CN105186941A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可容易且准确地检测电动机的异常状态的电动机驱动装置。电动机驱动装置(21)包含：控制电路(100)，产生驱动器控制信号(S10)；驱动电路(200)，根据驱动器控制信号(S10)产生电动机驱动信号(S3)；初始位置检测电路(300)，检测电动机(22)的初始位置；及旋转检测电路(400)，检测电动机(22)的旋转状态。控制电路(100)在电动机(22)开始正常旋转前，反复进行包含初始位置检测、初始转矩施加、及电动机旋转检测的一系列启动处理，在其重复次数达到阈值m(例如m＝5)时强制停止电动机(22)的驱动。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明涉及一种电动机驱动装置。
背景技术
在电动机的启动时或驱动中，在因某种因素(电动机被手压住等)导致电动机成为约束状态(或与其类似的异常状态)的情况下，有电流持续流入特定的相间(从U相到V相等)而导致电动机驱动装置或电动机的破坏的危险。
因此，在现有的电动机驱动装置中，搭载着约束保护电路，当持续规定时间未产生FG(FrequencyGenerator，频率发生器)信号(电动机转速信号)的脉冲时，该约束保护电路会判定电动机为约束状态而强制停止电动机的驱动。
此外，作为与本发明相关的现有技术的一例，可列举专利文献1。
[先前技术文献]
[专利文献]
[专利文献1]日本专利特开2012-70605号公报
发明内容
[发明要解决的问题]
若为以附有传感器的电动机为驱动对象的电动机驱动装置，则可监视由霍尔元件产生的FG信号而实现所述电动机约束保护动作。
另一方面，以无传感器电动机为驱动对象的电动机驱动装置是检测电动机线圈中产生的感应电压而产生FG信号，因此即便电动机为约束状态也有可能因噪声等某些原因使FG信号产生脉冲，难以监视FG信号而准确地施加电动机约束保护。
鉴于由本申请的发明人发现的所述问题点，本发明的目的在于提供一种可容易且准确地检测电动机的异常状态的电动机驱动装置。
[解决问题的技术手段]
为了达成所述目的，本发明的电动机驱动装置构成为包含：控制电路，产生驱动器控制信号；驱动电路，根据所述驱动器控制信号，产生电动机驱动信号；初始位置检测电路，检测电动机的初始位置；及旋转检测电路，检测所述电动机的旋转状态；且所述控制电路在所述电动机开始正常旋转前，反复进行包含初始位置检测、初始转矩施加、及电动机旋转检测的一系列启动处理，在其重复次数达到阈值时强制停止所述电动机的驱动(第一构成)。
此外，在包含第一构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述初始位置检测电路是通过感应传感来检测所述初始位置(第二构成)。
另外，在包含第一或第二构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述旋转检测电路监视电动机线圈中产生的感应电压而检测所述电动机的旋转状态(第三构成)。
另外，在包含第三构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述旋转检测电路根据所述电动机线圈中产生的感应电压而产生各相的零交叉信号，并且根据所述各相的零交叉信号而产生与电动机转速对应的电动机转速信号，且所述控制电路监视所述各相的零交叉信号或所述电动机转速信号，而检测所述电动机的旋转状态是否正常(第四构成)。
另外，在包含第一至第四中任一构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述控制电路在所述电动机的旋转状态变为不正常时再次实施所述启动处理(第五构成)。
另外，在包含第一至第五中任一构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述控制电路在所述启动处理时，反复进行多组所述初始位置检测与所述初始转矩施加后进行所述电动机旋转检测(第六构成)。
另外，本发明的半导体装置构成为：是将包含第一至第六中任一构成的电动机驱动装置集成化而成(第七构成)。
另外，本发明的电子设备构成为包含：包含第七构成的半导体装置；及无传感器电动机，由所述半导体装置驱动(第八构成)。
此外，包含第八构成的电子设备可构成为还包含：数字信号处理器，产生目标转速信号；及PLL电路，通过对从所述数字信号处理器输入的所述目标转速信号与从所述半导体装置输入的电动机转速信号进行相位同步控制，产生加速信号与减速信号，并输出到所述半导体装置(第九构成)。
另外，包含第九构成的电子设备可构成为还包含：第一基板，搭载所述数字信号处理器及所述PLL电路；及第二基板，搭载所述半导体装置及所述无传感器电动机(第十构成)。
[发明效果]
若为本发明的电动机驱动装置，则可容易且准确地检测电动机的异常状态。
附图说明
图1是表示电子设备的整体构成的框图。
图2是表示电动机驱动器IC21的一构成例的框图。
图3是表示启动处理的一例的流程图。
图4是表示启动处理的一例的时序图。
图5是表示电动机约束保护的一例的流程图。
图6是表示电动机约束保护的一例的时序图。
具体实施方式
＜电子设备＞
图1是表示电子设备的整体构成的框图。本构成例的电子设备1包含主基板10及电动机基板20。在主基板10，搭载着数字信号处理器11(以下称DSP[digitalsignalprocessor]11)、及PLL电路12。另一方面，在电动机基板20，搭载着电动机驱动器IC21及无传感器电动机22。
DSP11产生与无传感器电动机22的目标转速对应的目标转速信号S1(频率信号)并输出到PLL电路12。
PLL电路12通过对从DSP11输入的目标转速信号S1与从电动机驱动器IC21输入的电动机转速信号S2(称为FG(FrequencyGenerator，频率发生器)信号的频率信号)进行相位同步控制，产生加速信号SU与减速信号SD并输出到电动机驱动器IC21。更具体来说，PLL电路12在电动机转速信号S2的频率低于目标转速信号S1的频率时(电动机转速低于目标转速时)产生加速信号SU的脉冲，在电动机转速信号S2的频率高于目标转速信号S1的频率时(电动机转速高于目标转速时)产生减速信号SD的脉冲。
电动机驱动器IC21是将成为无传感器电动机22的驱动控制主体的电动机驱动装置集成化而成的半导体装置。电动机驱动器IC21根据从PLL电路12输入的加速信号SU与减速信号SD，产生电动机驱动信号S3，并使用该信号来进行无传感器电动机22的驱动控制。另外，电动机驱动器IC21通过检测电动机线圈中产生的感应电压，来产生与无传感器电动机22的电动机转速对应的电动机转速信号S2，并将该信号输出到PLL电路12。
无传感器电动机22是通过从电动机驱动器IC21输入的电动机驱动信号S3而被驱动。由于无传感器电动机22中不具备霍尔元件，因此在小型化或低成本化的方面有利。
＜电动机驱动器IC＞
图2是表示电动机驱动器IC21的一构成例的框图。在本构成例的电动机驱动器IC21中，作为用来形成电动机驱动装置的电路区块，集成化着控制电路100、驱动电路200、初始位置检测电路300、及旋转检测电路400。
控制电路100接收加速信号SU与减速信号SD的输入，产生驱动器控制信号S10。更具体来说，控制电路100用以下方式产生驱动器控制信号S10：接收加速信号SU的脉冲而提高电动机转速，另一方面，接收减速信号SD的脉冲而降低电动机转速。此外，控制电路100接收初始位置检测信号S20或零交叉信号S30(或者电动机转速信号S2)的输入，进行无传感器电动机22的启动处理或整流处理。另外，控制电路100除接收所述信号以外，还接收各种控制信号S40(温度保护信号或减电压保护信号等)的输入，产生反映这些信号的内容的驱动器控制信号S10。
而且，控制电路100还具备以下功能：在无法正常结束无传感器电动机22的启动处理时，进行电动机约束保护动作。关于该方面，在下文进行详细说明。
驱动电路200根据从控制电路100输入的驱动器控制信号S10，产生3相的电动机驱动信号S3(U、V、W)，并将这些信号输出到无传感器电动机22的各相电动机线圈。
初始位置检测电路300在无传感器电动机22启动时检测无传感器电动机22的初始位置(转子的初始相位)，并产生表示其检测结果的初始位置检测信号S20。此外，作为用来检测无传感器电动机22的初始位置的方法，例如可采用感应传感。当对停止的无传感器电动机22的各相路径(U→V、U→W、V→U、V→W、W→U、W→V共6种模式)分别供给试验电流时，初始位置检测电路300对流入各相路径的电流进行排序，并基于其结果来检测无传感器电动机22的初始位置。此外，可检测流入驱动电路200的汇点电流Isink作为流入各相路径的电流。另外，和无传感器电动机22的正常驱动时一样，试验电流的供给是利用控制电路100及驱动电路200进行。此外，为了防止无传感器电动机22因试验电流而旋转，理想的是试验电流的电流值小于正常驱动时的电流值，另外，理想的是试验电流的供给期间短于正常驱动时的供给期间。
旋转检测电路400分别检测各相的电动机线圈中产生的感应电压的零交叉时序(各相的感应电压与中点电压Vcom的一致时序)，并产生各相的零交叉信号S30(U、V、W)。此外，在零交叉时序的检测期间中，将驱动电路200的各相输出均设为高阻抗状态，以便能观察到电动机线圈中产生的感应电压。
另外，旋转检测电路400根据各相的零交叉信号S30(U、V、W)产生电动机转速信号S2，并将该信号输出到PLL电路12。此外，作为电动机转速信号S2，可选择输出任一相(例如U相)的零交叉信号S30，也可为合成各相的零交叉信号S30(U、V、W)而产生的信号。
＜启动处理＞
图3是表示通过控制电路100实施的启动处理的一例的流程图。当无传感器电动机22的启动处理开始时，首先，在步骤#10中，进行停止的无传感器电动机22的初始位置检测。在采用所述感应传感作为初始位置的检测方法的情况下，在步骤#10中，利用控制电路100及驱动电路200施加试验电流，并利用初始位置检测电路300监视汇点电流Isink。控制电路100通过从初始位置检测电路300接收初始位置检测信号S20的输入，而掌握无传感器电动机22的初始位置。当步骤#10中的初始位置检测结束时，使流程前进到步骤#20。
在步骤#20中，对无传感器电动机22施加与其初始位置对应的初始转矩。此外，当步骤#20中的初始转矩施加结束时，使流程前进到步骤#30。
在步骤#30中，进行无传感器电动机22的旋转检测判定(判定无传感器电动机22的旋转状态是否正常)。例如，控制电路100监视零交叉信号S30(U、V、W)的脉冲频率、或电动机转速信号S2的脉冲频率，在该脉冲频率为规定的阈值以上时，判定无传感器电动机22的旋转状态正常，并将旋转检测信号Sdet(控制电路100的内部信号)切换为高电平(旋转检测时的逻辑电平)。
此外，在步骤#30中做出了“YES”判定(Sdet＝H)的情况下，使流程前进到步骤#40，无传感器电动机22继续旋转。另一方面，在步骤#30中做出了“NO”判定(Sdet＝L)的情况下，使流程返回到步骤#10，反复进行所述一系列启动处理(初始位置检测、初始转矩施加、及旋转检测判定)。
图4是表示通过控制电路100实施的启动处理的一例(正常启动)的时序图，从上起依次描绘着电动机驱动信号S3(U相、V相、W相)、及旋转检测信号Sdet。
时刻t21～t22相当于初始位置检测期间(所述步骤#10)。在该期间中，输出用来对无传感器电动机22的各相路径(共6模式)分别供给试验电流的电动机驱动信号S3(U、V、W)。
时刻t22～t23相当于初始转矩施加期间(所述步骤#20)。在该期间中，输出用来施加与无传感器电动机22的初始位置对应的初始转矩的电动机驱动信号S3(U、V、W)。此外，在本图的示例中，以使驱动电流从U相的电动机线圈朝向W相的电动机线圈的方式，将电动机驱动信号S3中的U相设为高电平，V相设为高阻抗状态，W相设为低电平。
时刻t23～t24相当于电动机旋转检测期间(所述步骤#30)。在该期间中，将驱动电路200的各相输出均设为高阻抗状态,以便能观察到电动机线圈中产生的感应电压。
此外，本图中，例示了在结束一组初始位置检测与初始转矩施加的时点进行电动机旋转检测的构成，但启动处理的顺序并不限定于此，例如，控制电路100也可构成为：在无传感器电动机22的启动处理时，于反复多组初始位置检测与初始转矩施加后进行电动机旋转检测。
在所述一系列启动处理中，通常，如果时刻t21～t22下的初始位置的检测结果准确，那么通过在时刻t22～t23下适当施加初始转矩便使无传感器电动机22开始正常旋转，所以在时刻t23～t24下，判定无传感器电动机22的旋转状态为正常。因此，如果无传感器电动机22未产生任何异常，那么在所述一系列启动处理完成一次时，于时刻t24以后，便进行正常的电动机驱动。
另一方面，如果无传感器电动机22产生了某种异常(电动机约束等)，那么在图3的步骤#30中会做出“NO”判定，因此只要异常未消除，就反复进行多次所述一系列启动处理。
本申请发明人等人着眼于所述行为，得出了可在无传感器电动机22的启动处理持续反复进行了规定次数的时点，判断无传感器电动机22产生了某种异常这一新想法。以下，一边参照附图，一边对基于这种想法的电动机约束保护动作进行详细说明。
＜电动机约束保护动作(异常保护动作)＞
图5是表示电动机约束保护动作的一例的流程图。此外，本流程图是以所述图3(启动处理)为基础。因此，对于与图3相同的步骤#10～#40，适当省略各自的详细说明，这里，对新追加的步骤#5及#50～#80(以粗线强调)进行重点说明。
在本流程图中，在步骤#10中的初始位置检测前，在步骤#5中，进行重复次数REP的初始化(REP＝1)。此外，重复次数REP为“1”，意味着即将开始的一系列启动处理(步骤#10～#30)为“第一次”。此外，在步骤#5中的重复次数初始化结束时，使流程前进到步骤#10。
之后，进行一系列启动处理(步骤#10～#30)的方面与图3相同。但，在本流程图中，在步骤#30中做出“NO”判定的情况下，并非使流程直接返回到步骤#10，而是前进到步骤#60。
在步骤#60中，判定重复次数REP是否达到规定的阈值m(例如m＝5)。即，在步骤#60中，判定所述一系列启动处理(步骤#10～#30)是否反复进行了m次。这里，在做出了“YES”判定的情况下，使流程前进到步骤#70，在做出了“NO”判定的情况下，使流程前进到步骤#80。
在步骤#60做出了“YES”判定的情况下，在步骤#70中，将电动机约束信号Smlp(控制电路100的内部信号)切换为高电平(电动机约束时的逻辑电平)，强制停止无传感器电动机22的驱动。
另一方面，在步骤#60中做出了“NO”判定的情况下，在步骤#80中，使重复次数REP增加一次(REP←REP+1)后，使流程返回到步骤#10。
例如，在无传感器电动机22被约束的情况下，即便赋予适当的初始转矩也无法使无传感器电动机22旋转，因此在步骤#30不会做出“YES(是)”判定，而不会进行至步骤#40(正常旋转)。结果，流程以经由步骤#10～#30、步骤#60、及步骤#80的路径多次重复。而且，在通过总计第m次的启动处理也无法使无传感器电动机22正常旋转时，使流程从步骤#60进行至步骤#70，从而施加电动机约束保护。
这样一来，控制电路100在无传感器电动机22开始正常旋转前，反复进行一系列启动处理(步骤#10～#30)，在其重复次数REP达到阈值m时强制停止无传感器电动机22的驱动。根据本构成，不依赖于电动机转速信号S2的监视结果，根据启动处理的重复次数REP便可容易且准确地进行无传感器电动机22的异常保护(电动机约束保护)。
另外，在本流程图中，在进行至步骤#40(正常旋转)后，也通过步骤#50进行无传感器电动机22的旋转检测。这里，在做出了“YES”判定(Sdet＝H)的情况下，使流程返回到步骤#40而继续无传感器电动机22的正常旋转。另一方面，在做出了“NO(否)”判定(Sdet＝L)的情况下，使流程返回到步骤#5。
即，控制电路100在无传感器电动机22的正常旋转开始后，当无传感器电动机22的旋转状态变得不正常时，将重复次数REP初始化(REP＝1)，并且在无传感器电动机22开始正常旋转前，再次实施所述一系列启动处理(步骤#10～#30)，当其重复次数REP达到阈值m时，强制停止无传感器电动机22的驱动。通过设为这种构成，例如在旋转中的无传感器电动机22被手压住的情况下，也可适当地施加电动机约束保护。
图6是表示电动机约束保护动作的一例(在以手压住无传感器电动机22的状态下想要使其启动的情况)的时序图，从上起依次描绘着电动机驱动信号S3(U相、V相、W相)、旋转检测信号Sdet、重复次数REP、及电动机约束保护信号Smlp。
在时刻t31～t32下，执行第一次启动处理(相当于图4的时刻t21～t24)，但由于无传感器电动机22未正常旋转，因此将旋转检测信号Sdet维持于低电平。结果，时刻t32以后也反复进行与所述相同的启动处理。然后，如果通过总计第m次启动处理(时刻t35～t36)也无法使无传感器电动机22正常旋转，那么在时刻t36将电动机约束信号Smlp提升到高电平(电动机约束时的逻辑电平)，强制停止无传感器电动机22的驱动。
＜其他变化例＞
此外，本说明书中公开的各种技术特征除了所述实施方式以外，还可在不脱离其技术创作的主旨的范围内施加各种变更。即，应认为所述实施方式在所有方面均为例示而并无限制性，应理解本发明的技术范围是由权利要求表示书而并非由所述实施方式的说明表示，且包含与权利要求书均等的意义及范围内所属的所有变更。
[工业上的可利用性]
本发明可利用于所有包含电动机的电子设备。
[符号的说明]
1电子设备
10主基板
11数字信号处理器(DSP)
12PLL电路
20电动机基板
21电动机驱动器IC(电动机驱动装置)
22无传感器电动机
100控制电路
200驱动电路
300初始位置检测电路
400旋转检测电路

Claims (10)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于包含：
控制电路，产生驱动器控制信号；
驱动电路，根据所述驱动器控制信号，产生电动机驱动信号；
初始位置检测电路，检测电动机的初始位置；及
旋转检测电路，检测所述电动机的旋转状态；且
所述控制电路在所述电动机开始正常旋转前，反复进行包含初始位置检测、初始转矩施加、及电动机旋转检测的一系列启动处理，在其重复次数达到阈值时强制停止所述电动机的驱动。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述初始位置检测电路是通过感应传感来检测所述初始位置。
3.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述旋转检测电路监视电动机线圈中产生的感应电压而检测所述电动机的旋转状态。
4.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于：
所述旋转检测电路根据所述电动机线圈中产生的感应电压而产生各相的零交叉信号，并且根据所述各相的零交叉信号而产生与电动机转速对应的电动机转速信号，且
所述控制电路监视所述各相的零交叉信号或所述电动机转速信号，而检测所述电动机的旋转状态是否正常。
5.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述控制电路在所述电动机的旋转状态变为不正常时再次实施所述启动处理。
6.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述控制电路在所述启动处理时，反复进行多组所述初始位置检测与所述初始转矩施加后进行所述电动机旋转检测。
7.一种半导体装置，是将根据权利要求1所述的电动机驱动装置集成化而成。
8.一种电子设备，包含：
根据权利要求7所述的半导体装置；及
无传感器电动机，由所述半导体装置驱动。
9.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于还包含：
数字信号处理器，产生目标转速信号；及
PLL[phaselockedloop]电路，通过对从所述数字信号处理器输入的所述目标转速信号与从所述半导体装置输入的电动机转速信号进行相位同步控制，产生加速信号与减速信号并输出到所述半导体装置。
10.根据权利要求9所述的电子设备，其特征在于还包含：
第一基板，搭载所述数字信号处理器及所述PLL电路；及
第二基板，搭载所述半导体装置及所述无传感器电动机。
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