CN103633906A - 电机控制装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供电机控制装置。其具有：对在电机中流动的电流Im进行通断控制的H桥电路；驱动H桥电路的驱动电路；生成具有规定的驱动频率和占空比的脉冲信号即进行电机的驱动指示的驱动指示信号Vs的驱动指示信号生成部；构成为包括与电机串联连接的电流检测电阻和比较器并通过比较电机电流Im的电流检测信号Vi与目标值信号Va来输出比较输出信号Vc的电流检测电路；基于驱动指示信号的接通信号Von和比较输出信号来保持电流检测结果的锁存电路；基于接通信号Von和来自锁存电路的锁存输出信号Vr来驱动驱动电路的门电路；以及基于锁存电路的电流检测结果来进行改变驱动指示信号生成部中的驱动指示信号Vs的占空比的控制的控制部。

Description

电机控制装置
技术领域
本发明涉及电机控制装置。
背景技术
作为电机控制装置，例如存在通过控制电机的旋转来进行车辆的电子节流阀控制的结构（例如，参照专利文献1）。
该电机控制装置构成为，在电子节流阀的阀门控制中，通过使用了廉价的微型计算机的数字控制进行阀门的开度控制，通过模拟控制进行设置在需要高响应、高精度的开度控制的小回路（minor loop）中的电机的电流控制，并且通过变频式PWM控制来进行电流控制的PWM控制。
专利文献1：日本特开2000－18069号公报
但是，若为通过变频式PWM控制来进行电流控制的PWM控制的构成，则存在有时在电机驱动控制时驱动频率生成变化而生成刺耳的蜂鸣声等问题。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供电机电流迅速上升并且在移至恒流控制后能够进行恒定周期的电机驱动控制的电机控制装置。
［1］本发明为了实现上述目的而提供一种电机控制装置，其特征在于，具有：H桥电路，其对在电机中流动的电流进行通断控制；驱动电路，其驱动上述H桥电路；驱动指示信号生成部，其生成具有规定的驱动频率和占空比的脉冲信号即进行上述电机的驱动指示的驱动指示信号；电流检测电路，其构成为包括与上述电机串联连接的电流检测用电阻和比较器（Comparator），并通过比较电机电流的电流检测信号与目标值信号来输出比较输出信号；锁存电路，其基于上述驱动指示信号的接通信号和上述比较输出信号来保持电流检测结果；门电路，其基于上述接通信号和来自上述锁存电路的锁存输出信号来驱动上述驱动电路；以及控制部，其基于上述锁存电路的上述电流检测结果来进行改变上述驱动指示信号生成部中的上述驱动指示信号的上述占空比的控制。
［2］也可以是根据上述［1］中记载的电机控制装置，其特征在于，上述控制部在动作开始时将上述占空比设为100％，并基于上述锁存电路中的最初的反转信号将上述占空比改变为小于100％的规定占空比。
［3］另外，也可以是根据上述［1］或者［2］所记载的电机控制装置，其特征在于，上述锁存电路基于从上述电流检测电路输出的锁存打开（latch on）信号和上述驱动指示信号的锁存清除（latch clear）信号来将电平切换为驱动电平或者非驱动电平。
［4］另外，也可以是根据上述［1］～［3］中任意一项所记载的电机控制装置，其特征在于，上述门电路是以上述驱动指示信号的接通信号和上述锁存电路的锁存输出信号为输入的与门电路。
根据本发明，能够提供电机电流迅速上升并且在移至恒流控制后能够进行恒定周期的电机驱动控制的电机控制装置。
附图说明
图1是本发明的实施方式的电机控制装置的整体模块结构图。
图2是本发明的实施方式的电机控制装置的电路结构图。
图3是本发明的实施方式的电机控制装置的电流上升阶段和恒流阶段的主要点的波形图。
图4是本发明的实施方式的电机控制装置的工作流程图。
图5是本发明的实施方式的电机控制装置的恒流阶段的恒流工作时的主要点的波形图。
附图标记说明：
1…电机控制装置；100…H桥电路；110…电机；122、123、124…逻辑信号输入端子；200…驱动电路；300…驱动指示信号生成部；400…电流检测电路；410…电流检测电阻；420…比较器；500…锁存电路；600…门电路；700…目标值信号生成部；800…控制部；Im…电机电流；Va…目标值信号；Vc…比较输出信号；Vclr…锁存清除信号；Vd…驱动信号；Vi…电流检测信号；Voff…截止信号；V on…接通信号；Vr…锁存输出信号；Vron…锁存打开信号；Vs…驱动指示信号。
具体实施方式
（电机控制装置1的整体结构）
图1是本发明的实施方式的电机控制装置的整体模块结构图。图2是本发明的实施方式的电机控制装置的电路结构图。
本发明的实施方式的电机控制装置1大致构成为具有：H桥电路100，其对在电机110中流动的电流Im进行通断控制；驱动电路200，其驱动H桥电路100；驱动指示信号生成部300，其生成具有规定的驱动频率和占空比的脉冲信号即进行电机110的驱动指示的驱动指示信号Vs；电流检测电路400，其构成为包括与电机110串联连接的电流检测电阻410和比较器420，并通过比较电机电流Im的电流检测信号Vi与目标值信号Va来输出比较输出信号Vc；锁存电路500，其基于驱动指示信号Vs的接通信号Von和比较输出信号Vc来保持电流检测结果；门电路600，其基于接通信号Von和来自锁存电路500的锁存输出信号Vr对驱动电路200进行驱动；以及控制部800，其基于锁存电路500的电流检测结果来进行改变驱动指示信号生成部300中的驱动指示信号Vs的占空比的控制。
H桥电路100由4个MOSFET构成，H桥电路100是在FET1与FET3之间和在FET2与FET4之间连接有电机110的电桥。通过将FET1和FET4设为导通、将FET2和FET3设为截止来使电机110正转，相反地，通过将FET1和FET4设为截止、将FET2和FET3设为导通来使电机110反转，并通过这些MOSFET的导通、截止的组合、时序来进行电机110的旋转控制。此外，上述MOSFET的导通、截止的组合、时序使规定的通断信号被输入至驱动电路200和逻辑信号输入端子122、123、124。
驱动电路200的输入侧与门电路600连接，输出侧与H桥电路100连接。基于从门电路600输出的驱动信号Vd来对FET进行通断控制，从而驱动H桥电路100。
驱动指示信号生成部300生成作为PWM（Pulse Width Modulation脉冲宽度调制）信号的进行电机110的驱动指示的驱动指示信号Vs。例如，能够使用微型计算机的PWM功能等生成以恒定间隔反转输出从高电平到低电平的输出的驱动指示信号Vs。作为该输出的驱动指示信号Vs与锁存电路500和门电路600连接。
这里，驱动指示信号生成部300根据控制部800（微型计算机）的指令，在从动作开始时到电流检测信号Vi达到目标值信号Va为止的电流上升阶段将驱动指示信号Vs的占空比设为100％，在检测出锁存电路500中的反转信号以后的恒流阶段，将驱动指示信号Vs的占空比设为小于100％的规定占空（例如，占空比85％）。
电流检测电路400构成为包括与电机110串联连接的电流检测电阻410和比较器420，并通过比较电机电流Im的电流检测信号Vi与目标值信号Va来输出比较输出信号Vc。该电流检测电路400的输出作为比较输出信号Vc而与锁存电路500的输入侧连接。例如，若通过使驱动电路200接通来驱动H桥电路100而使电流在电机110中流动，则在与电机110连接的电流检测电阻410中也流动与电机110中流动的电流相同的电流（Im）。由在电流检测电阻410的电阻Ra中流动电机电流Im在电流检测电阻410的两端生成电流检测信号Vi＝Ra×Im。利用比较器420对电流检测信号Vi和由目标值信号生成部700生成的目标值信号Va进行比较，在目标值信号Va＜电流检测信号Vi时生成比较器420的输出成为低电平的比较输出信号Vc，并向锁存电路500输出使该比较输出信号Vc反转后的锁存打开信号Vron。此外，若在从电流检测电阻410到比较器420之间加入LPF，则能够有望除去由流向电机110的冲击电流等产生的噪声。
锁存电路500基于驱动指示信号Vs和比较输出信号Vc来锁存（保持）电流检测结果。该锁存电路500基于使电流检测电路400的输出即比较输出信号Vc反转后输入的锁存打开信号Vron被设为高电平，基于驱动指示信号Vs的锁存清除信号Vclr被设为低电平。锁存电路500保持比较器420的输出，并使锁存输出信号Vr反转后成为截止信号Voff向门电路600侧输出。此外，将截止信号Voff的初始值设为高电平输出。另外，锁存电路500通过比较器420的锁存打开信号Vron从低电平向高电平的边沿触发而成为保持状态，输出高电平。锁存电路的输出经由非门电路作为截止信号Voff被输入至门电路600（锁存电路：高电平输出＝“截止信号”低电平）。另外，若在保持状态时驱动指示信号Vs被切换为低电平，则作为锁存清除信号Vclr解除锁存电路500的保持状态，输出低电平。即，锁存电路500基于从电流检测电路400输出的锁存打开信号Vron和驱动指示信号Vs的锁存清除信号Vclr来将电平切换为驱动电平或者非驱动电平。锁存电路500的锁存输出信号Vr经由非门电路作为截止信号Voff被输入至门电路600（锁存电路：低电平输出＝“截止信号”高电平）。
门电路600基于驱动指示信号Vs和来自锁存电路500的锁存输出信号Vr对驱动电路200进行驱动。该门电路600是以驱动指示信号Vs的接通信号Von和使锁存电路500的锁存输出信号Vr反转后得到的截止信号Voff为输入的与门电路。在向门电路600输入的接通信号Von和截止信号Voff是高电平时，从门电路600输出高电平，能够经由驱动电路200使H桥电路100的FET1（FET2）导通。
目标值信号生成部700生成指示流向电流检测电路400的目标电流值的目标值信号Va。从该目标值信号生成部700输出的目标值信号Va作为DC电压被输入至电流检测电路400的比较器420。目标值信号Va例如使用利用微型计算机的PWM功能经由LPF转换为DC电压后的信号，但也可以使用微型计算机的D／A转换器输出。
控制部800被设置在从锁存电路500的输出到驱动指示信号生成部300的反馈路径上，通过微型计算机等来改变由驱动指示信号生成部300生成的PWM信号即驱动指示信号Vs的占空比。将从动作开始时到电流检测信号Vi达到目标值信号Va为止设为电流上升阶段，将驱动指示信号Vs的占空比设为100％。另一方面，将检测出锁存电路500中的反转信号以后设为恒流阶段，将驱动指示信号Vs的占空比设为小于100％。该小于100％的占空比例如是占空比85％，但能够将其作为规定恒流阶段中的通断动作的值适当地设定为任意值。
图3是本发明的实施方式的电机控制装置的电流上升阶段和恒流阶段中的主要点的波形图。
驱动指示信号Vs的驱动频率例如是20kHz，是一个周期由接通信号部分（高电平）和锁存清除信号部分（低电平）构成的PWM（PulseWidth Modulation）信号。该驱动指示信号Vs被设定为具有由上述的接通信号部分和锁存清除信号部分所规定的规定占空比的脉冲波形。此外，根据控制部800（微型计算机）的指令，在从动作开始时到电流检测信号Vi达到目标值信号Va为止的电流上升阶段将驱动指示信号Vs的占空比设为100％，在检测出锁存电路500中的反转信号以后的恒流阶段将驱动指示信号Vs的占空比设为小于100％的规定占空比（例如，占空比85％）。
这里，如图3等所示，驱动指示信号Vs由接通信号Von和锁存清除信号Vclr形成一个周期。接通信号Von是驱动指示信号Vs的高电平输出期间。锁存清除信号Vclr是驱动指示信号Vs的低电平输出期间。
驱动信号Vd从门电路600输入至驱动电路200，是对驱动电路200进行通断控制的信号。驱动信号Vd通过驱动指示信号Vs和截止信号Voff的与输出而生成。因此，在驱动指示信号Vs为高电平输入且将锁存输出信号Vr反转后得到的截止信号Voff为高电平输出时，门电路600能够进行高电平输出对驱动电路200进行驱动。
目标值信号Va是指示流向电流检测电路400的目标电流值的DC电压的信号，是比较器420的基准电压（阈值）。通过调整该目标值信号Va，能够控制电机电流Im从而调节电机的稳定旋转速度。
如上所述，电流检测信号Vi是在电流检测电阻410的两端生成的电流检测信号Vi，Vi＝Ra×Im。如图3所示，由于在驱动信号Vd为高电平期间电机电流Im增加，所以在该期间成为目标值信号Va被增大为Max值的波形。
电机电流Im是在驱动信号Vd为高电平期间在由驱动电路200驱动的电机110流动的电流。
比较输出信号Vc通过进行电机电流Im的电流检测信号Vi与目标值信号Va的比较而生成。在比较器420中，在目标值信号Va＜电流检测信号Vi时生成比较器420的输出为低电平的比较输出信号Vc。此外，锁存电路500被输入使该比较输出信号Vc反转后的锁存打开信号Vron。
如在上述的锁存电路500中说明的那样，锁存输出信号Vr基于从电流检测电路400输入的锁存打开信号Vron被设为高电平，基于驱动指示信号Vs的锁存清除信号Vclr被设为低电平。如图3所示，在锁存打开信号Vron的t2的上升沿处被边沿触发而成为高电平，在锁存清除信号Vclr（驱动指示信号Vs的t4的下降沿处）被触发而成为低电平。以下，根据相同的逻辑生成锁存输出信号Vr。
（电机控制装置1的动作）
电机控制装置1的动作由图3所示的电流上升阶段以及恒流阶段构成。在以下，分开来说明在电流上升阶段的动作、在恒流阶段的动作。
（在电流上升阶段的工作）
图4是表示本发明的实施方式的电机控制装置的工作流程图。
若电机控制装置开始工作，则首先在电流上升阶段工作。控制部800从驱动指示信号生成部300输出占空比100％的驱动指示信号Vs（步骤1（S1））。
如图3所示，在驱动指示信号Vs为高电平的状态下，驱动信号Vd成为接通状态，所以驱动电路200驱动H桥电路100使电机110通电。在电流上升阶段，由于驱动指示信号Vs的占空比维持在100％，所以因该通电而生成的电机电流Im、还有由电流检测电阻410检测出的电流检测信号Vi＝Ra×Im持续上升。
在时间t2，若电流检测信号Vi达到目标值信号Va，则比较输出信号Vc成为低电平、锁存输出信号Vr成为高电平。如图1、图2所示，由于锁存电路500被输入使锁存输出信号Vr反转后的截止信号Voff，所以驱动信号Vd成为低电平，从而停止对电机110的通电。
控制部800判断是否已达到目标电流值（步骤2（S2））。在未达到目标电流值的情况下返回到S2反复进行判断。在判断为已达到目标电流值的情况下，进入步骤3。
在已达到目标电流值的情况下、即在如上述说明那样基于锁存电路500的电流检测结果判断出已达到目标电流值的情况下，控制部800使驱动指示信号Vs变为占空比小于100％的PWM信号（步骤3（S3））。
之后，移至基于占空比小于100％的PWM信号的恒流驱动即恒流阶段的工作。
（在恒流阶段的工作）
图5是本发明的实施方式的电机控制装置的恒流阶段中的恒流工作时的主要点的波形图。以下，按照在该图5所示的动作时的主要点的波形图上标注的编号（1）～（12）对恒流阶段的电机控制装置1的工作进行说明。
（1）驱动指示信号Vs成为高电平输出。
（2）驱动信号Vd成为高电平输出（接通信号Von期间），FET1（FET2）导通。
（3）由电机电流Im生成电流检测信号Vi。
（4）在电流检测信号Vi超过目标值信号Va时，锁存打开信号Vron输出高电平。
（5）从锁存电路500反转输出的截止信号Voff成为低电平输出。
（6）由于截止信号Voff为低电平输出，驱动信号Vd被切换为低电平，使FET1（FET2）截止。
（7）由于FET1（FET2）截止，电流检测信号Vi成为0V，所以锁存打开信号Vron被切换为低电平输出。
（8）即使锁存打开信号Vron切换为低电平输出，由于锁存电路500也会持续截止信号Voff的低电平输出。
（9）经过一定期间后，驱动指示信号Vs切换为低电平。（从接通信号Von成为锁存清除信号Vclr。）
（10）在驱动指示信号Vs从高电平到低电平的切换边沿（锁存清除信号Vclr）解除锁存电路500的保持状态（来自锁存电路的截止信号Voff从低电平成为高电平）。
（11）在驱动指示信号Vs为低电平期间（锁存清除信号Vclr期间），驱动信号Vd持续低电平。
（12）经过一定期间后，驱动指示信号Vs切换为高电平（成为接通信号Von）。
之后重复（1）～（12）的动作，利用与由电流检测电路400指定的目标值信号Va对应的电流值对电机110进行恒流驱动。
在上述的动作（4）中，即使在驱动指示信号Vs为接通信号Von期间电流检测信号Vi未达到目标值信号Va的情况下，驱动信号Vd也一定会与驱动指示信号Vs从高电平到低电平的切换边沿同步地成为低电平。由此，与驱动指示信号Vs的驱动频率完全同步地重复电机110的驱动、非驱动。
这是因为只有在驱动指示信号Vs为高电平（接通信号Von）期间，锁存电路500才能够持续接通，如图1、图2所示，是由将驱动指示信号Vs作为锁存电路500的电源来使用的结构所带来的效果。
（本发明的实施方式的效果）
根据如上述那样构成的电机控制装置1，其具有以下的效果。
（1）在电流上升阶段的动作中，控制部800使驱动指示信号生成部300输出占空比100％的驱动指示信号Vs，在电流检测信号Vi达到目标值信号Va之前维持该占空比100％的状态。由此，电机电流Im能够持续上升，所以能够得到电机电流迅速上升的电机控制装置。
（2）在恒流阶段的动作中，即使在驱动指示信号Vs为接通信号Von期间电流检测信号Vi未达到目标值信号Va的情况下，驱动信号Vd也一定会与驱动指示信号Vs从高电平到低电平的切换边沿同步地成为低电平。由此，与驱动指示信号Vs的驱动频率完全同步地重复电机110的驱动、非驱动。由此，能够得到抑制驱动频率的变化并在移至恒流控制后能够进行恒定周期的电机驱动控制的电机控制装置。另外，例如，即使在驱动指示信号Vs为20kHz的情况下，由于不会发生向低频侧的频率偏移、不产生成为可听范围的驱动频率，所以能够抑制产生刺耳的蜂鸣声等。
（3）根据将驱动指示信号Vs作为锁存电路500的电源来使用的结构，仅在驱动指示信号Vs为高电平（接通信号Von）的期间，锁存电路500才持续接通，从而与驱动指示信号Vs的驱动频率完全同步地重复电机110的驱动、非驱动。由此，能够提供能够不取决于电机电流的上升时间地进行恒定周期的电机驱动控制的电机控制装置。
以上，对本发明的实施方式进行了说明，但这些实施方式不过是一个例子，并不限定权利要求书所涉及的发明。这些新的实施方式以及其变形例能够以各种其他的方式来实施，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行各种省略、替换、变更等。另外，在这些实施方式中说明的特征的全部组合未必是为了解决发明的课题的手段中所必须的。并且，这些实施方式及其变形例包含于发明的范围和主旨中，并且包含于与权利要求书所记载的发明均等的范围内。

Claims (4)

1.一种电机控制装置，其特征在于，具有：
H桥电路，其对在电机中流动的电流进行通断控制；
驱动电路，其驱动所述H桥电路；
驱动指示信号生成部，其生成具有规定的驱动频率和占空比的脉冲信号即进行所述电机的驱动指示的驱动指示信号；
电流检测电路，其构成为包括与所述电机串联连接的电流检测用电阻和比较器，并比较电机电流的电流检测信号与目标值信号来输出比较输出信号；
锁存电路，其基于所述驱动指示信号的接通信号和所述比较输出信号来保持电流检测结果；
门电路，其基于所述接通信号和来自所述锁存电路的锁存输出信号来驱动所述驱动电路；以及
控制部，其基于所述锁存电路的所述电流检测结果来进行改变所述驱动指示信号生成部中的所述驱动指示信号的所述占空比的控制。
2.根据权利要求1所述的电机控制装置，其特征在于，
所述控制部在动作开始时将所述占空比设为100％，并基于所述锁存电路中的最初的反转信号将所述占空比改变为小于100％的规定占空比。
3.根据权利要求1或者2所述的电机控制装置，其特征在于，
所述锁存电路基于从所述电流检测电路输出的锁存打开信号和所述驱动指示信号的锁存清除信号来将电平切换为驱动电平或者非驱动电平。
4.根据权利要求1～3中任意一项所述的电机控制装置，其特征在于，
所述门电路是以所述驱动指示信号的接通信号和所述锁存电路的锁存输出信号为输入的与门电路。
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