱动信号生成部，生成与来自所述控制部的所述指令信号对应的驱动信号；以及用于控制的半导体开关元件，根据在所述驱动信号生成部中生成的所述驱动信号而接通/断开，基于所述用于控制的半导体开关元件的动作，根据所述升压电压来驱动所述用于失效保护的半导体开关元件。
3.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述逆变器电路的各个半导体开关元件由N沟道型MOS-FET构成， 所述驱动器电路由上级驱动器电路和下级驱动器电路构成，该上级驱动器电路对在所述逆变器电路的上臂中具备的MOS-FET输出所述脉宽调制信号，该下级驱动器电路对在所述逆变器电路的下臂中具备的MOS-FET输出所述脉宽调制信号，所述升压电路对所述上级驱动器电路和所述失效保护驱动部提供升压电压。
4.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述升压电路和所述驱动器电路由一个特定用途集成电路构成。
5.如权利要求2所述的电动机驱动装置，其特征在于，所述升压电路和所述驱动器电路由一个特定用途集成电路构成， 所述控制部包括第1控制部和第2控制部， 所述第1控制部与所述特定用途集成电路分开设置， 所述第2控制部设置在所述特定用途集成电路的内部，所述失效保护驱动部在从所述第1控制部输入的指令信号和从所述第2控制部输入的指令信号都为指示所述用于失效保护的半导体开关元件的接通的信号的情况下，接通该半导体开关元件。
6.如权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，还包括 异常检测部，检测异常；以及异常时控制电路，在所述异常检测部检测出异常的情况下，断开所述用于失效保护的半导体开关元件。
7.如权利要求6所述的电动机驱动装置，其特征在于， 所述异常时控制电路对所述用于失效保护的半导体开关元件分别设置。
全文摘要
提供一种电动机驱动装置，其在检测出故障时能够将电动机和逆变器电路之间电断开，并且能够简化电路结构。电动机驱动装置(100)包括逆变器电路(3)；驱动器电路(8)，对该逆变器电路(3)输出PWM信号；升压电路(7)，将从电源电路(9)提供的电源电压进行升压；失效保护电路(4)，设置在逆变器电路(3)和电动机(6)之间；以及失效保护驱动部(5)，输出用于使失效保护电路(4)的半导体开关元件接通/断开的信号。将从升压电路(7)输出的升压电压提供给驱动器电路(8)的同时还提供给失效保护驱动部(5)。失效保护驱动部(5)通过该升压电压来驱动失效保护电路(4)的半导体开关元件。
文档编号H02H7/08GK102255585SQ201110125088
公开日2011年11月23日 申请日期2011年5月16日 优先权日2010年5月19日
发明者多田刚 申请人:欧姆龙汽车电子株式会社