CN102684574B - 驱动电路、电机驱动方法及车辆引擎热交换系统 - Google Patents

驱动电路、电机驱动方法及车辆引擎热交换系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及驱动电路、电机驱动方法及车辆引擎热交换系统，所述系统具有冷却风扇模组，所述模组包括两个电机、由两个电机驱动的两个冷却风扇、以及驱动两个电机的驱动电路，所述驱动电路包括：输入端，用于输入包含有两个电机的驱动信息的单个控制信号；脉宽调制驱动单元，该单元与一个电压源连接，包括两个分别与两个电机串联的电子固态开关；以及控制单元，该单元被配置为根据自输入端输入的控制信号，使脉宽调制驱动单元向两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应。本发明实施例中可以较小的电路成本实现对两个电机的独立控制和失效模式分析。

Description

驱动电路、电机驱动方法及车辆引擎热交换系统
技术领域
本发明涉及感性负载的驱动电路和驱动方法，尤其涉及双电机的驱动电路和驱动方法。
背景技术
现有的车辆引擎热交换系统中，其冷却风扇模组可包括由两个电机驱动的两个冷却风扇。
图1部分地示出现有技术中一种可驱动所述两个电机的驱动电路。该驱动电路具有一个电压控制调整装置1，该电压控制调整装置1包括两个分别通过分支14a和14b与电机M1和M2连接的电子调整装置4a和4b。每个电子调整装置4a(4b)与直流电压源2连接，包括输入端8a(8b)、控制单元10a(10b)、及脉宽调制驱动单元6a(6b)。输入端用于输入包含有相应电机的驱动信息(如期望电机转速)的控制信号，控制单元根据从相应输入端输入的控制信号，使相应脉宽调制驱动单元向相应电机施加脉宽调制电压，该脉宽调制电压可自电压源2提供的电压VB产生，其占空比与电机驱动信息对应。每个脉宽调制驱动单元6a(6b)包括一个MOSFET晶体管Q1(Q2)，每个脉宽调制驱动单元与地电平之间串联有一个用于防止电压源2的极性发生反转的装置12a(12b)。每个电机M1(M2)与地电平之间串接有电流检测电阻Rsa(Rsb)，对应每个电机还具有一个放大器(未示出)用于检测并放大流过电流检测电阻的电流所产生的电压。
上述现有技术中，两个电机可由各自的电子调整装置独立控制，电机的电流可由各自的一组电流检测电阻和放大器独立检测，因此，两个电机可完全彼此独立地被控制，但该方案具有电路成本高且电路复杂的缺点。
图2部分地示出现有技术中另一种可驱动两个电机的驱动电路。该驱动电路中具有单个电子调整装置4，两个电机M1和M2并联，并通过单个支路14与电子调整装置4的脉宽调制驱动单元6连接。该脉宽调制驱动单元6中具有单个开关Q，电子调整装置4的控制单元根据自输入端8输入的控制信号，使脉宽调制驱动单元6产生脉宽调制电压，并通过单个支路14向电机M1和M2同时供电。脉宽调制驱动单元6与地电平之间串联有一个用于防止电压源2的极性发生反转的装置12。该驱动电路中只具有一组电流检测电阻Rs和放大器(图中未示出)。该方案中，电路的成本得以下降，但无法彼此独立地控制这两个电机，以及对两个电机分别进行失效模式分析。
发明内容
本发明的一方面提供一种具有冷却风扇模组的车辆引擎热交换系统，所述冷却风扇模组包括两个电机、由所述两个电机驱动的两个冷却风扇、以及驱动所述两个电机的驱动电路，所述驱动电路包括：输入端，用于输入包含有所述两个电机的驱动信息的单个控制信号；脉宽调制驱动单元，该单元与一个电压源连接，包括两个分别与所述两个电机串联的电子固态开关；以及控制单元，该单元被配置为根据自所述输入端输入的控制信号，使所述脉宽调制驱动单元向所述两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应。
本发明的另一方面提供一种可驱动两个感性负载的驱动电路，所述电路包括：输入端，用于输入包含有所述两个负载的驱动信息的单个控制信号；脉宽调制驱动单元，该单元与一个电压源连接，包括两个分别与所述两个负载串联的电子固态开关；以及控制单元，该单元被配置为根据自所述输入端输入的控制信号，使所述脉宽调制驱动单元向所述两个负载施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应。
较佳的，所述感性负载为电机。
较佳的，所述电路还包括：检测单元，用于对所述两个负载进行检测；以及处理单元，用于根据所述检测单元的检测结果进行负载失效模式分析。
较佳的，所述检测单元包括单个用于检测所述两个负载的电流的负载电流检测子单元、和/或两个分别用于检测所述两个负载的电压信号的负载电压检测子单元、和/或两个分别用于检测所述两个电子固态开关的电压信号的开关电压检测子单元。
较佳的，所述负载电流检测子单元包括电流检测电阻，或包括电流检测电阻及放大器。
较佳的，所述处理单元被配置为基于所述检测单元的检测结果向所述控制单元发送至少一个表示使负载运行或停止的控制信号。
本发明的第三方面提供一种电机驱动方法，包括：输入包含有两个电机的驱动信息的单个控制信号；根据所述控制信号，经由两个分别与所述两个电机串联的电子固态开关向所述两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应。
较佳的，所述方法还包括：对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析。
较佳的，对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析包括：检测流过所述两个电机的总电流，若该总电流超过预定的第一电流阈值，则先使两个电机停止运行，再使两个电机相继单独运行一段时间，并判断在相应时间段内流过相应电机的电流是否超出预定的第二电流阈值，若是，则确定相应电机短路。
较佳的，所述电子固态开关为金属氧化物半导体场效应管MOSFET；所述对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析包括：判断至少一个与电机串联的MOSFET的漏-源极电压是否超出预定的电压阈值，若是，则先使两个电机停止运行，再使相应电机单独运行一段时间，并判断在该时间段内流过电机的电流是否超出预定的电流阈值，若是，则确定相应电机短路。
较佳的，对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析包括：使所述两个电机停止运行一段时间；在电机停止运行期间，检测电机是否具有反向电动势，若否，确定相应电机断路。
较佳的，检测流过所述两个电机的总电流，若该总电流超过预定的电流阈值，则降低施加于两个电机的脉宽调制电压以降低电机的电流，直到两个电机的电压之和低至预定的第一电压阈值后，先使两个电机停止运行，再使两个电机相继单独运行一段时间，并判断在相应时间段内相应电机的电压是否低至预定的第二电压阈值，若是，则确定相应电机过载或停转。
本发明所举实施例中，可以较小的电路成本实现对两个电机的独立控制和失效模式分析。
为了能更进一步了解本发明的特征以及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制。
附图说明
图1部分地示出现有技术一种双电机驱动电路；
图2部分地示出现有技术另一种双电机驱动电路；
图3示出依据本发明一实施例的双电机驱动电路；
图4示出本发明实施例中电机短路模式的第一种分析方法的流程图；
图5和图6示出本发明实施例中1电机短路模式的第二种分析方法的流程图；
图7示出本发明实施例中电机断路模式的分析方法流程；
图8示出本发明实施例中电机在不同负载状态下电压与电流之间的关系曲线；
图9示出本发明实施例中电机过载模式分析方法流程。
具体实施方式
下面结合附图，通过对本发明的具体实施方式详细描述，将使本发明的技术方案及其他有益效果显而易见。
图3示出根据本发明一实施例的可驱动两个感性负载(如图中的电机M1和M2)的驱动电路。本实施例一个较佳的应用是具有冷却风扇模组的车辆引擎热交换系统，该冷却风扇模组包括两个电机以及由两个电机驱动的两个冷却风扇。可以理解的，本发明实施例也可用于驱动其他感性负载。
所述驱动电路包括输入端8、脉宽调制驱动单元6、控制单元10、处理单元20、及检测单元；其中，脉宽调制驱动单元6、控制单元10、处理单元20共同形成电压控制调整装置4。
输入端8用于输入包含有两个电机M1和M2的驱动信息的单个控制信号。所述驱动信息例如可以是电机M1和M2的期望供电电压或期望转速等。
脉宽调制驱动单元6与电压源2的正端电连接，包括两个分别通过两个分支14′和14″与两个电机M1和M2串联的电子固态开关Q′和Q″。其中，电压源2可以是一个电池，电子固态开关Q′和Q″可以是金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)。脉宽调制驱动单元6与地电平之间串联有一个用于防止电压源2的极性发生反转的装置12。较佳的，装置12包括一个MOSFET。
控制单元10被配置为根据自输入端8输入的控制信号，使脉宽调制驱动单元6向两个电机M1和M2施加脉宽调制电压，该脉宽调制电压可自电压源2提供的电压VB产生，其占空比与自输入端8输入的控制信号中的电机驱动信息对应，也就是说，会随着控制信号中所包含的电机的期望供电电压或期望转速不同而相应变化。
检测单元用于对两个电机M1和M2进行检测。本实施例中，检测单元包括以下子单元：
1)单个电机电流检测子单元；该子单元用于检测流过电机的电流，包括电流检测电阻Rs及放大器16。电流检测电阻Rs串联于两个电机M1和M2的联结点与地电平之间，放大器16检测并放大流过电流检测电阻Rs的电流所产生的电压，并将检测放大结果提供给处理单元20。
2)两个电机电压检测子单元18′和18″；每个子单元与相应电机的两端连接，检测电机的电压并将检测结果提供给处理单元20。
3)两个开关电压检测子单元22′和22″；本实施例中，每个开关电压检测子单元22′和22″连接到相应的分支14′和14″，提供相应电压信息给处理单元20以获得相应MOSFET的漏-源极电压。
可以理解的，视实际情况需要，在更多实施例中，检测单元也可只包括上述子单元中的部分。
处理单元20用于根据检测单元的检测结果进行电机失效模式分析，包括确定具体的电机失效模式、以及确定两个电机中哪一个失效。本发明实施例中，可将电机失效模式分为几类：电机短路、电机断路、电机过载或停转。下面分别进行描述。
一、电机短路
本实施例中，可通过两种方式分析电机短路模式。
图4示出第一种方式的流程图，其中：
100：处理单元20根据电机电流检测子单元的检测结果判断流过两个电机M1和M2的总电流是否超过预定的第一电流阈值。
102：若超过，处理单元20通过控制单元10使两个电机M1和M2停止运行。
104：控制单元10使脉宽调制驱动单元6仅向电机M1施加脉宽调制电压，使电机M1单独运行一段时间，此时电流检测子单元检测的仅仅是流过电机M1的电流。
106：处理单元20根据电机电流检测子单元的检测结果判断流过电机M1的电流是否超过预定的第二电流阈值，若是，则可确定电机M1短路，否则，电机M1正常。
108：控制单元10使脉宽调制驱动单元6仅向电机M2施加脉宽调制电压，使电机M2单独运行一段时间，此时电流检测子单元检测的仅仅是流过电机M2的电流。
110：处理单元20根据电机电流检测子单元的检测结果判断流过电机M2的电流是否超过预定的第二电流阈值，若是，则可确定电机M2短路，否则，电机M2正常。
上述第一种方式中所述的第二电流阈值可以等于第一电流阈值，也可以小于第一电流阈值。
图5和图6示出第二种方式的流程图，其中图5示出对于电机M1的分析，图6示出对于电机M2的分析。
图5中：
120：处理单元20判断依据开关电压检测子单元22′的检测结果所得到的开关Q′的漏-源极电压是否超出预定的电压阈值。本实施例中，在处理单元20与电压源2之间串接有一个电压检测装置24(如图3中所示)用于检测开关Q′的漏极电压，开关电压检测子单元22′用于检测开关Q′的源极电压。处理单元20获得这两个电压后计算两者之差，得到开关Q′的漏-源极电压，然后与预定的电压阈值进行比较。可以理解的，开关Q′的漏-源极电压可也通过其他方式获得。
122：若超过，处理单元20通过控制单元10使两个电机M1和M2停止运行。
124：控制单元10使脉宽调制驱动单元6仅向电机M1施加脉宽调制电压，使电机M1单独运行一段时间，此时电流检测子单元检测的仅仅是流过电机M1的电流。
126：处理单元20根据电机电流检测子单元的检测结果判断流过电机M1的电流是否超过预定的电流阈值，若是，则可确定电机M1短路，否则，电机M1正常。
图6与图5的流程类似，区别之处在于，图6的128中，处理单元20判断依据开关电压检测子单元22″的检测结果所得到的开关Q″的漏-源极电压是否超出预定的电压阈值，132和134中，仅向电机M2施加电压使电机M2单独运行，进而判断电机M2是否短路。
二、电机断路
参阅图7，本实施例中可通过以下方式分析电机断路模式
150：以较低(如每分钟一次)的频率使两个电机M1和M2停止运行一段时间(如10ms)。可以理解的，可以使两个电机同时停止运行，也可使两个电机相继停止运行。
152：在电机停止运行期间，处理单元20依据电机电压检测子单元18′和18″所检测的相应电机的电压判断电机是否具有反向电动势，若是，确定相应电机正常连接，否则，确定相应电机断路。
三、电机过载或停转
图8示出电机在不同负载状态下电压与电流之间的关系。其中，曲线202、204和206、以及208分别表示电机在正常带载、部分过载、及停转情况下电压与电流之间的关系。最小电流值ISOA min和最大电流值ISOA max之间的区域200是电机的安全运行区域。可以看出，在相同电压下，电机过载(可能导致电机停转)时流过电机的电流较电机正常带载时流过电机的电流大。
参阅图9，可通过以下方式分析电机过载模式。
160：处理单元20根据电机电流检测子单元的检测结果判断流过两个电机M1和M2的总电流是否超过预定的告警阈值。
162：若超过，处理单元20向控制单元10发送控制信号，使脉宽调制驱动单元6降低施加于两个电机的电压，从而降低流过电机的电流。
164：处理单元20依据电机电压检测子单元18′和18″的检测结果判断两个电机的总电压是否降至预定的第一电压阈值。
166：若是，处理单元20通过控制单元10使两个电机M1和M2停止运行。
168：控制单元10使脉宽调制驱动单元6仅向电机M1施加脉宽调制电压，使电机M1单独运行一段时间。
170：处理单元20依据电机电压检测子单元18′的检测结果判断电机M1的电压是否低至预定的第二电压阈值Vlimitation，如是，则可确认电机M1过载，否则，电机M1正常运行。
172：控制单元10使脉宽调制驱动单元6仅向电机M2施加脉宽调制电压，使电机M2单独运行一段时间。
174：处理单元20依据电机电压检测子单元18″的检测结果判断电机M2的电压是否低至第二电压阈值Vlimitation，如是，则可确认电机M2过载，否则，电机M2正常运行。
本实施例中，可使用与上述电机过载模式类似的方法分析电机停转模式，区别之处在于，在电机停转模式的分析过程中，第二电压阈值的取值为比过载模式中的Vlimitation更小的值Vblocked。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种具有冷却风扇模组的车辆引擎热交换系统，所述冷却风扇模组包括两个电机、由所述两个电机驱动的两个冷却风扇、以及驱动所述两个电机的驱动电路，所述驱动电路包括：
输入端，用于输入包含有所述两个电机的驱动信息的单个控制信号；
脉宽调制驱动单元，该单元与一个电压源连接，包括两个分别与所述两个电机串联的电子固态开关；以及
控制单元，该单元被配置为根据自所述输入端输入的控制信号，使所述脉宽调制驱动单元向所述两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应；
检测单元，用于对所述两个电机进行检测；以及
处理单元，用于根据所述检测单元的检测结果进行电机失效模式分析；
所述检测单元检测流过所述两个电机的总电流，若所述处理单元判断该总电流超过预定的第一电流阈值，则所述控制单元先使两个电机停止运行，再使两个电机相继单独运行一段时间，并由所述处理单元判断在相应时间段内流过相应电机的电流是否超出预定的第二电流阈值，若是，则确定相应电机短路。
2.一种可驱动两个感性负载的驱动电路，所述电路包括：
输入端，用于输入包含有所述两个负载的驱动信息的单个控制信号；
脉宽调制驱动单元，该单元与一个电压源连接，包括两个分别与所述两个负载串联的电子固态开关；以及
控制单元，该单元被配置为根据自所述输入端输入的控制信号，使所述脉宽调制驱动单元向所述两个负载施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应；
检测单元，用于对所述两个负载进行检测；以及
处理单元，用于根据所述检测单元的检测结果进行负载失效模式分析；
所述检测单元检测流过所述两个负载的总电流，若所述处理单元判断该总电流超过预定的第一电流阈值，则所述控制单元先使两个负载停止运行，再使两个负载相继单独运行一段时间，并由所述处理单元判断在相应时间段内流过相应负载的电流是否超出预定的第二电流阈值，若是，则确定相应负载短路。
3.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述感性负载为电机。
4.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述检测单元包括单个用于检测所述两个负载的电流的负载电流检测子单元、和/或两个分别用于检测所述两个负载的电压信号的负载电压检测子单元、和/或两个分别用于检测所述两个电子固态开关的电压信号的开关电压检测子单元。
5.如权利要求4所述的驱动电路，其特征在于，所述负载电流检测子单元包括电流检测电阻，或包括电流检测电阻及放大器。
6.如权利要求2所述的驱动电路，其特征在于，所述处理单元被配置为基于所述检测单元的检测结果向所述控制单元发送至少一个表示使负载运行或停止的控制信号。
7.一种电机驱动方法，包括：
输入包含有两个电机的驱动信息的单个控制信号；
根据所述控制信号，经由两个分别与所述两个电机串联的电子固态开关向所述两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应；
对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析，其中包括：
检测流过所述两个电机的总电流，若该总电流超过预定的第一电流阈值，则先使两个电机停止运行，再使两个电机相继单独运行一段时间，并判断在相应时间段内流过相应电机的电流是否超出预定的第二电流阈值，若是，则确定相应电机短路。
8.如权利要求7所述的电机驱动方法，其特征在于，对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析包括：使所述两个电机停止运行一段时间；在电机停止运行期间，检测电机是否具有反向电动势，若否，确定相应电机断路。
9.如权利要求7所述的电机驱动方法，其特征在于，对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析包括：
检测流过所述两个电机的总电流，若该总电流超过预定的告警阈值，则降低施加于两个电机的脉宽调制电压以降低电机的电流，直到两个电机的电压之和低至预定的第一电压阈值后，先使两个电机停止运行，再使两个电机相继单独运行一段时间，并判断在相应时间段内相应电机的电压是否低至预定的第二电压阈值，若是，则确定相应电机过载或停转。
10.一种电机驱动方法，包括：
输入包含有两个电机的驱动信息的单个控制信号；
根据所述控制信号，经由两个分别与所述两个电机串联的电子固态开关向所述两个电机施加脉宽调制电压，所述脉宽调制电压的占空比与所述驱动信息对应；其中，所述电子固态开关为金属氧化物半导体场效应管MOSFET；
对所述两个电机进行检测，并根据检测结果进行电机失效模式分析，其中包括：判断至少一个与电机串联的MOSFET的漏-源极电压是否超出预定的电压阈值，若是，则先使两个电机停止运行，再使相应电机单独运行一段时间，并判断在该时间段内流过电机的电流是否超出预定的电流阈值，若是，则确定相应电机短路。
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