CN104426435B - 马达驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种马达驱动装置，该马达驱动装置能够将指示马达的转速的接口的结构简化。更加具体地说，在改变马达的转速的马达驱动装置中，包括模拟数字转换电路，其输入通过电压值指示马达的转速的速度指令电压；微型计算机，其输入模拟数字转换电路的输出，并生成脉宽随速度指令电压变化的速度指令；信号绝缘部，其将输入与输出之间绝缘并在输入与输出之间传递速度指令；以及驱动电路，其根据从信号绝缘部输出的速度指令生成驱动信号，从而改变马达的转速。

Description

马达驱动装置

技术领域

本发明涉及一种在冷冻橱窗、冰箱中使冷气强制循环的风扇马达等的马达驱动装置。

背景技术

以往，在冷冻橱窗、冰箱等中使冷气强制循环的风扇马达中，需要保持一定的转速、根据库内状态切换转速，还需要根据事先设定的轮廓变换转速。通过马达驱动装置来进行这样的转速控制。关于这种风扇马达，以往提出了各种方案。

并且，从省电、容易控制等观点来看，这种马达驱动装置的驱动对象多为无刷马达。在这种情况下，马达驱动装置通过将整流电路和驱动电路等的向无刷马达提供驱动电流的一部分结构容纳于马达壳体内而构成。

并且，近年来在便利店或者超市中，既有需要集中管理多台橱窗的情况也有需要单独管理橱窗的情况。因此，优选能够分别控制设置于各橱窗的风扇马达的转速，因此，在马达驱动装置中设置有能够从外部控制马达转速的接口。

图7是将具有能够从该外部控制转速的接口的马达驱动装置与驱动对象一起示出的方框图。该马达驱动装置1的驱动对象为三相无刷马达的风扇马达2。在该马达驱动装置1中，将交流100V或者交流200V的商用电源输入到电源电路3，在这里生成动作用直流电源并且提供给各部分。

马达驱动装置1利用脉宽调制信号将速度指令S3从输入装置6输入到控制器8，并且利用驱动器11获取设置于风扇马达2的霍尔元件10A、10B、10C的输出信号。在这里，输入装置6为控制风扇马达2的转速的接口装置。脉宽调制信号为在一定频率的脉冲中通过改变高电压和低电压的比率而传递信号的方法，且用于各种设备。驱动器11根据由控制器8产生的驱动信号，以通过霍尔元件10A-10C的输出信号掌握的当前转速为速度指定S3所指示的转速的方式生成供风扇马达2驱动的三相驱动信号。电源组件(PM)12基于从该驱动器11输出的驱动信号，将风扇马达2的各相U、V、W与从电源电路3输出的直流电源连接，从而驱动风扇马达2。由此，在马达驱动装置1中，以与速度指令对应的转速驱动风扇马达2旋转。另外，马达驱动装置1利用驱动器11检测出如此驱动的风扇马达2的驱动电流，并且以该驱动电流不超过一定的基准值的方式，根据霍尔元件10A-10C的输出信号控制利用电源组件12驱动的时机。在图7所示的结构中，用单点划线区分的霍尔元件10A、10B、10C、驱动器11、电源组件12以及电源电路3的一部分容纳于风扇马达2的马达壳体而被保持。

然而，在像这样设置有能够从外部控制转速的接口的情况下，与该接口相关联的输入装置6需要满足与风扇马达所要求的安全基准相同的安全基准。具体地说，由于风扇马达的驱动系与商用电源连接，因此，需要满足在使用商用电源的情况下的UL等的安全基准。在不采取任何措施的情况下，即使是与速度控制相关联的输入装置6也需要满足该安全基准，并且需要考虑针对触电、雷电冲击波、噪声等的对策。因此存在结构变复杂的问题。

发明内容

鉴于以上问题点，本发明的目的是：与以往相比，将速度控制的接口所涉及的结构简化。

本发明的发明者以如下构思完成了本发明：将输出速度指令的结构与主体装置电绝缘，并且通过微型计算机生成利用与直流电压对应的脉宽调制信号传递的速度指令。

(1)一种改变马达的转速的马达驱动装置，其具有：

模拟数字转换电路，其输入速度指令电压，所述速度指令电压通过电压值指示所述马达的转速；

微型计算机，其根据所述模拟数字转换电路的输出信号生成脉宽随所述速度指令电压变化的速度指令；

信号绝缘部，其将输入与输出之间绝缘，并在所述输入与输出之间传递所述速度指令；以及

驱动电路，其根据从所述信号绝缘部输出的所述速度指令生成驱动信号，从而改变所述马达的转速。

根据(1)，输入速度指令的模拟数字转换电路和微型计算机不需要满足商用电源所要求的安全基准，只要满足更加宽松的安全基准即可。由此，与以往相比，能够进一步简化结构。并且，由于利用微型计算机生成脉宽变化的速度指令，因此能够根据各种特性生成速度指令。

在上述结构中，若所述微型计算机通过以脉宽相对于所述速度指令电压的增大以及减小呈阶梯状变化的方式来生成所述速度指定的话，则能够根据转速呈阶梯状变化的特性控制马达的转速。并且，若所述微型计算机根据滞后特性使所述速度指令的脉宽相对于所述速度指令电压的增大以及减小变化的话，则能够防止转速相对于速度指令电压的微小增减过度变化。其结果是，能够稳定地驱动马达。

并且，在本发明的结构中，通过所述模拟数字转换电路利用多个系统将根据不同的衰减率衰减的所述速度指令电压输出，若由所述微型计算机根据所述速度指令电压选择所述多个系统中的一个生成速度指令的话，则能够在速度指令电压较低的一侧，利用以更高分辨率进行模拟数字转换处理的系统生成速度指令，由此，能够以更高的精度检测速度指令电压来生成速度指令，从而能够更加精确地驱动马达。

并且，在本发明的结构中，若通过所述微型计算机，使脉宽相对于所述速度指令电压的变化逐渐变化而生成所述速度指令的话，则即使在速度指令电压急剧变化的情况下，也能够逐渐改变马达的转速，从而稳定地驱动马达。

由以下的本发明优选实施方式的详细说明，参照附图，可以更清楚地理解本发明的上述及其他特征、要素、步骤、特点和优点。

附图说明

图1是示出本发明的实施方式所涉及的马达驱动装置的方框图。

图2是示出图1中的马达驱动装置的输入装置的连接图。

图3是用于说明图2的输入装置的控制特性的图。

图4是用于说明以滞后特性进行控制的图。

图5是用于说明使转速逐渐变化的控制的图。

图6是用于说明图5的控制的流程图。

图7是示出以往的马达驱动装置的方框图。

具体实施方式

以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。

图1是与图7对比而示出本发明的实施方式所涉及的马达驱动装置的图。该马达驱动装置21在控制器8的上游设置有信号绝缘部22。并且，被输入有速度指令S3的输入装置23通过二级电源，例如通过干电池进行动作，而且还设置有与信号绝缘部22相关的结构。这里，信号绝缘部22为在确保输入装置23与主体装置之间足够的绝缘的基础之上，从输入装置23向主体装置传递速度指令S3的结构，例如，信号绝缘部22由光电耦合器构成。本实施方式的马达驱动装置21除了该信号绝缘部22、输入装置23以及相关结构之外，其他结构与图7所示的马达驱动装置1的结构相同。通过与该信号绝缘部22相关的结构，在该马达驱动装置21中，指示马达的转速的接口和输入速度指示的输入装置23不必满足商用电源所要求的安全基准，只要满足更加宽松的安全基准即可，由此，与以往相比，能够进一步简化结构。

图2是将与该输入装置23相关的结构和该输入装置23一起示出的方框图。输入装置23将电源VCC1(24V)通过二极管D1、排除噪声用电容器C1输入到DC/DC转换器(DC/DC)31，在这里生成逻辑电路的动作用电源(例如为5V)。并且，该输入装置23例如借助可调电阻输入速度指令电压V2，该速度指令电压V2为从该电源VCC1生成的直流电压，且为指示风扇马达2的转速的直流电压，并且该输入装置23向作为由电阻R1、R2构成的第一衰减电路的第一分压电路32和作为由电阻R3、R4构成的第二衰减电路的第二分压电路33输入该速度指令电压V2。

这里，在本实施方式中，速度指令电压V2是利用与电源VCC1对应的0V-24V的直流电压来输入的，第一分压电路32使利用该0V-24V的直流电压输入的速度指令电压V2通过分压而衰减，从而输出为逻辑电路的动作用电源(5V)以下的0V-5V的电压。与此相对，第二分压电路33使输入为0V-24V的直流电压的速度指令电压V2衰减到相当于该第一分压电路32的输出电压范围0V-5V大约两倍的电压范围0V-10V来输出。以下，将从第一分压电路32输出的电压称为高压侧速度指令电压V2H,将从第二分压电路33输出的电压称为低压侧速度指令电压V2L。

输入装置23通过排除噪声用电容器C3将高压侧速度指令电压V2H接地，并且通过二极管D2、D3将正侧以及负侧钳制为+5V、0V，再输入到控制器35。并且，通过排除噪声用电容器C4将低压侧速度指令电压V2L接地，并且通过二极管D4、D5将正侧以及负侧钳制为+5V、0V，再输入到控制器35。由此，输入装置23以如下方式构成：针对低压侧速度指令电压V2L，只将速度指令电压V2的低范围的0V-5V的电压输入到控制器35，从而能够在电压较低的一侧确保充分的分辨率来检测速度指令电压V2。

并且，输入装置23通过由电阻R5、R6构成的分压电路36进行分压，使电源VCC1衰减，从而生成逻辑电路的动作用电源(5V)。输入装置23通过排除噪声用电容器C5将分压电路36的输出电压V3接地，并且通过二极管D6、D7将正侧以及负侧钳制为+5V、0V，再输入到控制器35。

控制器35通过高压侧速度指令电压V2H、低压侧速度指令电压V2L、分压电路36的输出电压V3，生成脉宽随速度指令电压V2相应变化的脉宽调制信号(为速度指令)S3，并利用该脉宽调制信号S3驱动作为信号绝缘部22的光电耦合器。也就是说，信号绝缘部22将光电二极管的阳极经由电阻R8与电源连接，并且向该光电二极管的阴极提供从控制器35输出的脉宽调制信号S3，进而该光电二极管的阴极通过电阻R7上拉至电源。由此，控制器35根据脉宽调制信号S3驱动光电耦合器。只要通过改变脉宽调制信号S3的高电压和低电压的比率，就能够从微型计算机38通过光电耦合器将速度指令传递到控制器8。

信号绝缘部22将接收该光电耦合器的射出光的光电晶体管的输出信号S2输入到控制器8，由此，驱动装置21根据速度指令电压V2改变风扇马达2的转度。

[控制器35的详细结构]

控制器35分别向模拟数字转换电路37H、37L输入高压侧速度指令电压V2H和低压侧速度指令电压V2L,并进行模拟数字转换处理。这里，模拟数字转换电路37H、37L通过将利用阶梯电阻将基准电压分压而生成的多个比较电压分别与高压侧速度指令电压V2H以及低压侧速度指令电压V2L进行比较，并通过处理比较结果来对高压侧速度指令电压V2H、低压侧速度指令电压V2L进行模拟数字转换处理，且分压电路36的输出电压V3适用于提供给该阶梯电阻的基准电压。由此，例如即使速度指令电压V2在因电源电压VCC1的变化而变动的情况下，驱动装置21也能通过与该速度指令电压V2的变化联动地变化的基准电压对高压侧速度指令电压V2H、低压侧速度指令电压V2L进行模拟数字转换处理，例如即使在电源电压VCC1因电池老化而降低的情况下，也能准确地驱动风扇马达2。

在控制器35中，将模拟数字转换电路37H、37L的输出信号输入到微型计算机38。由此，以不同的衰减率衰减的速度指令电压V2经由多个系统输入到微型计算机38。微型计算机38根据速度指令电压V2选择该多个系统中的一个来测算速度指令电压V2。也就是说，微型计算机38通过根据指定的判定基准值判定模拟数字转换电路37H或者37L的输出信号，在速度指令电压V2较低的情况下，将从模拟数字转换电路37L输出的低压侧速度指令电压V2L的模拟数字转换处理结果进行处理并生成脉宽调制信号。与此相对，在速度指令电压V2较高的情况下，将从模拟数字转换电路37H输出的高压侧速度指令电压V2H的模拟数字转换处理结果进行处理并生成脉宽调制信号。由此，在驱动装置21中，使用位数少的模拟数字转换电路37H、37L，在电压低的情况下确保充分的分辨率，并取得速度指令电压V2的模拟数字转换结果，而且能够通过较大的动态范围将速度指令电压V2进行模拟数字转换处理。其结果是，能够通过简易的结构精确地对风扇马达2进行速度控制。

像这样，选择性地处理两个系统的模拟数字转换处理结果并生成脉宽调制信号，如图3所示，微型计算机38以脉宽相对于速度指令电压V2的增大以及减少呈阶梯状变化的方式生成速度指令，由此，如符号L1所示，以转速呈阶梯状变化的方式控制风扇马达2。也就是说，微型计算机38根据判定基准值判定模拟数字转换处理结果，并根据该判定结果切换与风扇马达2的控制相关的目标转速，由此，呈阶梯状地对风扇马达2的转速进行可变控制。由此，驱动装置21能够有效地避免由于连续的转速变化而导致的转速的脉动等，从而稳定地驱动风扇马达2。

并且，如此一来，可以呈阶梯状地改变风扇马达2的转速，根据当时的速度指令电压V2切换可供该呈阶梯状变化的判定基准值，如图4所示，在速度指令电压V2上升时(符号L3)和下降时(符号L2)，切换与转速的切换相关的速度指令电压V2，由此，根据滞后特性使速度指令的脉宽变化。由此，驱动装置21防止了转速过度变化从而稳定地驱动风扇马达2。

并且，微型计算机38在这样的阶梯控制中，如图5的(A)以及5的(B)所示，以减缓速度指令电压V2的剧烈变化的方式，慢慢地改变转速，由此，有效地避免了因转速的剧烈变化而导致的转速过冲和脉动等。也就是说，图6是示出该转速控制所涉及的微型计算机38的处理步骤的流程图。微型计算机38监视由于速度指令电压V2上升而产生的加速指示，在未检测出加速指示的情况下，以与速度指令电压V2对应的转速驱动风扇马达2(步骤SP1-SP2-SP3)

与此相对，若检测出加速的指示，则计算出当时的风扇马达2的转速与根据加速指示所生成的与速度指令电压V2对应的转速之间的转速差，将该转速差除以事先设定的变化时间，并且计算出到达指示的转速为止的每单位时间内的转速增大值(单位时间的速度指令增大参数)。微型计算机38直到转速的控制目标变为与速度指令电压V2对应的转速为止，将计算出的转速增大值反复加算到当前的转速从而更新控制目标，并以该控制目标驱动风扇马达2旋转(步骤SP3-SP6)。这里，变化时间为2分钟左右。另外，在本实施方式中，构成为在减速时通过负载的电阻逐渐减速。

根据以上结构，通过将主体装置与输出速度指令的结构电绝缘，并且利用微型计算机生成与直流电压对应的脉宽调制信号的速度指令，输入速度指令的结构不需要满足商用电源所要求的安全基准，只要满足更加宽松的安全基准即可。由此，与以往相比，能够进一步简化结构。并且，由于利用微型计算机生成脉宽变化的速度指令，因此能够以不同的特性生成速度指令。

并且，此时，由于脉宽以相对于速度指令电压的增大以及减小呈阶梯状变化的方式生成速度指令，因此能够以转速呈阶梯状变化的特性控制马达的转速。

并且，由于通过滞后特性使速度指令的脉宽相对于速度指令电压的增大以及减小而变化，因此能够防止转速相对于速度指令电压的微小增减而导致过度变化，从而稳定地驱动马达。

并且，由于通过多个系统输入并处理以不同的衰减率衰减的速度指令电压，因此在速度指令电压较低的一侧，能够通过以更高的分辨率进行模拟数字转换处理的系统生成速度指令电压，并且能够充分地确保较大的动态范围，从而能够更加精确地驱动马达。

以上对本发明的实施方式优选的具体结构进行了说明，但是在不超过本发明的主旨的范围内，可以对上述实施方式的结构进行各种变更。

也就是说，在上述实施方式中，以通过光电耦合器构成信号绝缘部的情况进行了说明，但是本发明并不限定于此，例如也可通过绝缘变压器等构成信号绝缘部。

并且，在上述实施方式中，利用两个系统对以不同的衰减率衰减的所述速度指令电压进行输入并处理的情况进行了说明，但是本发明并不限定于此，根据需要也可利用三个以上的系统进行输入并处理，在实际使用上能够确保足够的特性的情况下，也可利用一个系统进行输入并处理。

并且，在上述实施方式中，对通过脉宽调制信号传递速度指令的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，例如能够适用于利用频率调制信号等传递速度指令的情况等利用各种信号传递速度指令的情况。

并且，在上述实施方式中，对利用三相无刷马达驱动风扇马达的情况进行了说明，但是本发明并不限于此，能够适用于驱动各种马达的情况。

Claims (4)

1.一种改变马达的转速的马达驱动装置，其包括：

模拟数字转换电路，其输入通过电压值指示所述马达的转速的速度指令电压；

微型计算机，其根据所述模拟数字转换电路的输出信号，生成脉宽随所述速度指令电压变化的速度指令；

信号绝缘部，其将输入与输出之间绝缘，并且在输入与输出之间传递所述速度指令；以及

驱动电路，其根据从所述信号绝缘部输出的所述速度指令生成驱动信号，从而改变所述马达的转速，

所述模拟数字转换电路利用多个系统输出以不同的衰减率衰减的所述速度指令电压，

所述微型计算机根据所述速度指令电压选择所述多个系统中的一个生成所述速度指令。

2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，

所述微型计算机以脉宽相对于所述速度指令电压的增大以及减小呈阶梯状变化的方式生成所述速度指令。

3.根据权利要求2所述的马达驱动装置，

所述微型计算机根据滞后特性使所述速度指令的脉宽相对于所述速度指令电压的增大以及减小而变化。

4.根据权利要求1所述的马达驱动装置，

所述微型计算机使脉宽相对于所述速度指令电压的变化逐渐地变化来生成所述速度指令。