CN103227608B - 马达控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明得到一种能够使输出电压的输出以稳定的状态停止的马达控制装置。具备：逆变器控制电路，具有将自举电容器的积蓄电荷作为电源进行动作而分别驱动切换元件的多个高压驱动电路、和驱动切换元件的低压驱动电路，将直流电压变换为交流电压而对马达进行驱动控制；运算器，运算对高压驱动电路以及低压驱动电路进行控制的逆变器控制信号；以及开关元件，在进行了使逆变器控制电路的逆变器输出停止的操作时，切断电源。

Description

马达控制装置
技术领域
本发明涉及对马达进行控制的马达控制装置。
背景技术
以往的马达控制装置具有逆变器控制电路，该逆变器控制电路具有3个上臂切换元件（例如，IGBT、MOS－FET）、3个下臂切换元件、与上臂切换元件的栅极连接的高压侧驱动电路、与下臂切换元件的栅极连接的低压侧驱动电路、以及与6个切换元件并联连接的续流二极管。对高压侧驱动电路以及低压侧驱动电路，输入来自微机等控制部的驱动信号，通过高压侧驱动电路以及低压侧驱动电路进行切换元件的ON（接通）、OFF（断开）控制，控制来自上臂切换元件和下臂切换元件的连接点的输出电压。在这样构成的以往的马达控制装置中，在作为逆变器控制电路的电源部的控制IC电源以及自举用电源中使用了共用的电源（例如，参照专利文献1）。
专利文献1：日本特开2010－181110号公报
发明内容
但是，上述专利文献1所示的以往的马达控制装置构成为通过使高压侧驱动电路以及低压侧驱动电路的双方电源、即上述共用的电源切断（使电压降低）而使输出电压的输出停止，所以存在根据切换元件的特性、高压驱动电路以及低压驱动电路的结构，上臂切换元件和下臂切换元件的驱动电压会变得不稳定，输出电压的输出有可能短路这样的问题。
本发明是鉴于上述情况而完成的，其目的在于得到一种马达控制装置，能够使输出电压的输出以稳定的状态停止。
为了解决上述问题并达成目的，本发明提供一种马达控制装置，其特征在于，具备：逆变器控制电路，具有与直流电源的正端子连接的多个上臂切换元件、将自举电容器的积蓄电荷作为电源进行动作而分别驱动各所述上臂切换元件的多个第一驱动电路、与各所述上臂切换元件分别串联连接的多个下臂切换元件、以及驱动各所述下臂切换元件的第二驱动电路，将直流电压变换为交流电压而对马达进行驱动控制；运算器，运算对各所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路进行控制的控制信号；以及开关元件，在进行了使所述控制电路的输出停止的操作时，切断对所述自举电容器进行充电的电源。
根据本发明，从外部仅切断高压侧驱动电路的驱动电源，所以起到能够使输出电压的输出以稳定的状态停止这样的效果。
附图说明
图1是本发明的实施方式1的马达控制装置的结构图。
图2是示出图1所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
图3是本发明的实施方式2的马达控制装置的结构图。
图4是示出图3所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
图5是本发明的实施方式3的马达控制装置的结构图。
图6是示出图5所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
图7是本发明的实施方式4的马达控制装置的结构图。
图8是示出图7所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
附图标记说明
1：直流电源；2、23：GND（接地）；3、4、21、31：电源；5、6、7：逆流防止用整流二极管；8、9、10：自举电容器；11、12、13：高压驱动电路（第一驱动电路）；14：低压驱动电路（第二驱动电路）；15、16、17、18、19、20：切换元件；22、36：开关元件；24：外部开关；25：连接器；26：逆变器控制电路；27：运算器；27a：逆变器控制信号（控制信号）；28：马达；29、32、34、35：电阻器；30：总线IC；33：滤波用电容器；37：外部切断探测电路；37a：来自切断探测电路的信号；38：停止操作检测电路；38a：来自停止操作检测电路的信号；39：切断探测信号。
具体实施方式
以下，基于附图，详细说明本发明的马达控制装置的实施方式。另外，本发明不限于该实施方式。
实施方式1.
图1是本发明的实施方式1的马达控制装置的结构图，图1所示的马达控制装置构成为在进行了外部开关24的切断操作时，切断自举用电源（高压驱动电路11、12、13用的电源3）。图2是示出图1所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
图1所示的马达控制装置构成为作为主要的结构，具有：逆变器控制电路26，对马达28进行驱动；运算器27（例如微机（MCU：Micro Control Unit（微控制单元））），运算作为逆变器控制电路26的控制指令的逆变器控制信号27a；以及开关元件22（例如继电器），用于使来自逆变器控制电路26的逆变器输出停止。
逆变器控制电路26构成为具有：3个切换元件（例如IGBT、MOS－FET）15、16、17，与直流电源1的高电平侧连接；作为栅极驱动电路的高压驱动电路11~13，分别设置于切换元件15~17的栅极；3个切换元件18、19、20，与直流电源1的低电平侧连接；以及作为栅极驱动电路的低压驱动电路14，分别设置于切换元件18~20的栅极。
具有切换元件15和切换元件18的串联电路、具有切换元件16和开关元件19的串联电路、以及具有切换元件17和开关元件20的串联电路分别与直流电源1连接。对各切换元件15~20逆并联连接有续流二极管。3个切换元件15~17和续流二极管构成上臂，3个切换元件18~20和续流二极管构成下臂。切换元件15~17与切换元件18~20之间的连接点形成向马达28的输出端子U、V、W，对各个输出端子连接了U相接线、V相接线、W相接线，U相接线、V相接线、以及W相接线与马达28连接。
对高压驱动电路11~13以及低压驱动电路14供给来自运算器27的逆变器控制信号27a。高压驱动电路11~13以及低压驱动电路14基于逆变器控制信号27a，向对应的切换元件15~20的栅极供给栅极信号，切换元件15~20根据该栅极信号进行切换动作。对逆变器控制电路26施加的直流电压通过该动作被变换为任意频率的三相交流电压而对马达28进行驱动。另外，在直流电源1的低电平侧与运算器27的输出部之间，设置了作为逆变器控制信号27a探测用的电阻的电阻器29。
对下臂用的低压驱动电路14的电源端子供给电源4，对上臂用的高压驱动电路11~13的电源端子供给电源3。在高压驱动电路11与电源3之间设置了逆流防止用的整流二极管5。进而，对整流二极管5与高压驱动电路11的连接端，连接了一端与切换元件15的发射极连接的自举电容器8的另一端。同样地，在高压驱动电路12与电源3之间设置了逆流防止用的整流二极管6，对整流二极管6和高压驱动电路12的连接端，连接了一端与切换元件16的发射极连接的自举电容器9的另一端。另外，在高压驱动电路13与电源3之间设置了逆流防止用的整流二极管7，对整流二极管7和高压驱动电路13的连接端，连接了一端与切换元件17的发射极连接的自举电容器10的另一端。这样，在实施方式1的逆变器控制电路26中，使用自举的方式的驱动电路，在逆变器控制电路26中，切换元件18~20的发射极侧成为基准GND，以使即使在切换元件18~20OFF的状态下也能够驱动的方式，生成高压驱动电路11~13用的电源。即，在切换元件18~20ON时自举电容器8~10被充电，在切换元件18~20OFF时自举电容器8~10中蓄电的电荷被用作高压驱动电路11~13的电源。
接下来，说明开关元件22和外部开关24。对开关元件22的一次侧线圈，施加了以GND23为基准的电源21的电压。对开关元件22的二次侧开关的一端施加了高压驱动电路11~13的电源3，对开关元件22的二次侧开关的另一端施加了低压驱动电路14的电源4。电源21是以与电源3以及电源4绝缘的状态设置的，GND23与成为电源3以及电源4的电压电平的基准的GND2绝缘。外部开关24是设置于马达控制装置的外部，用于用户切断电源3的操作部。外部开关24设置于开关元件22的一次侧线圈的一端与GND23之间，在图1中作为一个例子经由连接器25设置了外部开关24。
使用图2来说明动作。（1）在用户对外部开关24进行了开放操作的情况下，对开关元件22的一次侧线圈施加的电压丧失，开关元件22的二次侧开关成为开放状态而电源3和电源4被分离。此时，对高压驱动电路11、12、13供给的电源3被切断。如果电源3被切断，则自举电容器8~10内的电荷被放电，高压驱动电路11~13不动作。因此，切换元件15~17不会ON。（2）来自运算器27的逆变器控制信号27a输入到逆变器控制电路26，但（3）在电源3和电源4被分离时，以GND2为基准的低压驱动电路14的电源4不被切断，所以切换元件18~20的驱动电压稳定，逆变器控制电路26不会成为不稳定的动作。因此，来自逆变器控制电路26的逆变器输出以稳定的状态维持OFF。
如以上说明，实施方式1的马达控制装置具备：逆变器控制电路26；运算器27，运算对高压驱动电路11~13以及低压驱动电路14进行控制的控制信号（逆变器控制信号27a）；以及开关元件22，在进行了使逆变器控制电路26的逆变器输出停止的操作时，切断对自举电容器8~10进行充电的电源3，该逆变器控制电路26具有：多个上臂切换元件（切换元件15~17），与直流电源1的正端子连接；多个第一驱动电路（高压驱动电路11~13），将自举电容器8~10的积蓄电荷作为电源进行动作，分别驱动各切换元件15~17；多个下臂切换元件（切换元件18~20），与各切换元件15~17分别串联连接；以及第二驱动电路（低压驱动电路14），驱动各切换元件18~20，该逆变器控制电路26将直流电压变换为交流电压而对马达28进行驱动控制，所以即使在外部开关24中进行了切断操作的情况下，低压驱动电路14的电源4也不会被切断，仅切换元件15~17的动作为OFF。结果能够不依赖于切换元件的特性、高压驱动电路以及低压驱动电路的结构，使逆变器输出可靠并且安全地停止。另外，根据实施方式1的马达控制装置，构成为通过设置于马达控制装置的外部的外部开关24进行逆变器输出的停止操作，所以用户能够有意且安全地使逆变器输出停止。
实施方式2.
实施方式1的马达控制装置构成为在操作了外部开关24时通过切断向自举电容器8~10的电源3而使逆变器输出停止。但是，在实施方式1的马达控制装置中，在从电源3被切断的时刻起规定时间的期间，切换元件15~17由于自举电容器8~10内的电荷而不会OFF，所以逆变器输出不会停止。实施方式2的马达控制装置构成为，在操作了外部开关24时通过切断向自举电容器8~10的电源3，并且停止向逆变器控制电路26的逆变器控制信号27a而使逆变器输出停止。以下，对与实施方式1相同的部分附加同一符号而省略其说明，此处仅叙述不同的部分。
图3是本发明的实施方式2的马达控制装置的结构图，图4是示出图3所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
在图3所示的马达控制装置中，在运算器27与逆变器控制电路26之间设置了总线IC30。总线IC30是例如在向－（负）的输入部的输入信号是低（Low）电平时通常输出对其他输入部输入的信号，但在向－（负）的输入部的输入信号变化为高（High）电平的情况下所有输出成为高阻抗的总线IC。对总线IC30的－（负）的输入部，输入作为总线IC30的输入电压范围内的电压值并且表示电源31被切断的切断探测信号39，对总线IC30的其他输入部输入来自运算器27的逆变器控制信号27a。总线IC30的输出部与逆变器控制电路26连接，并对总线IC30的输出部连接电阻器29的一端。
例如，生成上述切断探测信号39的电路包括：开关元件36（例如光耦合器）；电阻器35，连接于开关元件36的一次侧与电源3之间，对开关元件36进行控制；电阻器34，连接于开关元件36的二次侧与总线IC30的输入部（－、即负的输入部）之间；电阻器32，一端与电源31连接，另一端连接于总线IC30的输入部（－、即负的输入部）与电阻器34的连接部；以及滤波用电容器33，一端与电阻器32的另一端连接，另一端与开关元件36的二次侧连接。
使用图4来说明马达控制装置的动作。（1）在用户对外部开关24进行了开放操作的情况下，对开关元件22的一次侧线圈施加的电压丧失，开关元件22的二次侧开关成为开放状态而电源3和电源4被分离。此时，对高压驱动电路11、12、13供给的电源3被切断。（2）在电源3被切断时，对总线IC30的－（负）的输入部输入高电平的信号（切断探测信号39）。（3）此时，总线IC30的输出成为高阻抗，总线IC30的输出被固定为低电平。（4）由此，即使在来自运算器27的逆变器控制信号27a被输入到总线IC30的其他输入部的状态下，根据总线IC30的输出阻抗与电阻器29的分压的关系，对逆变器控制电路26也仅输入低电平的信号。即，成为对逆变器控制电路26不输入逆变器控制信号27a的状态。当假设在对逆变器控制电路26输入的逆变器控制信号27aOFF时切换元件15~20为OFF的情况下，逆变器控制电路26停止逆变器输出。
如以上说明，实施方式2的马达控制装置具备信号控制部（总线IC30），该信号控制部（总线IC30）构成为设置于运算器27与逆变器控制电路26之间，在未输入表示对自举电容器8~10进行充电的电源3被切断的切断探测信号39时将来自运算器27的逆变器控制信号27a输出到逆变器控制电路26，在输入了切断探测信号39时不将来自运算器27的逆变器控制信号27a输出到逆变器控制电路26，所以在电源3被切断时，能够使逆变器输出停止。
实施方式3.
实施方式1的马达控制装置构成为通过切断电源3而使逆变器输出停止，实施方式2的马达控制装置构成为通过探测出电源3被切断，并将输入到逆变器控制电路26的逆变器控制信号27a固定为低电平而将逆变器输出停止。但是，在这样构成的马达控制装置中，即使在电源3被切断了的情况下，来自运算器27的逆变器控制信号27a的输出仍继续。因此，在例如切换元件15~17不OFF，并且总线IC30的输出发生短路故障那样的情况下，在从电源3被切断的时刻起规定时间的期间，切换元件15~17由于自举电容器8~10内的电荷而不会OFF，所以逆变器输出不会停止。实施方式3的马达控制装置构成为即使在这样的情况下也能将逆变器输出停止。以下，对与实施方式2相同的部分附加同一符号而省略其说明，此处仅叙述不同的部分。
图5是本发明的实施方式3的马达控制装置的结构图，图6是示出图5所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
在图5所示的马达控制装置中，在控制逆变器输出的运算器27与电源3之间设置了切断探测电路37。切断探测电路37探测出电源3被切断。在运算器27中设置了取入来自切断探测电路37的信号37a的切断探测端口，运算器27在来自切断探测电路37的信号37a变化为低电平时，探测出电源3被切断而将逆变器控制信号27a的输出固定为低电平。
使用图6来说明马达控制装置的动作。（1）在用户对外部开关24进行了开放操作的情况下，对开关元件22的一次侧线圈施加的电压丧失，开关元件22的二次侧开关成为开放状态而电源3和电源4被分离。此时，对高压驱动电路11、12、13供给的电源3被切断。在电源3被切断时，（2）对总线IC30的－（负）的输入部输入高电平的信号，（3）输入到运算器27的切断探测端口的信号变化为低电平。（4）因此，来自运算器27的逆变器控制信号27a的输出被固定为低电平，结果来自逆变器控制电路26的逆变器输出停止。
如以上说明，实施方式3的马达控制装置具备探测出对自举电容器8~10进行充电的电源3被切断的切断探测电路37，运算器27基于来自切断探测电路37的信号37a探测出电源3被切断，将逆变器控制信号27a的输出固定为低电平，所以即使在电源3被切断时，也能够使逆变器输出停止。
实施方式4.
实施方式1的马达控制装置构成为通过切断电源3而使逆变器输出停止，实施方式2的马达控制装置构成为通过探测出电源3被切断，并将输入到逆变器控制电路26的逆变器控制信号27a固定为低电平而使逆变器输出停止，实施方式3的马达控制装置构成为通过使运算器27探测电源3被切断，将来自运算器27的逆变器控制信号27a固定为低电平而使逆变器输出停止。但是，在这样构成的马达控制装置中，在开关元件22的二次侧开关为短路状态时，即使外部开关24被开放也无法切断电源3，所以无法使逆变器输出停止。实施方式4的马达控制装置构成为即使在这样的情况下也能够使逆变器输出停止。以下，对与实施方式3相同的部分附加同一符号而省略其说明，此处仅叙述不同的部分。
图7是本发明的实施方式4的马达控制装置的结构图，图8是示出图7所示的马达控制装置的动作顺序的时序图。
在图7所示的马达控制装置设置了停止操作检测电路38，该停止操作检测电路38连接于开关22的一次侧线圈与外部开关24的连接部，对进行了使逆变器控制电路26的逆变器输出停止的操作进行检测。该停止操作检测电路38探测例如外部开关24被开放并输出到运算器27。在运算器27设置了取入来自停止操作检测电路38的信号38a的开关开放探测端口，运算器27在来自停止操作检测电路38的信号38a变化为低电平时，探测外部开关24被开放而将逆变器控制信号27a的输出固定为低电平。
使用图8来说明马达控制装置的动作。（1）在用户对外部开关24进行了开放操作的情况下，对开关元件22的一次侧线圈施加的电压丧失。（2）此时，在开关元件22的二次侧开关成为短路状态的情况下无法切断电源3，但（3）通过在停止操作检测电路38中探测外部开关24的开放操作，对运算器27的开关开放探测端口输入的信号变化为低电平。（4）因此，来自运算器27的逆变器控制信号27a的输出被固定为低电平，结果来自逆变器控制电路26的逆变器输出停止。
如以上说明，实施方式4的马达控制装置具备对进行了使逆变器控制电路26的输出停止的操作进行检测的停止操作检测电路38，运算器27基于来自停止操作检测电路38的信号38a，探测进行了使逆变器控制电路26的输出停止的操作，将逆变器控制信号27a的输出固定为低电平，所以即使在开关元件22的二次侧开关为短路状态的情况下，在进行了外部开关24的操作时，也能够使逆变器输出停止。
另外，本发明的实施方式的马达控制装置是示出本发明的内容的一个例子的方案，当然还能够与其他公知的技术组合，还能够在不脱离本发明要点的范围内省略一部分等而变更结构。
产业上的可利用性
如以上那样，本发明能够应用于马达控制装置，特别作为能够使输出电压的输出以稳定的状态停止的发明是有用的。

Claims (4)

1.一种马达控制装置，其特征在于，具备：
逆变器控制电路，具有与直流电源的正端子连接的多个上臂切换元件、将自举电容器的积蓄电荷作为电源进行动作而分别驱动各所述上臂切换元件的多个第一驱动电路、与各所述上臂切换元件分别串联连接的多个下臂切换元件、以及基于与对所述自举电容器进行充电的电源不同的电源来驱动各所述下臂切换元件的第二驱动电路，将直流电压变换为交流电压而对马达进行驱动控制；
运算器，运算对各所述第一驱动电路以及所述第二驱动电路进行控制的控制信号；以及
开关元件，在进行了使所述逆变器控制电路的输出停止的操作时，切断对所述自举电容器进行充电的所述电源。
2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，
还具备信号控制部，该信号控制部设置于所述运算器与所述逆变器控制电路之间，在未输入表示对所述自举电容器进行充电的电源被切断的切断探测信号时，将来自所述运算器的控制信号输出到所述逆变器控制电路；在输入了所述切断探测信号时，不将来自所述运算器的控制信号输出到所述逆变器控制电路。
3.根据权利要求1或者2所述的马达控制装置，其特征在于，
还具备探测对所述自举电容器进行充电的电源被切断的切断探测电路，
所述运算器基于来自所述切断探测电路的信号，探测该电源被切断，将所述控制信号的输出固定为低电平。
4.根据权利要求1或者2所述的马达控制装置，其特征在于，
还具备检测进行了使所述逆变器控制电路的输出停止的操作的停止操作检测电路，
所述运算器基于来自所述停止操作检测电路的信号，探测进行了使所述逆变器控制电路的输出停止的操作，将所述控制信号的输出固定为低电平。
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