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公開番号2021061718
公報種別公開特許公報(A)
公開日20210415
出願番号2019185981
出願日20191009
発明の名称電源回路
出願人株式会社デンソー
代理人特許業務法人 サトー国際特許事務所
主分類H02M 3/155 20060101AFI20210319BHJP(電力の発電,変換,配電)
要約【課題】ハイサイドの駆動素子に対して、簡単な構成で、低電圧で動作可能で、且つバッテリなどの電源電圧に基づいて一定電圧に昇圧して出力できるようにした電源回路を提供する。
【解決手段】電源駆動部45および電圧検出回路46により昇圧回路50の駆動制御を行って、バッテリなどの直流電源20の直流電圧VBを昇圧出力Vcpに昇圧する。電圧検出回路46は、グランドを基準にして昇圧出力Vcpをモニタ電圧として検出し、直流電圧VBに基準電圧Vfbを付加した電圧となるように電源駆動部45に入力する。電源駆動部45は、これに直流電圧VBに追随して一定の出力電圧Voutを得るように、昇圧回路50を駆動制御する。
【選択図】図2
特許請求の範囲【請求項1】
ハイサイド駆動素子として設けられるNチャネル型のMOSトランジスタに対応したハイサイド駆動電圧を直流電源から生成して出力端子に出力する電源回路であって、
グランドを基準として基準電圧(Vfb)を供給する基準電源(45d)と、
前記グランドを基準とした前記ハイサイド駆動電圧(Vcp)を分圧してモニタ電圧として出力する電圧検出回路(46、80a、90a、95a)と、
前記グランドを基準とした前記直流電源の電圧を制御信号に基づいて昇圧して変換出力を前記ハイサイド駆動電圧として生成する昇圧回路(50)と、
前記モニタ電圧、前記基準電圧および前記直流電源の電圧の値に基づいて前記ハイサイド駆動電圧と前記直流電源の電圧との差電圧が一定とみなせる所定範囲内となるように前記制御信号を生成する電源駆動部(45)と
を備えた電源回路。
続きを表示(約 730 文字)【請求項2】
前記電圧検出回路は、
第1ノード(N1)を介して接続した第1抵抗(R1)および第2抵抗(R2)の直列抵抗により前記直流電源の電圧を分圧して出力する電源電圧検出回路(46a)と、
前記基準電源と前記第1ノードとの間に接続される第3抵抗(R3)とを備え、
前記電源駆動部は、前記モニタ電圧を前記第1ノードの出力電圧と比較して前記制御信号を生成する差動アンプ(45c)
を備える請求項1に記載の電源回路。
【請求項3】
前記モニタ電圧を出力する第2ノード(N2)の電圧を前記直流電源の電圧に基づいて調整する調整回路(81、91)を備え、
前記電源駆動部は、前記調整回路により調整された前記モニタ電圧と前記参照電圧とを比較して前記制御信号を生成する差動アンプ(45c)
を備える請求項1に記載の電源回路。
【請求項4】
前記調整回路は、
前記直流電源の電圧に比例する電圧を出力する電源電圧検出回路と、
前記第2ノードと前記電源電圧検出回路との間に接続された第4抵抗(R12)とを備える請求項3に記載の電源回路。
【請求項5】
前記調整回路は、
前記直流電源の電圧に比例する電圧を出力する電源電圧検出回路を備え、
前記第2ノードと前記出力端子との間の抵抗値を前記電源電圧検出回路による前記直流電源の電圧に比例する電圧に応じて切り替えて調整する請求項3に記載の電源回路。
【請求項6】
前記電源駆動部および前記電圧検出回路は、モノリシックICで形成される請求項3から5のいずれか一項に記載の電源回路。

発明の詳細な説明【技術分野】
【0001】
本発明は、電源回路に関する。
続きを表示(約 5,800 文字)【背景技術】
【0002】
例えば3相モータを駆動する場合、一般的に6個の駆動素子を3相ブリッジ接続した構成とすることが行われる。ハイサイド側の駆動素子として、特性の優位性からNチャンネル型のMOSFETを用いる場合には、電源電圧よりも高電圧を出力可能なハイサイド電源回路を用いる。
【0003】
このような構成で用いられるハイサイド電源回路としては、例えばチャージポンプ回路やブートストラップ回路などがある。しかし、ハイサイド電源回路をチャージポンプ回路で構成した場合には、低電圧での動作効率が悪くなることがある。
【0004】
また、ハイサイド電源回路をブートストラップ回路で構成した場合には、ダイオードが直列に2個分介在された構成となるので、低電圧動作に対して不適となる。また、ブートストラップ回路では、過昇圧を防止するクランプ回路が必要となる。さらに、モータの構成が機電一体型のものである場合には、ブートストラップ回路を機電一体基板に搭載するが、この場合には、放射ノイズの抑制が困難となる不具合がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
特開2018−19520号公報
特開2005−6467号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
本発明は、上記事情を考慮してなされたもので、その目的は、ハイサイドの駆動素子に対して、簡単な構成で、低電圧で動作可能で、且つバッテリなどの電源電圧に基づいて一定電圧に昇圧して出力できるようにした電源回路を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0007】
請求項1に記載の電源回路は、ハイサイド駆動素子として設けられるNチャネル型のMOSトランジスタに対応したハイサイド駆動電圧を直流電源から生成して出力端子に出力する電源回路であって、グランドを基準として基準電圧(Vfb)を供給する基準電源(45d)と、前記グランドを基準とした前記ハイサイド駆動電圧(Vcp)を分圧してモニタ電圧として出力する電圧検出回路(46、80a、90a、95a)と、前記グランドを基準とした前記直流電源の電圧を制御信号に基づいて昇圧して変換出力を前記ハイサイド駆動電圧として生成する昇圧回路(50)と、前記モニタ電圧、前記基準電圧および前記直流電源の電圧の値に基づいて前記ハイサイド駆動電圧と前記直流電源の電圧との差電圧が一定とみなせる所定範囲内となるように前記制御信号を生成する電源駆動部(45)とを備えている。
【0008】
上記構成を採用することにより、電圧検出回路はグランドを基準としたハイサイド駆動電圧を分圧してモニタ電圧として出力し、電源駆動部は、昇圧回路に対して制御信号を与え、モニタ電圧、基準電圧および直流電源の電圧の値に基づいてハイサイド駆動電圧と直流電源の電圧との差電圧が一定とみなせる所定範囲内となるように制御する。これにより、昇圧回路は、グランドを基準とした直流電源の電圧を制御信号に基づいて昇圧して前記ハイサイド電源電圧を生成するようになる。
【0009】
この結果、ハイサイド駆動電圧と直流電源の電圧との差電圧が一定とみなせる所定範囲内の出力電圧を得ることができるので、直流電源の電圧が他の負荷などによって変動する場合でも、ハイサイド駆動素子として設けられるNチャネル型のMOSトランジスタに対応したハイサイド駆動電圧を直流電源の電圧との差電圧によって安定した駆動をすることができる。
【0010】
また、ハイサイド駆動電圧を、グランドを基準として検出してモニタ電圧として取り込むので、従来のようなレベルシフト回路を設ける必要がなく、簡単な構成でモニタすることができると共に、電圧帰還の遅延をなくすことができ、応答性の良好なモニタ電圧として制御することができるようになる。
さらに、機電一体モータインバータなどに用いるブートストラップ回路と異なり、放射ノイズの抑制が困難となる不具合を回避することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
第1実施形態を示す電気的構成図
作用説明用の電気的構成図
基本構成のブロック図
作用説明図
第2実施形態を示す電気的構成図
第3実施形態を示す電気的構成図
作用説明図
第4実施形態を示す電気的構成図
作用説明図
【発明を実施するための形態】
【0012】
(第1実施形態)
以下、本発明の第1実施形態について、図1〜図4を参照して説明する。
図1において、モータ駆動回路100は、三相モータ10を直流電源20の直流電圧VBに基づいて駆動する。モータ駆動回路100は、三相モータ10に一体に設けられるプリント基板に機電一体モータインバータとして構成されるものである。直流電源20は、例えば車載バッテリなどを想定しており、給電動作では他の負荷への給電も行っていて、給電状態によって内部抵抗に起因して直流電圧VBが変動することがある。
【0013】
モータ駆動回路100は、インバータ回路30、駆動制御回路40、昇圧回路50などを備えている。モータ駆動回路100の電源入力端子間にはコンデンサ60が接続されている。三相モータ10を駆動する駆動指示信号を出力するECU(Electronic Control Unit)70は、直流電源20から給電され、モータ駆動回路100に対して駆動指示信号を与える。
【0014】
インバータ回路30は、直流電源20から三相モータ10に三相交流を供給する回路で、6個のNチャネル型のMOSトランジスタ30a〜30fを三相ブリッジ接続した構成である。各相のアームのハイサイドにはハイサイド駆動素子としてのMOSトランジスタ30a〜30cが設けられ、ローサイドにはMOSトランジスタ30d〜30fが設けられ、共通接続点が出力端子として三相モータ10に接続される。
【0015】
駆動制御回路40は、ハイサイド駆動回路41、ローサイド駆動回路42、制御回路43、制御電源回路44、電源駆動部45、電圧検出回路46などを備えている。電源駆動部45および電圧検出回路46の詳細は図2に示している。なお、図2に示したように、電源駆動部45、電圧検出回路46および昇圧回路50を電源回路110として構成している。また、この実施形態においては、電源駆動部45および電圧検出回路46はモノリシックICにより一体に形成されている。
【0016】
ハイサイド駆動回路41は、バッファ41a〜41cを備え、インバータ回路30に設けられたハイサイド側のMOSトランジスタ30a〜30cのそれぞれにゲートに駆動電圧を与える。バッファ41a〜41cは、直流電圧VBよりも高い直流電圧VHから給電され、制御回路43からの駆動信号に応じて、給電端子の電位を基準としてゲート電圧を出力するように構成される。
【0017】
ローサイド駆動回路42は、ローサイド側のMOSトランジスタ30d〜30fのそれぞれにゲートに駆動電圧を与える。内部にはハイサイド駆動回路41と同様の3個のバッファが設けられ、グランドを基準としてゲート電圧を出力するように構成される。
【0018】
制御回路43は、ECU70から三相モータ10の駆動指示信号が与えられると、ハイサイド駆動回路41およびローサイド駆動回路42を駆動制御する。制御電源回路44は、駆動制御回路40内の制御電源を供給するもので、直流電源VBから降圧により制御電源を生成している。
【0019】
図2において、電源駆動部45は、電圧検出回路46と共に昇圧回路50の駆動制御を行うもので、通電駆動用のMOSトランジスタ45a、電源駆動回路45b、差動アンプ45cを備えている。MOSトランジスタ45aは昇圧回路50に通電して昇圧動作を行わせるためのもので、電源駆動回路45bからの駆動信号に基づいてオンオフの制御がなされる。
【0020】
電源駆動回路45bは、差動アンプ45cからの出力電圧に基づいてMOSトランジスタ45aのオンオフ制御用の駆動信号を例えばPWM制御により生成している。差動アンプ45cは、電圧検出回路46の検出電圧に基づいて昇圧回路50の昇圧電圧Vcpが基準電圧Vfbに基づいた出力となるように差分を演算して出力する。
【0021】
図2において、電圧検出回路46は、5個の抵抗R1〜R5を備えている。抵抗R1およびR2は直列に接続した状態で、直流電源VBとグランドとの間に、抵抗R1をグランド側にして接続される。抵抗R1と抵抗R2の共通接続点である第1ノードN1は、差動アンプ45cの反転入力端子に接続されるとともに、抵抗R3を介して基準電源45dに接続される。なお、抵抗R1〜R3により構成される部分を電源電圧検出回路46aとしている。
【0022】
基準電源45dは、基準電圧Vfbを出力するもので、負極はグランドに接続される。抵抗R4およびR5は直列に接続した状態で、昇圧回路50の出力端子とグランドとの間に、抵抗R4側をグランド側にして接続される。抵抗R4と抵抗R5の共通接続点である第2ノードN2は、差動アンプ45cの非反転入力端子に接続される。なお、抵抗R4、R5により構成される部分を、出力電圧Vcpをモニタ電圧として検出するモニタ電圧検出回路46bとしている。
【0023】
昇圧回路50は、コイル51、52、コンデンサ53、54、ダイオード55を備え、直流電源20から直流電圧VBが入力され、出力端子VcpとVBとの間に昇圧した出力電圧Voutを出力する。昇圧回路50は、駆動制御回路40により昇圧動作が制御され、ハイサイド駆動回路41の駆動電圧として変換出力電圧Vcpを供給する。
【0024】
昇圧回路50において、電源駆動部45のMOSトランジスタ45aのドレインが、コイル51を介して直流電源20の正極端子に接続されるとともに、コンデンサ53およびダイオード55を順方向に介して出力端子Vcpに接続される。ダイオード55は、アノードおよびカソードがそれぞれコイル52およびコンデンサ54を介して直流電源20の正極端子に接続される。
【0025】
次に、図3は、上記した図1および図2の具体的な構成に対する基本構成を示している。演算部A、駆動信号生成部B、駆動回路C、電力変換部Dおよび分圧回路Dを設ける基本構成である。入力電圧VBは直流電源20の直流電圧VBに相当しており、出力電圧Voutは、昇圧回路50による変換出力である電圧Vcpから入力電圧VBを差し引いた電圧である。
【0026】
ここで、演算部Aでは、入力電圧VB、基準電圧Vfbが加算されると共に、電力変換部Dの変換出力Vcpを分圧回路Eで分圧した電圧がフィードバックとして減算される。演算部Aにおいては、電力変換部Dの変換出力Vcpが入力電圧VBおよび基準電圧Vfbに対応した変換出力となるまで、差分を駆動信号生成部Bに出力する。駆動信号生成部Bは差分に対応した駆動信号を生成し、駆動回路Cを介して電力変換部Dを駆動する。これにより、入力電圧VBが変動しても、これに追随した電力変換出力Vcpを得ることができ、入力電圧VBとの差から一定の出力電圧Voutを得ることができる。
【0027】
なお、図3の構成において、演算部A、駆動信号生成部Bおよび駆動回路Cは、図1および図2の構成における電源駆動部45の構成に相当し、同様に、電力変換部Dは昇圧回路50に相当し、分圧回路Eは電圧検出回路46に相当している。また、図3に示した基本構成は、第2実施形態以降の構成においても当てはまるものである。
【0028】
次に、上記構成の作用について、図4も参照して説明する。
ECU70から駆動指令が与えられると、モータ駆動回路100は、昇圧回路50を駆動して高圧の出力電圧Voutを生成してハイサイド駆動回路41に供給し、制御回路43によりインバータ回路30の各MOSトランジスタ30a〜30fを駆動制御して三相モータ10に三相出力を供給する。これにより、三相モータ10は所定の回転状態で駆動制御される。
【0029】
上記の動作において、この実施形態では、インバータ回路30において、ハイサイド駆動素子としてNチャネル型のMOSトランジスタ30a〜30cを用いているので、オン駆動する場合には、三相モータ10への出力端子に接続されたソースとゲートとの間にゲート電圧を印加する必要がある。このとき、MOSトランジスタ30a〜30cは、オン状態になると、ドレイン・ソース間がほぼ同電位になるため、ソース電位も直流電圧VBまで上昇する。オン状態を維持するためには、ゲートに直流電圧VBよりも高い電圧をゲート電圧として印加する必要がある。
【0030】
このため、昇圧回路50により直流電圧VBを昇圧して昇圧出力Vcpをハイサイド駆動回路41に供給している。昇圧出力Vcpは直流電圧VBの変動に追随して変化するように制御されている。これにより、MOSトランジスタ30a〜30cがオンしたときにハイサイド駆動回路41への給電状態は、高圧側に昇圧出力Vcpが印加され、低圧側に直流電圧VBが印加された状態となる。この結果ハイサイド駆動回路41は、電源端子間に昇圧出力Vcpから直流電圧VBを差し引いた出力電圧Voutが印加される状態となる。この出力電圧Voutは、後述するように一定の電圧となる。
(【0031】以降は省略されています)

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