CN105305891A - 电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种无须追加信号线便可判定电动机是否稳定旋转的电动机驱动装置。电动机驱动装置(21)包含：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)；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)；及锁相判定电路(500)，监视加速信号(SU)与减速信号(SD)的输入模式，判定电动机转速是否稳定在所期望的目标转速。

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

使用设置在电动机驱动器IC外部的PLL[phaselockedloop，锁相环路]电路，进行用来使电动机转速符合所期望的目标转速的相位同步控制(PLL控制)的应用中，存在只从PLL电路对电动机驱动器IC(IntegratedCircuit，集成电路)施加加速信号与减速信号的情况。

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。

[背景技术文献]

[专利文献]

[专利文献1]日本专利特开2012-120338号公报

发明内容

[发明要解决的问题]

在所述应用中，在电动机驱动器IC侧需要了解电动机是否稳定旋转(例如，电动机转速达到目标转速的时序、或电动机转速偏离目标转速的时序)的情况下，需要从PLL电路对电动机驱动器IC赋予锁相信号(表示电动机转速与目标转速是否一致的信号)。

然而，为了从PLL电路对电动机驱动器IC赋予锁相信号，必须追加信号线，因此导致零件件数的增大或基板面积的大型化。另外，视连接PLL电路与电动机驱动器IC的接口的规格不同，也可能存在本身追加信号线就不现实的情况。

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无须追加信号线便可判定电动机是否稳定旋转的电动机驱动装置。

[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，接收加速信号与减速信号的输入，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；及锁相判定电路，监视所述加速信号与所述减速信号的输入模式，判定电动机转速是否稳定在所期望的目标转速(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：所述锁相判定电路为了监视所述输入模式，分别对所述加速信号的连续输入次数与所述减速信号的连续输入次数进行计数(第二构成)。

另外，在包含第二构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述锁相判定电路在连续检测到所述加速信号的脉冲边沿x次后，连续检测到所述减速信号的脉冲边沿y次，且之后连续检测到所述加速信号的脉冲边沿z次时，判定所述电动机转速达到所述目标转速而将锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平(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：所述锁相判定电路在判定所述电动机转速达到所述目标转速后，经过规定的延迟时间后将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平(第四构成)。

另外，在包含第三或第四构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述锁相判定电路在判定所述电动机转速达到所述目标转速后，于确认电动机转速信号稳定后将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平(第五构成)。

另外，在包含第三至第五中任一构成的电动机驱动装置中，可构成为：所述锁相判定电路在将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平后，在连续检测到所述加速信号或所述减速信号的脉冲边沿a次时，判定所述电动机转速偏离所述目标转速而将所述锁相判定信号切换为锁相解除时的逻辑电平(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；数字信号处理器，产生目标转速信号；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；及电动机，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电动机(第九构成)。

另外，包含第八或第九构成的电子设备可构成为：所述电动机为无传感器电动机(第十构成)。

[发明效果]

若为本发明的电动机驱动装置，那么无须追加信号线便可判定电动机是否稳定旋转。

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是表示锁相判定的第一例的时序图。

图4是表示锁相判定的第二例的时序图。

图5是表示锁相判定的第三例的时序图。

图6是表示锁相解除判定的一例的时序图。

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、旋转检测电路400、及锁相判定电路500。

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：根据从锁相判定电路500输入的锁相判定信号S50，切换动作模式(例如加速模式与定速模式)。在安装这种动作模式的切换功能的情况下，为了避免不同步等不适当的驱动，而必须准确地了解无传感器电动机22是否稳定旋转(例如电动机转速达到目标转速的时序、或电动机转速偏离目标转速的时序)。

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。

锁相判定电路500是如下电路区块：监视加速信号SU与减速信号SD的输入模式而判定电动机转速是否稳定在所期望的目标转速，并将该判定结果作为锁相判定信号S50输出到控制电路100，且所述锁相判定电路500包含计数器部510a及510b与判定部520。

计数器部510a对加速信号SU的连续输入次数进行计数，并将其结果作为计数器信号S51a输出到判定部520。例如，计数器部510a在连续检测到加速信号SU的脉冲边沿规定的阈值次数(相当于下述x次、z次或者a次)时，将计数器信号S51a从低电平切换为高电平。此外，所述阈值次数的切换控制或计数器信号S51a的重置控制均通过从判定部520输入的控制信号S52a来实施。

计数器部510b对减速信号SD的连续输入次数进行计数，并将其结果作为计数器信号S51b输出到判定部520。例如，计数器部510b在连续检测到减速信号SD的脉冲边沿规定的阈值次数(下述相当于y次或a次)时，将计数器信号S51b从低电平切换为高电平。此外，所述阈值次数的切换控制或计数器信号S51b的重置控制均通过从判定部520输入的控制信号S52b来实施。

这样一来，锁相判定电路500成为如下构成：为了监视加速信号SU与减速信号SD的输入模式，对加速信号SU的连续输入次数与减速信号SD的连续输入次数分别进行计数。

判定部520接收计数器信号S51a及S51b的输入而监视加速信号SU与减速信号SD的输入模式，并根据该输入模式是否符合规定的锁相判定用模式(下文详述)，判定电动机转速是否稳定在目标转速。此外，判定部520所产生的锁相判定信号S50例如在电动机转速稳定在目标转速时成为高电平(锁相时的逻辑电平)，在电动机转速偏离目标转速时成为低电平(锁相解除时的逻辑电平)。

若为本构成例的电动机驱动器IC21，不用从PLL电路12接收锁相信号的输入，只要通过监视加速信号SU与减速信号SD的输入模式，便可判定无传感器电动机22是否稳定旋转，因此不会导致伴随追加信号线的零件件数的增大或基板面积的大型化。

另外，若为本构成例的电动机驱动器IC21，则无须变更连接主基板10与电动机基板20的接口的规格，因此，与现有系统的亲和性(适应性)可以说非常高。

此外，在本构成例的电动机驱动器IC21中，为了方便说明，描写为锁相判定电路500是利用多个硬件(计数器部510a及510b与判定部520)形成，但锁相判定电路500的安装方法并不限定于此，例如也可通过使用逻辑电路的数字处理来以软件的形式安装锁相判定电路500。

＜锁相判定＞

图3是表示锁相判定的第一例的时序图，从上起依次描绘着加速信号SU、减速信号SD、电动机转速信号S2、锁相判定信号S50、及电动机转速Rm。

如上所述，锁相判定电路500(更准确来说为判定部520)根据加速信号SU与减速信号SD的输入模式是否符合规定的锁相判定用模式，来判定电动机转速是否稳定在目标转速，并切换锁相判定信号S50的逻辑电平。

这里，本申请的发明人经锐意研究后发现，在无传感器电动机22驱动开始后，到电动机转速Rm达到目标转速而稳定前，会依次出现(1)加速信号SU的连续输入(最初的加速期间)、(2)减速信号SD的连续输入(伴随电动机转速Rm的超调的减速期间)、(3)加速信号SU的连续输入(伴随电动机转速Rm的负调的再加速期间)这一规则的输入模式，从而想到了利用该输入模式的锁相判定用模式。

结合本图的示例具体叙述，锁相判定电路500在时刻t11开始无传感器电动机22的驱动后，在时刻t12连续检测到加速信号SU的脉冲边沿x次(例如五次)，在时刻t13连续检测到减速信号SD的脉冲边沿y次(例如三次)，且之后于在时刻t14连续检测到加速信号SU的脉冲边沿z次(例如一次)的时点，判定电动机转速Rm达到目标转速，将锁相判定信号S50切换为高电平(锁相时的逻辑电平)。此外，连续输入次数(x次、y次、z次)彼此间，x、y、z≧1的关系成立，在本说明书中，也不容许“连续一次”这种不自然的表达。

通过进行这种锁相判定，可以在电动机驱动器IC21侧容易且准确地了解锁相时序(电动机转速Rm达到目标转速的时序)，从而可利用控制电路100适当地实施动作模式的切换控制等。

此外，对于加速信号SU与减速信号SD的连续输入次数(x次、y次、z次)，理想的是储存在可从电动机驱动器IC21的外部任意重写数据的非易失性存储器中。通过设为这种构成，而可根据无传感器电动机22的特性等优化锁相判定用模式。

另外，对于锁相判定用模式本身，也考虑根据无传感器电动机22的特性等而进行各种变化。例如，也可在所述(1)～(3)所示的连续输入后，进一步(4)在检测到减速信号SD的连续输入的时点，判定为锁相。另外，例如也可利用锁相判定电路500只监视加速信号SU的连续输入次数，在其从x次(例如五次)减少到z次(例如一次)的时点，判定为锁相。

图4是表示锁相判定的第二例的时序图，与所述图3同样地，从上起依次描绘着加速信号SU、减速信号SD、电动机转速信号S2、锁相判定信号S50、及电动机转速Rm。

在本图的第二例中，与所述第一例(图3)几乎相同，锁相判定电路500在时刻t14判定电动机转速Rm达到目标转速后，在时刻t15于经过规定的延迟时间T1后将锁相判定信号S50切换为高电平(锁相时的逻辑电平)。通过设为这种构成，可以在电动机转速Rm充分稳定后使锁相判定信号S50上升至高电平，因此可提高锁相判定信号S50的可靠性。

图5是表示锁相判定的第三例的时序图，与所述图3或图4同样地，从上起依次描绘着加速信号SU、减速信号SD、电动机转速信号S2、锁相判定信号S50、及电动机转速Rm。

本图的第三例与所述第二例(图4)几乎相同，锁相判定电路500在时刻t14判定电动机转速Rm达到目标转速后，在时刻t15经过规定的延迟时间T1，而且，于在时刻t15确认到电动机转速信号S2稳定(例如电动机转速信号S2的脉冲频率f的偏差缩小至规定范围内)的时点，将锁相判定信号S50切换为高电平(锁相时的逻辑电平)。通过设为这种构成，可以在多方面地确认电动机转速Rm稳定后使锁相判定信号S50上升到高电平，因此可进一步提高锁相判定信号S50的可靠性。

＜锁相解除＞

图6是表示锁相解除判定的一例的时序图。此外，在本图(A)～(C)栏中，分别从上起依次描绘着加速信号SU、减速信号SD、电动机转速Rm、及锁相判定信号S50。此外，在本图(B)栏及(C)栏中，分别局部放大地描绘着本图(A)栏的X区域及Y区域。

锁相判定电路500在电动机转速Rm达到目标转速而稳定时，将锁相判定信号S50切换为高电平(锁相时的逻辑电平)，另一方面，在电动机转速Rm偏离目标转速时，将锁相判定信号S50切换为低电平(锁相解除时的逻辑电平)。

此外，锁相判定电路500在锁相解除判定时也监视加速信号SU与减速信号SD的输入模式。即，锁相判定电路500在加速信号SU与减速信号SD的输入模式符合锁相解除判定用模式时，将锁相判定信号S50切换为低电平。

这里，本申请的发明人发现当电动机转速Rm偏离目标转速时，加速信号SU或减速信号SD的一方会出现连续输入这一规则的输入模式，从而想到利用该模式的锁相解除判定用模式。

例如，在电动机转速Rm的稳定状态(S50＝H)下，在有意使目标转速下降的情况下，为了使电动机转速Rm下降到新目标转速，而连续输入减速信号SD(参照本图(A)栏的X区域及(B)栏)。此外，在目标转速固定状态下，在电动机转速Rm意外上升的情况下，为了使电动机转速Rm降低到目标转速，也连续输入减速信号SD。

相反地，在电动机转速Rm的稳定状态(S50＝H)下，在有意提高目标转速的情况下，为了使电动机转速Rm上升到新目标转速，而连续输入加速信号SU(参照本图(A)栏的Y区域及(C)栏)。此外，在目标转速固定的状态下，在电动机转速Rm意外下降的情况下，为了使电动机转速Rm上升到目标转速，也连续输入加速信号SU。

因此，锁相判定电路500在将锁相判定信号S50切换为高电平(锁相时的逻辑电平)后，在连续检测到加速信号SU或减速信号SD的脉冲边沿a次(例如五次)时，判定电动机转速Rm偏离目标转速而将锁相判定信号S50切换为低电平(锁相解除时的逻辑电平)。

通过进行这种锁相解除判定，可以在电动机驱动器IC21侧容易且准确地了解锁相解除时序(电动机转速Rm偏离目标转速的时序)，因此可利用控制电路100适当地实施动作模式的切换控制等。

此外，对于加速信号SU与减速信号SD的连续输入次数(a次)，理想的是储存在可从电动机驱动器IC21的外部任意重写数据的非易失性存储器中。通过设为这种构成，而可根据无传感器电动机22的特性等优化锁相解除判定用模式。

另外，在有意使目标转速提高/降低的情况下，也能以当前的目标转速与变更后的目标转速的差分越大，使所述连续输入次数(a次)越大的方式进行连续输入次数(a次)的可变控制。

另外，在锁相解除后再次进行锁相判定的情况下，可直接应用电动机启动时所应用的所述锁相判定用模式(参照图3～图5)，或也可另外准备电动机启动时以外应用的锁相判定用模式。

此外，与需要使电动机转速Rm从零立刻上升到目标转速的电动机启动时不同，在电动机启动后使偏离目标转速的电动机转速Rm上升或下降而再次符合目标转速时，不会产生那么大的电动机转速Rm的超调或负调。鉴于该情况，在锁相解除的判定后，可在连续输入b次加速信号SU或减速信号SD(例如一次)的时点，做出再锁相的判定。

＜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

500锁相判定电路

510a、510b计数器部

520判定部

Claims (10)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于包含：

控制电路，接收加速信号与减速信号的输入，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；及

锁相判定电路，监视所述加速信号与所述减速信号的输入模式，判定电动机转速是否稳定在所期望的目标转速。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述锁相判定电路为了监视所述输入模式，分别对所述加速信号的连续输入次数与所述减速信号的连续输入次数进行计数。

3.根据权利要求2所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述锁相判定电路在连续检测到所述加速信号的脉冲边沿x次后，连续检测到所述减速信号的脉冲边沿y次，且之后连续检测到所述加速信号的脉冲边沿z次时，判定所述电动机转速达到所述目标转速而将锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平。

4.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述锁相判定电路在判定所述电动机转速达到所述目标转速后，经过规定的延迟时间后将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平。

5.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述锁相判定电路在判定所述电动机转速达到所述目标转速后，于确认电动机转速信号稳定后将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平。

6.根据权利要求3所述的电动机驱动装置，其特征在于：所述锁相判定电路在将所述锁相判定信号切换为锁相时的逻辑电平后，在连续检测到所述加速信号或所述减速信号的脉冲边沿a次时，判定所述电动机转速偏离所述目标转速而将所述锁相判定信号切换为锁相解除时的逻辑电平。

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；

数字信号处理器，产生目标转速信号；

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；及

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：

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电动机。

10.根据权利要求8所述的电子设备，其特征在于：所述电动机为无传感器电动机。