CN101946398A - 电机负载控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种能够抑制电子开关的生热和抑制伴随风扇的旋转和风扇的振动而产生的噪音的电机负载控制装置。设置其中第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)并联连接的开关部(17)，并且通过具有预定占空比和预定频率的PWM信号来驱动第一电子开关(T1)，而在使驱动第一电子开关的该PWM信号延迟了预定时间的情况下来驱动第二电子开关(T2)。结果，与一个电子开关的情况相比，能够减小每个电子开关的发热量，并且能够减小整个装置的辐射程度。此外，能够通过随机改变延迟时间来减小由PWM控制所产生的噪声或振动。

Description

电机负载控制装置
技术领域
本发明涉及一种电机负载控制装置，用于通过PWM控制来致动具有半导体元件的电子开关以及用于驱动连接于该电子开关的负载，并且本发明特别地涉及一种用于抑制噪音、振动或生热的产生的技术。
背景技术
例如，控制安装在车辆中的散热器风扇，使得根据发动机冷却水的温度来控制转数，并且当发动机冷却水的温度低时，为了减少噪声而使转数下降；而当发动机冷却水的温度变高时，为了提升冷却效果而使转数增加(例如，专利参考1)。
图7是示出了用于驱动散热器风扇驱动用电机M1的负载控制电路的传统实例的电路图。如图7所示，电机M1通过诸如MOSFET的电子开关(T101)而连接于蓄电池VB。而且，该负载控制电路包括发动机计算机101、脉冲发生器102以及驱动器103，并且当电机M1根据发动机冷却水的温度的旋转指令信号从发动机计算机101输出到脉冲发生器102时，由该脉冲发生器102产生具有期望占空比的PWM信号。即，当发动机冷却水的温度低时，产生具有短的接通时间(即，低占空比)的PWM信号，而当该发动机冷却水的温度高时，产生具有长的接通时间(即，高占空比)的PWM信号。
然后，驱动器103将由脉冲发生器102产生的PWM信号输出到电子开关(T101)的控制端子(MOSFET情况下的栅极)。
结果，电子开关(T101)通过所供给的PWM信号来执行接通-断开动作，并且将电力供给到电机M1，并且使该电机M1旋转期望的转数。即，根据发动机冷却水的温度来以该转数使电机M1旋转和驱动。
这里，将从脉冲发生器102输出的PWM信号的频率设定为大于人类声频的大约19[KHz]的高频。而且，当将PWM信号的频率设为高时，在电子开关(T101)执行接通-断开动作时在过渡时期产生的发热量变大，因此将该电子开关(T101)存储在具有散热片的单元内部。此外，该散热片被安装在具有良好透气性的位置中。
专利参考1：日本专利公开JP-A-2005-80384
发明内容
本发明要解决的问题
在如上所述的传统的电机负载控制装置中，以大于声频的频率来执行电子开关(T101)的PWM控制，使得该电子开关(T101)的发热量变大。结果，需要使用具有良好抗热性的电子开关并且还需要用于冷却该电子开关的冷却结构，使得产生了使整个装置的尺寸变大以及与该尺寸变大有关的成本增加，以及还限制了接地位置的问题。
为了解决上述问题，可以减小PWM控制的频率，但是由于当使频率减小时，可能由于电扇的旋转上的变化而产生振动或噪声。
已经实施了本发明以解决该传统的问题，并且本发明的目的是提供一种电机负载控制装置，该电机负载控制装置能够抑制电子开关的生热并且进一步抑制与风扇的旋转和风扇的振动有关的噪声的产生。
解决问题的方法
根据本发明的电机负载控制装置是一种用于通过PWM控制将从电源输出的电力供应到电机负载以驱动该电机负载的电机负载控制装置，该电机负载控制装置包括：设置在用于将电源连接于电机负载的电路中的开关部；以及PWM控制部，该PWM控制部通过PWM信号来驱动所述开关部，其中所述开关部包括并联连接的第一电子开关和第二电子开关；并且其中所述PWM控制部通过PWM信号来驱动该第一电子开关而且通过从该PWM信号延迟了预定延迟时间的信号来驱动该第二电子开关。
优选地，所述PWM控制部每一个周期改变所述延迟时间。
优选地，在使电机负载的转数减小的情况下，所述PWM控制部停止驱动第一电子开关并且仅仅驱动第二电子开关。
本发明的优点
在根据本发明的电机负载控制装置中，利用其中多个电子开关并联连接的开关部以预定的占空比来执行电机负载的PWM控制，使得与能够使用一个电子开关和低占空比的情况相比，可以将驱动每个电子开关的频率设定为更低的频率。结果，与现有技术相比，能够使每个电子开关的发热量减少并且能够简化散热结构。
而且，当PWM控制部每一个周期改变延迟时间时，用于控制电机负载的PWM信号的频率随机变化，使得能够转移噪声或振动的共振点并且能够抑制噪声或振动的发生。
而且，当使电机负载的转数减小时，停止驱动第一电子开关，因此能够控制噪声或振动的发生。
附图说明
[图1]图1是示出了根据本发明的第一实施例的电机负载控制装置的构造的电路图。
[图2]图2是示出了依照根据本发明的第一实施例的电机负载控制装置，在占空比100％的电机电流通过的情况下，每个信号的变化的脉冲波形图。
[图3]图3是示出了依照根据本发明的第一实施例的电机负载控制装置，在占空比50％的电机电流通过的情况下，每个信号的变化的脉冲波形图。
[图4]图4是示出了根据本发明的第二实施例的电机负载控制装置的构造的电路图。
[图5]图5是示出了依照根据本发明的第二实施例的电机负载控制装置，在占空比100％的电机电流通过的情况下，每个信号的变化的脉冲波形图。
[图6]图6是示出了依照根据本发明的第二实施例的电机负载控制装置，在占空比50％的电机电流通过的情况下，每个信号的变化的脉冲波形图。
[图7]图7是示出了传统的电机负载控制装置的构造的电路图。
参考标号和符号的说明
11 发动机计算机
12 脉冲发生器
13 延迟电路
14 第一驱动器
15 第二驱动器
16 随机信号发生器
17 开关部
M1 电机
T1 第一电子开关
T2 第二电子开关
VB 蓄电池
具体实施方式
下面将基于附图来描述本发明的各实施例。图1是示出根据本发明的第一实施例的电机负载控制装置的电路图，并且下文中通过将用于驱动安装在车辆中的散热器风扇的电机作为电机负载的一个实例以及将安装在车辆中的蓄电池作为电源的一个实例来给出说明。
如图1所示，根据第一实施例的电机负载控制装置具有设置在电机M1与蓄电池VB之间的开关部17。此外，该电机负载控制装置包括发动机计算机11、连接于该发动机计算机11的脉冲发生器12、设置在该脉冲发生器12的输出侧的延迟电路13、第一驱动器14和第二驱动器15。
开关部17具有由例如彼此并联连接的MOSFET制成的第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)。即，当第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的至少其中之一接通时，从蓄电池VB输出的电力被供给到电机M1。
发动机计算机11控制安装在车辆中的发动机，并且输入利用用于检测发动机冷却水的温度的温度计(未示出)的温度检测信号，并且基于该温度检测信号将电机M1的旋转命令信号输出到脉冲发生器12。
当输入了旋转命令信号时，脉冲发生器12基于该旋转命令信号产生PWM信号。在这种情况下，脉冲发生器12产生具有旋转且驱动电机M1达期望转数所需的占空比的二分之一的占空比的PWM信号。然后，将所产生的PWM信号输出到第一驱动器14和延迟电路13。
延迟电路13使从脉冲发生器12输出的PWM信号延迟预定延迟时间td，并且将延迟的PWM信号输出到第二驱动器15。
然后，第一驱动器14通过从脉冲发生器12输出的PWM信号驱动第一电子开关(T1)，而第二驱动器15通过从脉冲发生器12输出并且被延迟电路13延迟了预定延迟时间td的PWM信号来驱动第二电子开关(T2)。
接下来，将参考图2和图3中所示的脉冲波形图来描述根据包括上述构造的第一实施例的电机负载控制装置的操作。
图2是示出了在以100％的占空比驱动电机M1时每个信号的变化的脉冲波形图，并且图2(a)示出了从脉冲发生器12输出的PWM信号，而图2(b)示出了第一驱动器14的输出信号，并且图2(c)示出了第二驱动器15的输出信号，而图2(d)示出了流经电机M1的电流。
然后，当如图2(a)所示从脉冲发生器12输出这样一个占空比的PWM信号时，该占空比在周期t1(频率1/t1)中接通时间变成t2(t2＞t1/2)，第一驱动器14的输出信号如图2(b)所示变成与从该脉冲发生器12输出的PWM信号相同的信号，而且，第二驱动器15的输出信号如图2(c)所示变成从输出自脉冲发生器12的PWM信号延迟了预定延迟时间td的信号。
因此，第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的至少其中一个一直是接通状态，使得从蓄电池VB输出的电力被一直供应到电机M1，并且流经电机M1的电流如图2(d)所示变成100％占空比的电流。
图3是示出了当以50％的占空比驱动电机M1时每个信号的变化的脉冲波形图，并且图3(a)示出了从脉冲发生器12输出的PWM信号，而图3(b)示出了第一驱动器14的输出信号，而图3(c)示出了第二驱动器15的输出信号，而图3(d)示出了流经电机M1的电流。
然后，当如图3(a)所示从脉冲发生器12输出这样一个占空比的PWM信号时，该占空比在周期t1(频率1/t1)中接通时间变成t2(t2＝t1/4)，第一驱动器14的输出信号如图3(b)所示变成与从该脉冲发生器12输出的PWM信号相同的信号，而且，第二驱动器15的输出信号如图3(c)所示变成其中输出自脉冲发生器12的PWM信号延迟了预定延迟时间td(td＝2*t2)的信号。
因此，第一电子开关(T1)由25％占空比的PWM信号驱动，并且第二电子开关(T2)也由25％占空比的PWM信号驱动，并且每个电子开关(T1)、(T2)的接通的定时不匹配，使得当将流经第一电子开关(T1)的电流增加到流经第二电子开关(T2)的电流时，总计50％占空比的电流流经电机M1。
然后，如从图3所示的脉冲波形图所看到的，每个电子开关(T1)、(T2)的周期是t1，即，驱动频率是(1/t1)，并且流经电机电流的电流的周期是(t1/2)，即频率是(2/t1)，因此以两倍于驱动每个电子开关(T1)、(T2)的频率的频率来驱动电机M1。
因此，当以19[KHz]的频率来驱动电机电流时，能够以9.5[KHz](19[KHz]的一半)的频率来驱动每个电子开关(T1)、(T2)，并且当以50％的占空比驱动电机电流时，能够以25％(50％的一半)的占空比来驱动每个电子开关(T1)、(T2)。
因此，每个电子开关(T1)、(T2)的发热量变成与图7所示的传统电子开关(T101)相比的1/2。结果，电子开关(T1)、(T2)的总的发热量变成等于传统电子开关(T101)的发热量，但是能够使生热消散，使得能够整体上简化散热器结构，并且能够实现整个装置的空间节约和小型化。
接下来，将描述本发明的第二实施例。图4是示出了根据第二实施例的电机负载控制装置的构造的电路图。如图4所示，该第二实施例与图1中的第一实施例的不同之处在于，第二实施例包括随机信号发生器16。由于其它构造与图1中所示的构造相同，因此通过指定相同的数字而省略其构造说明。
随机信号发生器16在每一个从脉冲发生器12输出脉冲信号的周期都输出用于确定延迟电路13中的延迟时间td的改变量设定信号。具体地，随机确定关于周期t1的一半的(t1/2)的改变范围α(“α”包括正的和负的情况)，并且该改变范围α作为改变量设定信号被输出到延迟电路13。
延迟电路13基于从随机信号发生器16输出的改变范围α来确定延迟时间td。即，当将每一个周期所确定的改变范围α设定为α1、α2、α3……时，延迟时间td如(t1/2)+α1、(t1/2)+α2、(t1/2)+α3……所示随机变化。此外，将每个改变范围α1、α2、α3……设定为使得延迟时间td的平均值变成周期t1的二分之一，即，(t1/2)。
接下来，将参考图5和图6所示的脉冲波形图来描述根据第二实施例的电机负载控制装置的动作。
图5是示出了当以100％的占空比驱动电机M1时每个信号的变化的脉冲波形图，并且图5(a)示出了从脉冲发生器12输出的PWM信号，而图5(b)示出了第一驱动器14的输出信号，而图5(c)示出了第二驱动器15的输出信号，而图5(d)示出了流经电机M1的电流。
然后，当如图5(a)所示从脉冲发生器12输出这样一个占空比的PWM信号时，该占空比在周期t1(频率1/t1)中接通时间是t2(t2＞t1/2+α)，第一驱动器14的输出信号如图5(b)所示变成与输出自脉冲发生器12的PWM信号相同的信号。
而且，第二驱动器15的输出信号如图5(c)所示变成从输出自脉冲发生器12的PWM信号延迟了预定延迟时间td的信号。在这种情况下，如上所述将延迟时间td设定为每一个周期改变。因此，从第二驱动器15输出的PWM信号的接通时间t2的发生定时如图5(c)所示每一个周期都改变。
而且，进行设定使得成为t2＞t1/2+α，因此从第一驱动器14和第二驱动器15输出的至少一个PWM信号接通，并且第一电子开关(T1)和第二电子开关(T2)的至少其中一个一直为接通状态。因此，从蓄电池VB输出的电力一直被供应到电机M1，并且流经电机M1的电流如图5(d)所示变成100％占空比的电流。
图6是示出了当以50％的占空比驱动电机M1时每个信号的变化的脉冲波形图，并且图6(a)示出了从脉冲发生器12输出的PWM信号，而图6(b)示出了第一驱动器14的输出信号，而图6(c)示出了第二驱动器15的输出信号，而图6(d)示出了流经电机M1的电流。
然后，当如图6(a)所示从脉冲发生器12输出这样一个占空比的PWM信号时，该占空比在周期t1(频率1/t1)中接通时间是t2(t2＝t1/4)，第一驱动器14的输出信号如图6(b)所示变成与输出自脉冲发生器12的PWM信号相同的信号，并且第二驱动器15的输出信号如图6(c)所示变成其中输出自脉冲发生器12的PWM信号延迟了预定延迟时间td的信号。在这种情况下，将延迟时间td如上所述设定为每一个周期改变。因此，从第二驱动器15输出的PWM信号的接通时间t2的发生定时如图6(c)所示每一个周期都改变。然而，该第二驱动器15的接通时间t2发生在周期t1内，并且被设定为不与第一驱动器14的接通时间t2重叠。
因此，第一电子开关(T1)由25％占空比的PWM信号驱动，但是在另一个第二电子开关(T2)中，接通时间t2不变而延迟时间td改变，使得周期与上述t1不同并且占空比每次都变化。然而，每个电子开关(T1)、(T2)的接通时间不重叠，使得当将流经第一电子开关(T1)的电流增加到流经第二电子开关(T2)的电流时，如图6(d)所示，总计50％占空比的电流流经电机M1。
而且，如从图6(d)所看到的，电机电流接通的定时每一个周期都随机变化。基于此，电机电流波形的周期不是成为(t1/2)，而是利用(t1/2)作为平均值在正侧和负侧上变化。结果，周期(频率)不是常数，并且随着时间变化，使得能够使噪声或振动的共振点转移，并且能够减小噪声或振动的发生。因此，除了上述第一实施例的作用之外，还能够实现即使当PWM信号的频率被设定为低频率时(即使当周期t1增大时)也能够抑制噪声或振动的发生的作用。
接下来，将描述上述第二实施例的修改实例。在上述第二实施例中，当需要减少电机M1的转数的时候，通过缩短在一个周期(t1)期间的接通时间(t2)来处理。即，使在驱动两个电子开关(T1)、(T2)的情况下的总的占空比减小。
现在，当以特定占空比驱动两个电子开关(T1)、(T2)的情况下的接通时间被设定为t21时，该接通时间t21可以设定为1/2，以将该占空比设定为1/2(即，一半)。
这里，即使当维持接通时间t21并且使第一驱动器14或第二驱动器15停止时，也能够使占空比下降为1/2并且能够减少电机M1的转数。此外，当第一驱动器14或第二驱动器15停止时，每个电子开关(T1)、(T2)在一个周期(t1周期)期间的总的接通-断开动作的数目被减半，因此，对于减少射频噪音来说是优异的。
然而，当第一驱动器14或第二驱动器15停止时，在t1周期期间的断开持续时间变长，使得电机M1的旋转上的变化变大。当第二驱动器15停止并且此时仅仅驱动第一驱动器14的时候，电机M1的旋转上的变化具有周期性，但是当第一驱动器14停止而仅仅驱动第二驱动器15的时候，延迟时间td随机变化，使得所述旋转上的变化的周期性会被扰乱，并且能够防止固有噪声或者固有振动的发生。
即，在第二实施例的修改实例中，在减少电机M1的转数的情况下，能够通过停止具有周期性的第一驱动器14并且驱动延迟时间td随机变化的第二驱动器15来抑制在电机M1中发生噪声或者振动。
已经基于图示的实施例在上面描述了本发明的电机负载控制装置，但是本发明并不局限于此，并且每部分的构造都能够用具有类似功能的任何构造来代替。
已经参考具体实施例详细描述了本发明，但是对于本领域技术人员人员显而易见的是，在不脱离本发明的精神和范围的情况下能够做各种改变和修改。
本发明基于2008年2月20日提交的日本专利申请(专利申请No.2008-039080)，并且该专利申请的内容通过引用的方式结合于此。
工业实用性
在抑制生热和抑制噪声或振动的发生方面，本发明是极其有用处的。

Claims (3)

1.一种电机负载控制装置，该电机负载控制装置用于通过PWM控制将输出自电源的电力供应到电机负载从而驱动该电机负载，该电机负载控制装置包括：
开关部，该开关部设置在用于将所述电源连接于所述电机负载的电路中；以及
PWM控制部，该PWM控制部通过PWM信号来驱动所述开关部，
其中，所述开关部包括并联连接的第一电子开关和第二电子开关；并且
其中，所述PWM控制部通过所述PWM信号来驱动所述第一电子开关，而且通过从所述PWM信号延迟了预定一延迟时间的信号来驱动所述第二电子开关。
2.根据权利要求1所述的电机负载控制装置，其中所述PWM控制部每一个周期都改变所述延迟时间。
3.根据权利要求2所述的电机负载控制装置，其中在使所述电机负载的转数减小的情况下，所述PWM控制部停止驱动所述第一电子开关并且仅仅驱动所述第二电子开关。
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