CN100454709C

CN100454709C - 用于检测车辆中马达的过电流的设备

Info

Publication number: CN100454709C
Application number: CNB2005100978354A
Authority: CN
Inventors: 全永昌
Original assignee: Siemens VDO Halla Ltd
Current assignee: Continental Automotive Electronics LLC
Priority date: 2005-07-13
Filing date: 2005-08-30
Publication date: 2009-01-21
Anticipated expiration: 2025-08-30
Also published as: KR100784887B1; US20070014057A1; KR20070008387A; CN1897387A; US7193382B2; EP1744430A2

Abstract

本发明涉及用于检测车辆中马达过电流的设备。本发明通过更准确地检测马达整个驱动区域内的马达的过电流，防止马达烧坏。这能够通过根据马达驱动输入条件设置在马达正常电流和限制电流之间的预定的范围作为过电流检测基准电流、检测经过分流电阻器和差动放大器流入FET(FET)的马达电流，以及比较检测电流和过电流检测基准电流来实现。

Description

用于检测车辆中马达的过电流的设备

技术领域

本发明涉及一种用于检测车辆中马达过电流的设备。更特别地，将本发明针对车辆中马达过电流检测设备，通过更精确地检测马达整个驱动区域内马达的过电流，该检测设备能够防止马达烧毁，其中这是通过根据马达驱动输入条件设置马达的正常电流和限制电流之间的预定范围作为过电流检测基准电流、检测经过分流电阻器和差动放大器流入FET(FET)的马达电流、以及比较检测电流与过电流检测基准电流来实现的。

背景技术

通常，已知马达为车辆运行提供必需的驱动力，其中在微处理器的控制下通过调节马达的旋转动力提供车辆需要的电源。在马达运行期间由于因内部、外部或限制影响等发生的过电流，这种马达可能烧坏。

因而，如果不准确地检测这种过电流并且检测到过电流时停止该马达的运行来防止烧坏，那么因过电流现有技术的马达会烧坏，为了防止上述现象的发生，通过图1中示出的过电流检测设备已经传统地实现了马达的过电流检测。

图1是描述按照现有技术用于车辆马达过电流检测设备的结构的电路图。这种现有技术的装置包括用于输入包含具有占空比的马达驱动信息的外部信号的输入单元1；微处理器2，按照来自输入单元1的外部信号中马达驱动信息将FET驱动控制信号提供给驱动FET、根据下面描述的比较单元9的输出判断是否在马达中存在过电流状态、并在过电流出现时控制马达停止它的运行；FET驱动器3，用于响应由微处理器2提供的FET驱动控制信号产生FET驱动信号；用作马达驱动元件的FET 4，其依靠来自FET驱动器3的FET驱动信号被导通/截止；续流二极管(freewheeling diode)5，在FET 4截止时用于流过使马达连续运行的恢复电流；马达6，按照FET 4和续流二极管5的运行被驱动并且为车辆运行提供所需的驱动力；电压检测器7，用于检测由流入FET 4的内部电阻器产生的FET 4的两端之间产生的电压；基准电压设置单元8，用于设置马达6的过电流检测电压作为基准电压；以及比较单元9，用于比较由电压检测器7检测的电压和由基准电压设置单元8设置的基准电压，如果检测电压小于基准电压，则给微处理器2提供表示正常状态的高电平输出电压以及如果检测电压高于基准电压，则给微处理器2提供表示过电流状态的低电平输出电压。

按照传统的过电流检测设备，图2A和2B示出了在马达分别处于正常状态和过电流状态的输出波形。参考这些附图，将在下面详细描述传统的过电流检测设备的操作。

首先，现有技术的过电流检测设备包括的微处理器2输入来自输入单元1的外部信号内马达驱动信息和按照该马达驱动信息控制FET驱动器3以便驱动FET 4。在FET 4的导通操作时，由电源(或电源电压)驱动马达6；在FET 4的截止操作时，来自马达6的恢复电流允许通过使电流流过续流二极管5而连续地驱动马达。

FET 4包括内部电阻器，按照马达驱动信息控制FET 4的导通操作。根据FET 4的这种导通操作产生的电流变化，改变FET 4中内部电阻器两端之间的电压。

然后，比较单元9中包含的比较器比较电压检测器7检测的FET4两端之间的电压和由基准电压设置单元8提供的基准电压。通过比较，如果检测电压小于基准电压，则比较器给微处理器2提供5V输出电压，否则，即如果检测电压超过基准电压，则给微处理器2提供0V输出电压。

然后，如果来自比较单元9的输出电压是5V高电平，则微处理器2判断马达6处于正常状态；反之，如果输出电压是0V低电平，则微处理器判断马达6中出现过电流状态，并且停止马达运行以免因过电流出现烧毁马达。

可是，如上所述的用于车辆中马达的传统过电流检测设备，存在如下面提出的一些问题。

即，对于相同FET因制造公差FET中内部电阻器出现微小的变化从而同一FET的内部电阻随温度变化，由流入FET内的电流检测的电压的分散度(dispersion)变大。

因此，可能存在的问题是，即使在正常状态时由于根据比较检测电压超过基准电压，出现马达停止，不能提供车辆运行所需的电源，特别是，在发动机冷却马达的情况下，发动机可能变得过热，造成车辆损坏。

此外，在可能出现过电流的条件下，如果马达连续地驱动，同时检测电压小于基准电压以由此造成较大电流的配给，最终出现马达烧坏的情况。

总之，由于用于过电流检测的基准电压设置单元设置的基准电压不能修改，在以低电流驱动马达时当马达的过电流配给时，可能判断检测电压小于基准电压。因此，没有检测到马达的过电流，导致马达烧坏。

发明内容

因此，本发明的主要目的是提供一种车辆中马达的过电流检测设备，通过更准确地检测它的整个驱动区域内的马达的过电流，该设备能够防止马达烧毁，其中通过根据马达驱动输入条件设置马达的正常电流和限制电流之间的预定范围作为过电流检测基准电流、检测经过分流电阻器和差动放大器流入FET的马达电流、以及比较检测电流与过电流检测基准电流来实现。

依照本发明，提供一种用于检测车辆中马达过电流的设备，包括：输入单元，输入包括用于驱动马达的信息(即马达驱动信息)的外部方波信号，其中用于驱动马达的信息具有占空比，该外部方波信号被转换为微处理器可识别的电位；所述微处理器，根据输入单元的外部方波信号内的马达驱动信息提供驱动控制信号来驱动FET，根据所述马达整个驱动区域内的马达驱动输入条件，设置正常电流和限制电流之间的范围内预定电流，作为过电流检测基准电流来检测过电流状态，将来自平滑单元的输出电压所对应的马达检测电流与过电流检测基准电流进行比较，其中，如果所述马达检测电流小于所述过电流检测基准电流，则确定所述马达处于正常状态，如果所述马达检测电流大于所述过电流检测基准电流，则确定所述马达处于过电流状态，并且在所述马达处于过电流状态时停止所述马达的运行；FET驱动器，用于响应于所述微处理器提供的驱动控制信号，放大和输出FET驱动信号来驱动所述马达；FET，根据来自所述FET驱动器的所述FET驱动信号而导通或截止；续流二极管，用于在所述FET截止时流过用于所述马达连续运行的恢复电流；所述马达，响应于所述FET和所述续流二极管的操作而驱动所述马达，用于提供车辆运行所必需的驱动力；分流电阻器，连接所述FET的一端，用于检测在所述FET中流动的所述马达的电流；放大器，用于检测和放大由流经所述分流电阻器的电流产生的电压，同时使用差动放大器，消除随流经所述分流电阻器的所述电流变化的接地电位的影响；和所述平滑单元，用于平滑由所述放大器放大的电压并将平滑后的电压作为所述输出电压提供给所述微处理器。

附图说明

通过结合附图对优选实施例的以下描述，本发明的上述及其他目的将变得清楚；其中：

图1说明示出了按照现有技术用于车辆的马达过电流检测设备配置的电路图；

图2A和2B示出了根据传统的过电流检测设备在马达分别处于正常状态和过电流状态时产生的输出波形；

图3是示出了根据本发明的用于车辆的马达过电流检测设备配置的电路图；

图4A和4B是根据本发明的过电流检测设备在马达分别处于正常状态和过电流状态时出现的输出波形；

图5示出了在根据本发明的过电流检测设备中由微处理器设置过电流检测基准电流时马达的正常电流、限制电流和第一过电流检测基准电流的波形；和

图6说明描述根据本发明过电流检测设备中微处理器进行的马达的过电流检测基准电流的设置操作和过电流检测操作的流程图。

具体实施方式

在下文中，将参考附图详细说明依照本发明用在车辆中马达过电流检测设备的结构和操作。

图3是描述一种依照本发明优选实施例用于车辆马达过电流探测仪器结构的电路图。本发明的设备包括用于输入包含具有占空比的马达驱动信息的外部方波信号的输入单元11，其中该信号被转化成以下描述的微处理器12可识别的5V电位；微处理器12，根据来自输入部件11外部方波信号的马达驱动信息提供FET驱动控制信号来驱动FET，微处理器12由马达驱动输入条件设置马达的正常电流和限制电流之间的预定范围作为用于检测过电流状态的过电流检测基准电流，比较与来自下面叙述的平滑单元19输出电压对应的马达检测电流和基准电流，其中如果检测电流小于基准电流，则确定马达处于正常状态，否则，则确定马达处于过电流状态，以及马达处于过电流状态时，控制马达停止它的操作；FET驱动器13，用于响应于微处理器12提供的FET驱动控制信号放大和输出FET驱动信号；FET 14依照来自FET驱动器13的FET驱动信号导通/截止；续流二极管15，用于在FET 14导通时流过使马达连续运行的恢复电流；马达16，响应FET 14和续流二极管15的操作被驱动，马达16提供车辆运行必需的驱动力；分流电阻器17，连接FET 14的一端，检测流入FET 14的马达16的电流；放大器18，检测和放大流经分流电阻器17的电流产生的电压，同时利用差动放大器18′，消除随电流变化的接地电位影响；和平滑单元19，平滑放大器18放大的电压并将其输入到微处理器12。

利用差动放大器18′检测由放大器18产生的电流经过分流电阻器17而产生的电压，通过阻止由于电流差产生的接地电位的变化，本发明能够更准确地检经过马达16流入FET 14的电流。

现在将参考附图详细说明依照前面配置的本发明用于车辆的马达的过电流探测设备的操作。

图4A和4B是依照本发明过电流探测仪器在马达分别处于正常状态和过电流状态时产生的输出波形。参照这些附图，将在下面给出本发明的详细资料。

首先，输入单元11输入包含马达驱动信息占空比的外部方波信号SIGNAL并将其转换成微处理器12可识别的5V电位。

然后，微处理器12通过测量来自输入单元11的外部方波信号的高电平或低电平的长度，计算马达驱动信息。

其次，微处理器12给FET驱动器13提供FET驱动控制信号，以便根据上面计算的马达驱动信息在20KHz的频率下驱动马达16。

依据这些，FET驱动器13基于FET驱动控制信号放大FET驱动信号并且将它输出给FET 14用于FET 14的驱动。

FET 14导通时，用电源(电源电压)驱动马达16；在FET 14截止时，在续流二极管15中流过由马达产生的恢复电流，连续地驱动马达16。

在这个时期，如果提供必需的电源来驱动马达16的FET 14截止，那么马达16中的电流流过连接到FET 14下端的分流电阻器17。

因此，放大器18检测和放大由流经分流电阻器17的电流产生的电压，同时通过差动放大器18′消除随电流变化的接地电位影响，并且将该电压输出到平滑单元19。

此后，平滑单元19平滑放大器18放大的电压和输送该电压到微处理器12。

然后，微处理器12从平滑单元19输入模拟电压和将模拟电压转换成与与电压相对应的数字数据作为马达检测电流。接着，将转换的数字数据，即，在分流电阻器17和放大器18上检测的马达16的检测电流和预定的过电流检测基准电流相比较。如图4A和4B所示，如果检测电流、VSen电压，小于基准电流、Vref电压，则确定马达16处于正常状态并继续正常地运行马达16，否则，如果检测电流、VSen电压大于基准电流、Vref电压，则确定马达16处于过电流状态并停止马达16的运行从而防止因过电流烧毁马达。

另一方面，将参考图5和6在下面详细说明在马达的整个驱动区域中根据马达的输入条件计算马达的正常电流和限制电流的过程、根据计算的正常电流和限制电流设置过电流检测基准电流的过程和由微处理器12检测马达的状态的过程。

图5示出了在马达驱动输入的占空比是55％时马达的每个正常电流、限制电流和过电流检测基准电流的波形图，图6说明描述微处理器12执行的过电流检测基准电流的设置操作和马达过电流检测操作流程图。

具体地说，首先微处理器12输入来自输入单元11的包含马达驱动信息的外部方波信号和计算来自该信号的马达驱动信息(S1)。其次，提供马达驱动信号、FET驱动控制信号和FET驱动信号以通过根据计算的马达驱动信息驱动FET驱动13和FET 14，来运行马达16(S2)。

接着，微处理器12测量提供给马达16的电压和马达的温度(S3)。即，由于马达电流随着电压和温度变化，在计算马达的正常电流和限制电流时，通过依据输入马达的输入电压和马达的温度适当地增加和修改变化，以根据马达的驱动输入条件计算马达内正常电流和限制电流，本发明精确地测量马达内电流。依据下一次的比较和检测电流及过电流检测基准电流的确定，这些精确地电流检测允许过电流状态的精确检测。

接着，微处理器12通过放大器18和平滑单元19输入由流过马达16和FET 14的电流在分流电阻器17上产生的电压并将它转换成数字数据，从而检测马达16的电流(S4)。

其后，依据所述步骤S3中测量的马达输入电压和温度适当地增加和修改变化，微处理器12计算马达16的正常电流，该电流与马达的驱动输入条件对应(S5)。

此外，依据适当地增加和修改所述步骤S3中测量的马达的输入电压和温度的变化，微处理器12计算马达16的限制电流，该限制电流与马达的输入条件对应(S6)。

其次，如图5中所示，微处理器12设置在所述步骤S5中计算的马达16的正常电流和在所述步骤S6中计算的马达16的限制电流之间的预定的范围，用于马达过电流检测基准电流来判断过电流状态(S7)。

即，依据马达整个驱动区域中马达驱动输入条件计算马达的正常电流和限制电流，并设置正常电流和已经计算的限制电流之间的预定范围，比如用二者的平均值做过电流检测基准电流，过电流检测基准电流的变化对马达的全部驱动输入条件是可用的。因此，这允许马达过电流状态的更精确检测。

然后，微处理器12比较在所述步骤S4中测量的马达16的检测电流和在所述步骤S7中设置的过电流检测基准电流(S8)。在比较中，如果马达16的检测电流小于基准电流，那么确定马达16处于正常状态和继续正常地驱动马达。可是，如果检测电流大于基准电流，则判断马达16处于过电流状态，然后中断诸如15秒的给定时间的马达16运行(S9和S10)。

如上所述，依据利用马达全部驱动输入条件下存在的正常电流和限制电流，本发明允许微处理器检测马达运行中存在的过电流。依据这些，本发明能够防止马达烧毁，这允许马达稳定地驱动。

因此，本发明通过在马达的整个驱动区域内更精确地检测马达的过电流能够防止马达烧毁。这能够通过根据马达驱动输入条件设置马达的正常电流和限制电流之间的预定范围作为过电流检测基准电流，检测流入FET的经过分流电阻器和差动放大器的马达电流，并比较检测电流与过电流检测基准电流来实现。

换句话说，依据马达整个驱动区域中马达驱动输入条件计算马达的正常电流和限制电流，和设置正常电流和已经计算的限制电流之间的预定范围，比如二者的平均值用做过电流检测基准电流，过电流检测基准电流的变化对马达的全部驱动输入条件是有效的。因此，当马达在运行时处于过电流条件下，这种过电流状态的更精确检测是可能。这能够防止因过电流马达烧毁，因此允许更稳定地驱动马达。

虽然参照特定的实施例已经描述了本发明，所属领域的技术人员明白，在没有脱离本发明在下面定义的权利要求的精神和范围内可以做各种变化和修改。

Claims

1、一种用于检测车辆中马达的过电流的设备，包括：

输入单元，输入包括用于驱动马达的信息的外部方波信号，其中用于驱动马达的信息具有占空比，该外部方波信号被转换为微处理器可识别的电位；

所述微处理器，根据来自所述输入单元的所述外部方波信号中的所述用于驱动马达的信息提供驱动控制信号来驱动FET，根据所述马达整个驱动区域内的马达驱动输入条件，设置正常电流和限制电流之间的范围内的预定电流，作为过电流检测基准电流来检测过电流状态，将来自平滑单元的输出电压所对应的马达检测电流与所述过电流检测基准电流进行比较，其中，如果所述马达检测电流小于所述过电流检测基准电流，则确定所述马达处于正常状态，如果所述马达检测电流大于所述过电流检测基准电流，则确定所述马达处于过电流状态，并且在所述马达处于过电流状态时停止所述马达的运行；

FET驱动器，用于响应于所述微处理器提供的所述驱动控制信号，放大和输出FET驱动信号来驱动所述马达；

FET，根据来自所述FET驱动器的所述FET驱动信号而导通或截止；

续流二极管，用于在所述FET截止时流过用于所述马达连续运行的恢复电流；

所述马达，响应于所述FET和所述续流二极管的操作而驱动所述马达，用于提供车辆运行所必需的驱动力；

分流电阻器，连接所述FET的一端，用于检测在所述FET中流动的所述马达的电流；

放大器，用于检测和放大由流经所述分流电阻器的电流产生的电压，同时使用差动放大器，消除随流经所述分流电阻器的所述电流变化的接地电位的影响；和

所述平滑单元，用于平滑由所述放大器放大的电压并将平滑后的电压作为所述输出电压提供给所述微处理器。

2、如权利要求1中所述的设备，其中所述微处理器测量施加到所述马达的电压和马达的温度，并且根据所测量的施加到所述马达的电压和所述马达的温度增加和修改变化，从而计算所述马达的所述正常电流和所述限制电流。

3、如权利要求1或2中所述的设备，其中所述微处理器设置所述马达的所述正常电流和所述限制电流的平均值作为所述过电流检测基准电流。