CN100415571C - 电动机控制装置 - Google Patents

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Abstract

在电动机控制装置中，其中从电池将较高的电压直接施加到驱动单元上并且来自电池并由开关调节器降压的较低电压也提供给控制单元，开关调节器通过从电动机控制装置外部提供的启动信号而启动其开关，并通过来自电动机控制装置外部的第一停止信号和控制单元产生的第二停止信号而停止其开关。

Description

电动机控制装置
发明背景
发明领域
本发明涉及电动机控制装置，尤其涉及车辆驾驶控制装置，诸如汽车的电功率驾驶装置和自动驾驶装置。
现有技术描述
迄今，通常都是通过增加电源电压来提升大功率车辆设备的效率。虽然例如客车中的电源(电池)电压已一般都设定为12V，但诸如卡车之类的商用车中的电源电压可设定为24V，因为它们需要更大的电源。随着客车中需安装设备数量的增加，已考虑甚至在客车中也将电源电压设定于42V。此外，在电车中，已安装了差不多200V或300V的高压电源。
但是，用于控制各种车辆设备的控制装置中使用的微控制器或运算放大器一般都以诸如3.3V、5V和8V等等的低压进行使用。将较高的电源电压施加到这种控制装置上会在电源电路中产生更大的电压降，导致电路产生更大的损耗。
现有一种已知电源驾驶装置，作为电动机控制装置安装到上述高压车辆系统中，如日本专利特许公开出版物JP 2002-166837(USP 6600983)中所揭示的。在以上电功率驾驶装置中，如图3所示，电池1将高压功率直接提供给用于电动机2的驱动装置32并经过串联调节器33将通过开关调节器4降压的较低电压提供给包括微控制器等的控制单元31，从而可以抑制串联调节器33处的陡电压降，即使在配备含诸如24V、36V之类的相对较高电压的电池1的车辆中，也可避免控制单元31的电源电路中的功率损耗。
但是，驱动装置32从电池1直接供电，因此，驱动装置32可以更高的效率驱动，以实现作为整体具有更高效率的控制装置。
然而，在上述电功率驾驶装置中存在一些问题，即电池中的功率消耗变得更大，因为尽管包含微控制器等的控制单元31工作或不工作，但开关调节器4总是工作的，连续供电给串联调节器33。例如，一旦开关调节器4开始其自激励振荡，即使在点火开关切断后，其振荡仍持续，导致点火开关停止时间内电池1的功率消耗。
发明内容
开发了本发明以解决上述问题，因此本发明的目的在于提供一种电动机装置，通过构成为在包含微控制器等的控制单元不工作时可完全避免对控制单元供电，能够可靠地降低待用时的功率消耗。
为了实现以上目的，在本发明的电动机控制装置的第一方面，其中电池将电压功率直接提供给电动机的驱动装置并将由开关调节器降压的较低电压提供给包含微控制器等的控制单元，它被构成为开关调节器可由来自电动机控制装置外部的启动信号来启动其开关并通过来自电动机控制装置外部的第一停止信号和控制单元产生的第二停止信号来停止其开关。
在本发明的电动机控制装置的第二方面，其中电池将电压功率直接提供给电动机的驱动装置并将由开关调节器降压的较低电压提供给包含微控制器等的控制单元，它被构成为开关调节器可由从控制单元所产生的启动信号来启动其开关以及由控制单元所产生的停止信号来停止其开关。
根据本发明的电动机控制装置，可以显著降低包含微控制器等的控制单元中的功率消耗，并可以通过构成为在控制单元不工作时完全避免控制单元被供电而降低待用时的功率消耗。
附图说明
图1是根据本发明第一实施例的车辆驾驶控制装置的电路图；
图2是根据本发明第二实施例的车辆驾驶控制装置的电路图；
图3是常规技术的车辆驾驶控制装置的电路图。
具体实施方式
实施例1
现在将描述本发明的实施例。图1示出了本发明的第一实施例，其中标号1表示诸如电池之类的电源；2，用于增加驱动器的驾驶功率的电动机；3，用于控制电动机2的控制单元。控制单元3与图3所示的现有技术相同，具备含微控制器等的控制装置31，用于根据来自控制装置31的指令驱动电动机2的驱动装置32，以及串联调节器33。电池1将电压功率直接提供给用于电动机2的驱动装置32并由含DC-DC转换器的开关调节器4降压的较低电压提供给含微控制器等的控制装置31。本实施例中示出的开关调节器4由自激励降压-斩波电路构成。操作串联调节器33以便将来自开关调节器4的电压转换成预定的其它稳定电压并生成低电压状态的复位信号。标号10表示点火开关，用于从控制单元3的外部发出启动信号或停止信号。开关调节器4配备了用于间歇地中断来自电池1的电压的第一晶体管41，用于滤波来自第一晶体管41的集电极的间歇电压的线圈42，用于溢出线圈42的电流的第一二极管43，用于与线圈42一起滤波来自晶体管41的集电极的间歇电压的电容器44，用于将来自由线圈42和电容器44滤波的开关调节器4的输出电压的反馈信号输入第二晶体管47(以下将讨论)的第二二极管45，用于生成参考信号以确定开关调节器4的输出电压的齐纳二极管46，以及用于根据来自第二二极管45的反馈信号和来自齐纳二极管46的参考信号两者开关第一晶体管41以产生斩波操作的第二晶体管47。根据本发明的较佳实施例1进一步配备了第三晶体管5，它用于将点火开关10产生的启动或停止信号输入到微控制器31，以及第四晶体管6，它用于通过来自微控制器31的信号停止开关调节器4的振荡。
现在将参考图1描述以上实施例的操作。在闭合点火开关10时，电池1经由电阻器7将基极电流提供给第二晶体管47使其导通，从而电池1将基极电流提供给第一晶体管41以使其导通。在晶体管41接通时，电流从第一晶体管41的集电极经由线圈42流到电容器44，使得开关调节器4的输出电压上升。开关调节器4的输出电压经由第二二极管45给到第二晶体管47的发射极作为反馈信号。齐纳二极管46产生的恒定电压施加到第二晶体管47的基极作为参考信号，并将其与反馈信号比较，从而执行反馈控制。详细地，当参考信号的电压高于反馈信号的电压时，第二晶体管47被接通以保持第一晶体管41接通，相反当参考信号的电压低于反馈信号的电压时，第二晶体管47切断以使第一晶体管41不接通。将第一晶体管41的开/关操作所产生的间歇电压提供给线圈42，且在第一晶体管41切断的同时，线圈42中流动的电流通过第一二极管43和电容器44逆流以便对电容器44充电并产生滤波功能。如通过以上操作可以理解的，如果第二二极管45的正向电压等于第二晶体管47的基极和发射极之间的电压，则开关调节器4的输出电压被反馈受控，以便等于齐纳二极管46的电压。随后，将开关调节器4的电压给到串联调节器33，其中该电压被稳定于预定值。来自串联调节器33的稳定电压提供给微控制器31作为其电源并提供给微控制器31的RES端子作为复位信号。从串联调节器33接收电源和复位信号的微控制器31执行给定操作并将给定指令提供给电动机驱动电路32，用于驱动电动机2。
以下将描述用于在待用时减少功率消耗的操作。在闭合点火开关10的同时，电池1将基极电流提供给第三晶体管5使其导通，从而向微控制器31提供启动信号以开始控制其中的各种车辆设备。在该状态中，在打开点火开关10时，第三晶体管5被切断以便向微控制器31提供停止信号。作为其结果，微控制器31以合适的减速度减速电动机2，使其停止，并发生给定的停止过程，例如执行数据存储于微控制器31中的非易失性存储器中。在停止过程所必需的时间消逝后，微控制器31将停止信号提供给第四晶体管6的基极，使其导通。结果，第二晶体管47和第一晶体管41被切断，使得开关调节器4的振荡停止，从而停止从电池1到微控制器31的电源供应。
根据本发明的该实施例，构成电动机控制装置，以便经由开关调节器4从电池1向供电给微控制器31的串联调节器33供电，因此可以减少微控制器31中的功率损耗。
此外，根据该实施例的电动机控制装置被构成为使得在微控制器31不工作时不向微控制器31供电，因此可以减少电动机控制装置待用时的功率消耗。此外，根据该实施例的电动机控制装置可以构成为使得电池1直接向驱动装置32提供电压功率并通过开关调节器4向微控制器31提供电压功率，因此同现有技术中一样，可以减少微控制器31的功率损耗并可以向电动机2提供高电压，改善整体效率。虽然开关调节器4在实施例1中由降压斩波电路体现，但它当然可以由升压斩波电路体现，在这种情况中，即使在降低电池电压时，微控制器31也可以稳定操作。
实施例2
接着，将描述本发明的第二实施例。图2示出了由分开激励的斩波电路构成的开关调节器4的实例。相同的标号表示与本发明第一实施例中相同的部件。该实施例同第一实施例的一点不同之处在于，没有第二二极管45，其中用线圈42和电容器44滤波的开关调节器4的输出电压通过该第二二极管45输入到第二晶体管47作为反馈信号。与第一实施例的另一点不同在于，电阻器48取代用于生成参考信号的齐纳二极管46。其余部分与第一实施例相同，从而不必对它们进行说明。
接着将说明该电路的操作。在点火开关10闭合时，电池1经由电阻器7向第二晶体管47提供基极电流，以使其导通，从而电流从第一晶体管41的基极流到第二晶体管47的集电极，以使第一晶体管41导通。在晶体管41接通时，电流从第一晶体管41的集电极经由线圈42流到电容器44，使得开关调节器4的输出电压上升。接着，将开关调节器4的输出电压给到串联调节器33，其中该输出电压被稳定于预定的电压值。
在电压降或启动操作时，串联调节器33将预定电压施加到微控制器31作为其电源并将复位信号提供给微控制器31。此时，开关调节器4仍不切换为工作且第一晶体管41处于其饱和区中的导通状态。因此，到微控制器31的电池电压和电源电压Vcc之间的电压差施加到串联调节器33，导致更高的功率损耗。
但是，就在微控制器31启动操作后，微控制器31开始以给定频率接通和切断第四晶体管6，从而经由第二晶体管47接通和切断第一晶体管41。通过第一晶体管41的开关间歇生成的电压被提供给线圈42，且在第一晶体管41被切断时，线圈42中流动的电流通过第一二极管43环流，从而出现用于滤波的电容器44中的电荷积聚。
采用前述操作，例如在接通第一晶体管41的占空比是50％的情况中，开关调节器4的输出电压在电池1约一半电压处切断。
另一方面，在闭合点火开关10时，接通第三晶体管5以便将启动信号提供给微控制器31。当打开点火开关10时，切断第三晶体管5以便将停止信号提供给微控制器31。微控制器31以合适的减速度减速电动机2，使其停止，且在微控制器31中产生用于停止的给定过程，例如执行数据被存储于微控制器31中的非易失性存储器中。
根据本发明的该实施例，电动机控制装置被构成为使得开关调节器4由微控制器31直接控制的分开激励的斩波电路构成，且用开环回路控制开关调节器4的输出电压，因此可以具有同第一实施例相同的效果，除此之外还可以提供元件数量中的显著减少。
但是，在阅读了以上描述后，本发明的许多可选方案和修改无疑是本领域普通技术人员显见的，可以理，作为说明而示出和描述的特殊实施例并非旨在限制权利要求书的范围，其本身仅叙述了被认为是本发明的要点的那些特点。

Claims (13)

1. 一种电动机控制装置，其特征在于，包括：
电源；
电动机驱动单元，它由电源供电；
开关调节器，它由电源供电；以及
控制单元，用于控制电动机驱动装置并由开关调节器供电，
其特征在于，所述开关调节器通过从电动机控制装置的外部提供的启动信号而启动其开关，并通过来自电动机控制装置外部的第一停止信号和控制单元产生的第二停止信号而停止其开关。
2. 如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，控制单元经由用于形成给定的稳定电压的串联调节器由开关调节器供电。
3. 如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器包括用于中断电源的第一晶体管，用于滤波第一晶体管的输出电压的滤波电路，用于在滤波电路中环流线圈中流动的电流的第一二极管，用于反馈滤波的输出电压的第二二极管，用于生成参考信号的齐纳二极管，以及用于开关第一晶体管使其基于来自第二二极管的反馈信号和来自齐纳二极管的参考信号进行斩波操作的第二晶体管。
4. 如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，从电动机控制装置外部提供的启动信号和停止信号是点火开关的开关信号。
5. 如权利要求4所述的电源控制装置，其特征在于，进一步包括用于将来自点火开关的启动信号和停止信号输入控制单元的第三晶体管，以及用于通过来自控制单元的信号停止开关调节器的振荡的第四晶体管。
6. 如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器是电压降压斩波电路。
7. 如权利要求1所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器是电压升压斩波电路。
8. 一种电动机控制装置，其特征在于，包括：
电源；
电动机驱动单元，它由电源供电；
开关调节器，它由电源供电；以及
控制单元，它用于控制电动机驱动装置并由开关调节器供电，
其特征在于，所述开关调节器通过控制单元产生的启动信号而启动其开关，并通过控制单元产生的停止信号而停止其开关。
9. 如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，控制单元经由用于形成给定的稳定电压的串联调节器由开关调节器供电。
10. 如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器包括用于中断电源的第一晶体管，用于滤波第一晶体管的输出电压的滤波电路，用于在滤波电路中环流线圈中流动的电流的二极管，以及用于开关第一晶体管以使其基于来自控制单元的信号进行斩波操作的第二晶体管。
11. 如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，进一步包括用于将来自点火开关的启动信号和停止信号输入控制单元的第三晶体管，以及用于通过来自控制单元的信号启动或停止开关调节器的振荡的第四晶体管。
12. 如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器是电压降压斩波电路。
13. 如权利要求8所述的电源控制装置，其特征在于，开关调节器是电压升压斩波电路。
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