CN101741311B - 电动机驱动电路以及电动动力转向装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种电动机驱动电路以及电动动力转向装置。电动机驱动电路具备与构成分压电路的第一分压电阻(R1)一起并联连接于第二截止用MOSFET中的源极-栅极之间的晶体管。在电池被逆连接时，通过该电池的输出，补偿驱动电路导通晶体管，将第二截止用MOSFET中的源极-栅极之间短路。由此，可以防止形成包括电池和逆变电路的闭合电路，可以防止电池的两末端之间短路。

Description

电动机驱动电路以及电动动力转向装置

本发明基于2008年11月4日提交的日本专利申请NO.2008-283278的说明书、附图及摘要，并将其全部内容结合于此作为参考。

技术领域

本发明涉及具备逆变电路的电动机驱动电路以及电动动力转向装置。

背景技术

在具备电动机驱动电路的电动动力转向装置中，在发生不能使用逆变电路的异常时，可以通过转向盘的转向来带动交流电动机转动，从而作为发电机发挥作用以对例如车辆的电池(直流电源)进行充电。这时的转向阻力中包括用于将动能转换为电能以发电的阻力(以下叫做“发电阻力”)。

作为可以排除上述发电阻力的电动机驱动电路，图5表示的电动机驱动电路在连接于直流电源的正电极和逆变电路之间的供电线的中间串联连接有一对切断用MOSFET。以寄生二极管相互反向的方式连接这些切断用MOSFET，可以通过两个寄生二极管而不会流过电流。

可以利用驱动电路来导通截止切断用MOSFET。各驱动电路通过下述形式形成，即：从切断用MOSFET的源极向直流电源的负电极侧顺次排列并串联连接分压电路和驱动用MOSFET，并且将分压电路的输出连接于切断用MOSFET的栅极。

通常控制电路将栅极信号连续赋予给一对驱动用MOSFET而使一对切断用MOSFET一起维持为导通状态，能够在直流电源和逆变电路之间通电。与此相对，当发生不能使用逆变电路的异常时，通过停止向一对驱动用MOSFET赋予栅极信号来将一对切断用MOSFET截止。由此构成为，直流电源和逆变电路之间被切断为不能通电状态，能够从转向阻力中排除交流电动机的发电阻力。

例如，日本特开平11-146558号公报中公开了一种技术，其具备在电源线中间以一对寄生二极管相互反向的方式串联连接了一对MOSFET，通过导通上述一对MOSFET，从而在中间切断电源线而不能通电。

但是，在上述以往的电动机驱动电路中，在直流电源的正负电极错误地逆连接时，通过驱动电路向切断用MOSFET施加栅极电压而导通它们，从而形成包括直流电源和逆变电路的闭合电路。另外，上述闭合电路中如图5中虚线箭头A所示流过短路电流，可以引起直流电流的两末端之间短路的状况。

发明内容

本发明目的之一在于，提供一种能够解决上述问题的电动机驱动电路以及具有该电动机驱动电路的电动动力转向装置。

在本发明一个方式涉及的电动机驱动电路，具备：连接于直流电源的逆变电路；不使用时切断用MOSFET，以一对寄生二极管相互反向的方式串联连接在连接了直流电源和逆变电路的供电线的中部；主驱动电路，它们从各不使用时切断用MOSFET的源极向直流电源的负电极排列并连接分压电路和驱动用MOSFET，并且将分压电路的输出连接于各不使用时切断用MOSFET的栅极而成；控制电路，其通常向驱动用MOSFET赋予栅极信号而将不使用时切断用MOSFET持续维持为导通状态，当不能使用逆变电路的时，通过停止向驱动用MOSFET赋予栅极信号来截止不使用时切断用MOSFET，并且在电动机驱动电路中设置：补偿用开关元件，其与构成分压电路的电阻一起连接在寄生二极管的阳极配置于直流电源的正电极侧的不使用时切断用MOSFET中的源极-栅极之间；以及补偿驱动电路，其被连接于补偿用开关元件和直流电源的负电极，并且当直流电源的正负电极被正常连接时，将补偿用开关元件断开，当直流电源的正负电极被逆连接的异常时，利用该被逆连接的直流电源的输出来接通补偿用开关元件。

与构成分压电路的电阻一起将补偿用开关元件并联连接于在不使用时切断用MOSFET中、相比漏极将源极配置于直流电源的正电极侧的不使用时切断用MOSFET中的基极-栅极之间。另外，当直流电源被逆连接时，通过该直流电源的输出，补偿驱动电路将补偿用开关元件接通来使不使用时切断用MOSFET中的源极-栅极之间短路。由此，不使用时切断用MOSFET被维持为截止。这时也没有形成通过寄生二极管的电流路径。

即，根据上述电动机驱动电路，当直流电源被逆连接时，没有形成包括直流电源和逆变电路的闭合电路，因此可以防止直流电源的两末端之间短路。

上述方式的电动机驱动电路中，包括：升压电路，其将直流电源的作为正电极相对于负电极的电压的第一电压升压为第二电压并能够将其输出；起动电路，其通过起动开关而连接在升压电路中的输出第二电压的第二电压输出部和主驱动电路中的各分压电路之间，控制电路为了导通各不使用时切断用MOSFET，导通起动开关而在各分压电路的两末端之间施加第一电压和第二电压的差分电压，在导通了各不使用时切断用MOSFET后断开起动开关。

在不使用时切断用MOSFET为截止的状态下，如果控制电路导通各驱动电路的驱动用MOSFET并且导通起动开关，则在各分压电路的两末端之间(不使用时切断用MOSFET的源极-栅极之间)施加第一电压和第二电压的差分电压，各不使用时切断用MOSFET导通。在不使用时切断用MOSFET导通后，起动开关断开而不从升压电路输出第二电压，但是通过设置在不使用时切断用MOSFET的源极以及栅极与直流电源的负电极之间的一对主驱动电路，向各不使用时切断用MOSFET赋予栅极信号，因此可以将各不使用时切断用MOSFET维持为导通状态，直到驱动用MOSFET截止为止。

附图说明

本发明的前述和其他特征和优点将从以下参照附图的实施方式的描述中变得清楚，附图中相同标号用来表示相同元件，附图中：

图1是搭载了本发明第一实施方式涉及的电动动力转向装置的车辆的概念图。

图2是电动机驱动装置的电路图。

图3是第二实施方式涉及的电动机驱动装置的电路图。

图4是变形例涉及的电动机驱动装置的电路图。

图5是以往的电动机驱动装置的电路图。

具体实施方式

(第一实施方式)

基于图1以及图2说明本发明的第一实施方式。图1表示搭载了电动动力转向装置11的车辆10。电动动力转向装置11具备在车辆10的左右方向上延伸的转向轮间传动轴13，该转向轮间传动轴13穿过固定于车辆主体10H的筒形壳体15的内部。转向轮间传动轴13的两端部通过转向横拉杆14连接于各转向轮12。

电动动力转向装置11将交流电动机19(具体就是三相交流电动机，以下简称为“电动机19”)作为驱动源。电动机19的定子20被固定在筒形壳体15内，转向轮间传动轴13穿过了转子21的中空部分。在转子21的内面固定的球状螺母22和在转向轮间传动轴13的外面形成的滚珠丝杆部23旋合，如果转子21转动则滚珠丝杆部23直线运动。电动机19具有用于检测转子21的转动位置θ2的转动位置传感器25。

如图1所示，在转向轮间传动轴13的一端部侧形成齿条24，设置于转向轴16的下端部的小齿轮18与该齿条24啮合。在转向轴16的上端部上安装有转向盘17，在转向轴16的中间部上安装有转矩传感器27和转向角传感器26。在转向轮12的附近设置有用于根据其转动速度检测车速v的车速传感器28。

车辆10利用如图2表示的电动机驱动电路40驱动上述电动机19。电动机驱动电路40中的逆变电路41在电池92的正电极和负电极之间形成具备U、V、W相电路(未图示)的三相桥式电路，由电池92的直流输出生成三相交流而施加到电动机19。

在电动机驱动电路40中、连接于电池92的正电极和逆变电路41之间的第一供电线L1的中部设置有切断电路42，切断电路42是串联连接一对切断用MOSFET43、44而构成。一对切断用MOSFET43、44是N沟道型MOSFET，具有寄生二极管43D、44D。一对切断用MOSFET43、44例如使彼此的源极连接，寄生二极管43D、44D相互反向。即，第一切断用MOSFET43的寄生二极管43D的阴极布置于电池92的正电极侧而第二切断用MOSFET44的寄生二极管44D的阴极布置于逆变电路41侧。通过将寄生二极管43D、44D相互反向布置，从而不会形成流经两个寄生二极管43D、44D的电流路径。

在第一供电线L1中电池92的正电极和第一切断用MOSFET43之间具备熔丝45。另外，一对切断用MOSFET43、44的栅极-源极之间分别设置有过电压保护电路46，过电压保护电路46是通过使一对齐纳二极管46Z彼此的正电极连接而构成。

可以利用电动机驱动电路40具备的预驱动电路50导通截止一对切断用MOSFET43、44。预驱动电路50例如具有电荷泵式的升压电路51。升压电路51被连接于第一供电线L1中的、从电池92的正电极和熔丝45的中间分支出的第二供电线L2，通过第二供电线L2的中部具备的点火开关94的接通而导通连接于电池92。另外，通过升压电路51具备的多个电容器(未图示)的重复充放电将电池92的作为正电极相对于负电极的电压的第一电压V1(例如12V)升压至第二电压V2(例如32V)，由此从第二电压输出部51A向下述的一对主驱动电路30输出。

在第二供电线L2中的、点火开关94和电池92的正电极之间设置有熔丝93。另外，点火开关94和升压电路51之间连接有将阴极布置于升压电路51侧的反向电流防止用二极管95。这里，升压电路51也可以使用升压线圈而不限于电荷泵方式。

由通电线L3连接第二供电线L2中的二极管95的阴极侧和第一供电线L1中的第二切断用MOSFET44的漏极侧之间。例如为了即使在第二供电线L2的电源变动时或者因连接器接触不良等引起的电源瞬间断电时也可向预驱动电路50或者控制电路48稳定供应电力而具备通电线L3。即，预驱动电路50或者控制电路48可以从两系统的电源线接受电池92的电力。而且，在通电线L3的中部具备将阴极布置于升压电路51侧的反向电流防止用二极管97，从电池92到逆变电路41若不通过一对切断用MOSFET43、44则不会流过电流。

预驱动电路50具备与一对切断用MOSFET43、44分别对应的一对主驱动电路30。各主驱动电路30从各切断用MOSFET43、44的源极朝向电池92的负电极顺次排列并串联连接分压电路31和驱动用MOSFET32，并且将分压电路31的输出连接于各切断用MOSFET43、44的栅极。

详细而言，各分压电路31在切断用MOSFET43、44的源极和电池92的负电极之间串联连接有第一分压用电阻R1和第二分压用电阻R2，在这些第一分压用电阻R1和第二分压用电阻R2的共同连接部分上连接有切断用MOSFET43、44的栅极。

各驱动用MOSFET32例如是N沟道型的MOSFET，漏极布置于分压电路31侧而源极布置于电池92的负电极侧。另外，驱动用MOSFET32具有寄生二极管32D，其阴极布置于分压电路31侧而阳极布置于电池92的负电极侧。

预驱动电路50具备起动电路55，起动电路55是通过起动用MOSFET52连接在升压电路51的第二电压输出部51A和各分压电路31之间。起动用MOSFET52例如是N沟道型的MOSFET，漏极布置于升压电路51侧而源极布置于分压电路31侧。另外，起动用MOSFET52的寄生二极管52D的阴极布置于升压电路51侧而阳极布置于分压电路31侧。

当上述的驱动用MOSFET32以及起动用MOSFET52一起导通时，没有将栅极信号赋予给切断用MOSFET43、44，切断用MOSFET43、44被维持为截止。

起动用MOSFET52以及驱动用MOSFET32的栅极连接于控制电路48，通过来自控制电路48的栅极信号来导通。另外，如果起动用MOSFET52导通，则第一电压V1和第二电压V2的差分电压(V2-V1)被施加在分压电路31的两末端之间、即一对切断用MOSFET43、44的源极-栅极之间，这些切断用MOSFET43、44导通。

但是，在本实施方式的电动机驱动电路40中具备逆接保护电路70。逆接保护电路70例如由NPN型的晶体管71和补偿驱动电路72构成。晶体管71与构成分压电路31的第一分压用电阻R1一起并联连接在第二切断用MOSFET44的源极-栅极之间。具体而言，构成分压电路31的第一分压用电阻R1的一端连接有集电极而另一端连接有发射极。

补偿驱动电路72连接于晶体管71和电池92的负电极。补偿驱动电路72的构成是在晶体管71的基极、发射极之间连接第一电阻R3并且从基极到电池92的负电极顺次排列并串联连接第二电阻R4和二极管75，并且二极管75的阴极布置于第二电阻R4侧。

本实施方式的构成如上，以下将针对本实施方式的作用效果进行说明。首先，对正确连接了电池92的正负电极的情况进行说明。

如果点火开关94接通则向升压电路51供电，电池92的输出电压从第一电压V1升压至第二电压V2。另外，如果控制电路48向起动用MOSFET52以及驱动用MOSFET32赋予栅极信号而使它们导通，则第一电压V1和第二电压V2的差分电压被施加在分压电路31的两末端之间、即一对切断用MOSFET43、44的源极-栅极之间，切断用MOSFET43、44导通。于是，电池92和逆变电路41之间能够通电，逆变电路41根据电池92的直流输出生成三相交流而赋予给电动机19。另外，可以通过电动机19的助力转矩辅助驾驶员的方向盘转向。

这里，控制电路48在一对切断用MOSFET43、44导通后，导通起动用MOSFET52，另一方面向驱动用MOSFET32持续赋予栅极信息而维持为导通。起动用MOSFET52即使截止，也可通过主驱动电路30向各切断用MOSFET43、44赋予栅极信号，因此一对切断用MOSFET43、44被维持为导通状态。

另外，当正确连接电池92时，晶体管71的基极电压并不比发射极电压高，因此晶体管71被维持为截止而不会使基极电流从基极向发射极流动。即，第二切断用MOSFET44的源极-栅极之间被晶体管71短路而不会截止。另外，通过在补偿驱动电路72上设置二极管75，能够可靠地防止通过补偿驱动电路72的电流的漏电。

在对电动机19的通电中，当陷入逆变电路41不能使用的异常状态时，控制电路48停止向驱动用MOSFET32赋予栅极信号而使它们截止。于是，通过停止向一对切断用MOSFET43、44赋予栅极信号而使其截止。这时，也没有形成通过一对切断用MOSFET43、44的寄生二极管43D、44D的电流路径，因此电池92和逆变电路41之间被断开为不能通电。

在上述状态下对方向盘17进行了转向时，不会将电动机19作为发电机发挥作用而对电池92进行充电，因此可以从方向盘17的转向阻力中排除电动机19的发电阻力。即，可以避免因逆变电路41的不能使用的异常而使转向盘17的转向显著变重这样的状况。

接着，针对电池92的正负电极被逆连接时的作用效果进行说明。如果电池92被逆连接，则一对驱动用MOSFET32的寄生二极管32D导通而使主驱动电路30处于导通状态，并且补偿驱动电路72具备的二极管75导通。

如果二极管75导通，则晶体管71的基极电压比发射极电压高，因此基极电流从基极向发射极流过而使晶体管71导通。即，通过使晶体管71的集电极-发射极之间导通，将第二切断用MOSFET44的源极-栅极之间短路。由此，第二切断用MOSFET44被维持为截止。另外，第二切断用MOSFET44的寄生二极管44D的阴极布置于逆变电路41侧，因此当电池92被逆连接时，寄生二极管44D也截止。即，第二切断用MOSFET44及其寄生二极管44D一起截止，因此不会形成包括被逆连接的电池92、逆变电路41、第一供电线L1的闭合电路。

另外，第二供电线L2上具备反向电流防止用二极管95，因此也不会形成包括被逆连接的电池92、逆变电路41、通电线L3、第二供电线L2的闭合电路。

这样，根据本实施方式的电动机驱动电路40，当电池92被逆连接时，利用包括电池92和逆变电路41的闭合电路，可以防止电池92的两末端之间短路这样的状况。由此，可以防止一对切断用MOSFET43、44因短路电流而被损坏这样的状况。另外，根据本实施方式的电动动力转向装置11，因为具备上述的电动机驱动电路40，因此可以防止电池92被逆连接时的故障。

而且，当电池92被逆连接时，在第一切断用MOSFET43的源极-栅极之间产生电位差，因此第一切断用MOSFET43导通。另外，可以形成包括一对主驱动电路30、晶体管71、第一切断用MOSFET43的闭合电路，但是该闭合电路中包括分压用电阻R1、R2，因此不会发生第一切断用MOSFET43因过电流而损坏。

(第二实施方式)

该第二实施方式在电动机驱动电路40中的逆连接保护电路70为所谓的“电磁继电器”这一点上与上述第一实施方式不同。关于其他的构成与上述第一实施方式相同，因此对相同构成标记相同符号，省略重复的说明。

如图3所示，本实施方式的逆连接保护电路70具备：与分压电路31中的第一分压电阻R1一起并联连接的常态为打开的继电器开关77、从该继电器开关77向电池92的负电极顺次排列并串联连接励磁线圈78和二极管75且将二极管75的阴极布置于励磁线圈78侧的补偿驱动电路79。

当电池92被正常连接时，二极管75截止而在励磁线圈78中没有流过电流，因此继电器开关77被维持为打开(断开)状态。另一方面，在电池92被逆连接时，因二极管75导通而励磁线圈78中流过电流并进行励磁，由此将继电器开关77关闭(接通)，第二切断用MOSFET44的源极-栅极之间短路。

(其他实施方式)

本发明不限于上述实施方式，本发明的技术范围也包括例如如下说明那样的实施方式，并且除此之外在不脱离本发明宗旨的范围内可以实施各种变化。

(1)在上述第一以及第二实施方式中使一对切断用MOSFET43、44彼此的源极连接，但是如图4所示也可以使彼此的漏极连接。另外，与上述第一以及第二实施方式同样，也可针对具有将阳极布置于电池92的正电极侧(阴极布置于逆变电路41侧)的寄生二极管44D的第二切断用MOSFET44设置逆连接保护电路70。

(2)在上述第一以及第二实施方式中作为一对切断用MOSFET43、44使用了N沟道型的MOSFET，但是也可以使用P沟道型MOSFET。

(3)在上述第一实施方式中，也可以在逆连接保护电路70中的晶体管71的集电极和第一分压用电阻R1的一端之间或者晶体管71的发射极和第一分压用电阻R1的另一端之间连接发光二极管或者蜂鸣器，当电池92被逆连接时告知作业者。

(4)在上述第一以及第二实施方式中，表示了将本发明应用于利用滚珠丝杆机构连接筒形电动机19和转向轮间传动轴13的所谓的齿条电动动力转向装置11的例子，但是也可以将本发明适用于利用齿条小齿轮机构而将电动机连接于转向轮间传动轴13的小齿轮电动动力转向装置，还可以将本发明用于在转向轴16的中部齿轮连接了电动机的支柱电动动力转向装置。

Claims (4)

1.一种电动机驱动电路，包括：

逆变电路，其连接于直流电源的正负电极之间；

一对不使用时切断用MOSFET，以一对寄生二极管相互反向的方式串联连接在连接于所述直流电源的正电极和所述逆变电路之间的供电线中；

一对主驱动电路，是从所述各不使用时切断用MOSFET的源极向所述直流电源的负电极顺次排列并串联连接分压电路和驱动用MOSFET，并且将所述分压电路的输出连接于所述各不使用时切断用MOSFET的栅极而构成的；

控制电路，其正常时向所述一对主驱动电路的各自的所述驱动用MOSFET赋予栅极信号而将所述一对不使用时切断用MOSFET维持为导通状态，在发生不能使用所述逆变电路的异常时，通过停止向所述一对主驱动电路的各自的所述驱动用MOSFET赋予栅极信号来使所述一对不使用时切断用MOSFET截止；

补偿用开关元件，其与构成所述分压电路的电阻一起并联连接在所述不使用时切断用MOSFET的所述源极-栅极之间，该不使用时切断用MOSFET是所述寄生二极管的阳极配置于所述直流电源的正电极侧的不使用时切断用MOSFET；以及

补偿驱动电路，其被连接于所述补偿用开关元件和所述直流电源的负电极，当所述直流电源的正负电极被正常连接时，将所述补偿用开关元件断开，当所述直流电源的正负电极被逆连接的异常时，通过该被逆连接的所述直流电源的输出来使所述补偿用开关元件接通。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动电路，其中

所述补偿用开关元件是NPN型晶体管，

在所述晶体管的基极-发射极之间连接第一电阻而在所述基极与所述直流电源的负电极之间连接第二电阻来构成所述补偿驱动电路。

3.根据权利要求2所述的电动机驱动电路，还包括：

升压电路，其能够将所述直流电源的作为正电极相对于负电极的电压的第一电压升压为第二电压并将其输出；

起动电路，其通过起动开关而连接在所述升压电路中的输出所述第二电压的第二电压输出部和所述主驱动电路中的所述各分压电路之间，

其中，所述控制电路为了使所述各不使用时切断用MOSFET导通，而使所述起动开关导通，在所述各分压电路的两末端之间施加所述第一电压和第二电压的差分电压，在使所述各不使用时切断用MOSFET导通之后断开所述起动开关。

4.一种电动动力转向装置，其具有权利要求1至3中任意一项所述的电动机驱动电路，并且具备作为驱动源的交流电动机。

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