CN106464175B - 无刷电动机驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的无刷电动机驱动装置包括对无刷电动机的绕组进行通电驱动的逆变器电路、检测绕组的电流值的电流检测电路、用于对无刷电动机进行旋转控制的控制部、以及构成为包括电阻和电容器的RC滤波器。另外，控制部具备生成用于驱动逆变器的信号的驱动控制部、产生成为动作周期的基准的时钟脉冲的时钟产生电路、基于时钟脉冲来生成频率变化的脉冲信号并施加到RC滤波器的脉冲输出电路、与RC滤波器的电容器及电流检测电路连接的AD转换电路、以及计算AD转换电路的转换误差的AD转换误差计算部。而且，AD转换误差计算部基于将电容器的电压作为输入的AD转换电路的输出值与根据电容器的充电时间所计算出的AD转换值之差来计算转换误差。

Description

无刷电动机驱动装置

技术领域

本发明涉及一种对无刷电动机进行驱动控制的无刷电动机驱动装置，特别是涉及一种具备如下功能的无刷电动机驱动装置：在由于电动机控制电路的一部分的偏差而产生扭矩相对于指令的偏移之前，对可能成为其原因的AD(模拟-数字)转换电路、电流检测电路进行诊断来生成校正值。

背景技术

最近，在一般所使用的冰箱用等的冷却风扇中，根据其寿命、节能化的要求而使用无刷电动机。而且，关于冷却风扇，根据当时的气温、冷却对象的温度而风扇所需的风量、在周边附近产生的驱动音是确定的，需要以满足这些的方式来进行控制。已知风量的偏差依赖于安装于叶轮(impeller)的电动机的转速的偏差，驱动音依赖于电动机的旋转扭矩。

另外，在通过脉宽调制(Pulse Width Modulation、以下适当记为“PWM”)驱动进行控制的无传感器的3相无刷电动机的情况下，以往例如通过如下那样的无刷电动机驱动装置来进行控制。首先，在该驱动装置中，根据流过各相的线圈的电流值来估计电动机的旋转位置。并且，根据每单位时间的旋转位置的变化量来计算实际转速。然后，在该驱动装置中，按照所计算出的实际转速来对实现PWM驱动的逆变器电路内所具备的MOS-FET元件的开关脉冲宽度进行控制。

因此，在检测线圈的电流值的电流检测电路、用于将电流检测电路的输出取入到微机(微型计算机)中的AD转换电路以及用于生成单位时间的时钟产生电路中存在误差的情况下，所计算的实际转速和扭矩中也产生同样的误差，从而产生相对于目标值的偏移。

作为判定该时钟产生电路、AD转换电路的异常误差的方法，以往例如提出了如下方法：将基于时钟脉冲所生成的规定时间间隔的脉冲电压输入到RC滤波器，在规定的时钟循环数中的判定用的电压脱离规定的范围的情况下，判定为时钟产生电路或者AD转换电路异常(例如参照专利文献1)。

另外，作为其它以往例子，提出了如下方法：基于从上级单元输入的PWM信号(指令信号)的周期来计算使微机动作的基准时钟的误差率，从而校正转速(例如参照专利文献2)。

但是，在专利文献1中，在判定用的电压处于规定的范围内的情况下，由于AD转换电路的误差而无法正确地计算由电流检测电路所检测出的电流值，产生扭矩误差。另外，在专利文献2中，即使能够通过基准时钟的误差率来校正转速，也无法检测AD转换电路的误差。

专利文献1：日本特开平8-230651号公报

专利文献2：日本特开2013-46488号公报

发明内容

本发明的无刷电动机驱动装置包括：逆变器电路，其对无刷电动机的绕组进行通电驱动；电流检测电路，其检测绕组的电流值；控制部，其用于对无刷电动机进行旋转控制；以及RC滤波器，其构成为包括电阻和电容器。控制部具备：驱动控制部，其生成用于驱动逆变器的信号；时钟产生电路，其产生作为动作周期的基准的时钟脉冲；脉冲输出电路，其基于时钟脉冲来生成频率变化的脉冲信号，并将该脉冲信号施加到RC滤波器；AD转换电路，其与RC滤波器的电容器及电流检测电路连接；以及AD转换误差计算部，其计算AD转换电路的转换误差。而且，AD转换误差计算部为基于将电容器的电压作为输入的AD转换电路的输出值与根据电容器的充电时间所计算出的AD(模拟-数字数据)的转换值之差来计算转换误差的结构。

根据本发明的无刷电动机驱动装置，能够计算AD转换电路的转换误差，利用该转换误差，能够判定AD转换电路的异常、或校正AD转换电路的输出值来向软件高精度地取入。因此，能够高精度地计算由电流检测电路所检测出的电流值，从而能够降低旋转误差、扭矩误差。由此，能够降低冷却风扇的风量、驱动音的偏差。

特别是，已知AD转换电路一般是输入模拟信号的频率越高则有效位数越小，转换特性也会恶化。针对这样的AD转换电路的特性，本发明利用频率发生变化的脉冲信号来计算AD转换电路的转换误差。即，与对AD转换电路的输入施加直流电压、一边改变该电压一边计算转换误差这样的静态的测量方法相比，在本发明中，由于利用频率发生变化的脉冲信号，因此能够计算基于符合现实的转换特性的转换误差。因而，根据本发明，能够为对RC滤波器施加脉冲信号这种简单的结构，并且能够如上述那样高精度地判定AD转换电路的异常或者对AD转换电路的输出值进行校正。

通过以上，根据本发明，不需为了确保针对这些旋转误差、扭矩误差的余裕而搭载大的电动机、电路基板，从而能够实现冷却风扇的小型化、轻量化。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1中的无刷电动机驱动装置的结构的框图。

图2是表示该无刷电动机驱动装置的脉冲信号Pls的波形和电容器电压Vc的波形的图。

图3是表示在该无刷电动机驱动装置中计算时钟误差率Ce的结构例的框图。

图4是表示本发明的实施方式2中的无刷电动机驱动装置的结构的框图。

图5是说明该无刷电动机驱动装置的校正表的插值的图。

具体实施方式

下面，使用附图来说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是表示本发明的实施方式1中的无刷电动机驱动装置10的结构的框图。在图1中，示出对本无刷电动机驱动装置10连接了无刷电动机40的结构的一例。通过这样的结构，无刷电动机驱动装置10以使无刷电动机40进行按照来自外部的指令的旋转动作的方式对无刷电动机40进行驱动控制。

无刷电动机40具备：定子，其具备将绕线卷绕在定子芯上而成的线圈41；以及转子，通过对线圈41进行通电驱动而该转子的轴绕中心旋转。在本实施方式中，举出以下一例来进行说明：无刷电动机40具有设为U相、V相、W相的三相的线圈41，无刷电动机驱动装置10利用进行脉宽调制(PWM)得到的驱动信号Drv来对各相进行旋转驱动。

如图1所示那样，无刷电动机驱动装置10包括电流检测电路15、逆变器电路14、控制部11和RC滤波器26。

对无刷电动机驱动装置10例如输入用于指示转速、扭矩量的信号即转速/扭矩指令Tsp，来作为来自外部的上级控制器(未图示)等的指令之一。无刷电动机驱动装置10以使无刷电动机40的旋转为与转速/扭矩指令Tsp相应的转速、扭矩的方式生成驱动信号Drv。然后，无刷电动机驱动装置10将所生成的各驱动信号Drv施加到各线圈41，这样来对无刷电动机40进行旋转控制。

为了使无刷电动机驱动装置10像这样进行动作，控制部11通过PID(比例、积分、微分)控制并基于转速/扭矩指令Tsp与实际的转速之间的残差，来生成用于对逆变器电路14进行开关驱动的PMW原信号Dp。然后，逆变器电路14根据PMW原信号Dp来对与电源连接的内部的开关元件进行开关，由此生成并输出对各相的线圈41进行通电驱动的驱动信号Drv。

另外，在本实施方式中，设为无刷电动机驱动装置10通过没有设置位置传感器等的无传感器方式来对无刷电动机40进行驱动控制的结构。在本实施方式中，为了以这样的无传感器方式检测旋转的转子的位置而设置有电流检测电路15。

电流检测电路15配置在各相的驱动信号Drv的布线附近，来检测流过无刷电动机40的卷绕在定子芯上的线圈41的各相(U相、V相、W相)的电流值。而且，电流检测电路15将与所检测出的各电流值对应的模拟的电压Det分别提供到控制部11。另外，控制部11具备AD(Analog-Digital：模拟-数字)转换电路，将该电压Det进行AD转换，利用AD转换的输出数据来计算转子的旋转位置、转速，详情在下面进行说明。

并且，在本实施方式中，特征在于，具备判定电流检测电路15、AD转换电路等的异常的功能。即，为了判定这些异常，在本实施方式中，在无刷电动机驱动装置10中设置有由电阻器(R)和电容器(C)构成的RC滤波器26。

接着，说明无刷电动机驱动装置10的各部中的更详细的结构。

首先，为了以使无刷电动机40进行所期望的旋转动作的方式对无刷电动机40进行驱动控制，控制部11具备旋转控制部12、驱动波形生成部13、第一AD转换电路221、第二AD转换电路222和第三AD转换电路223(以下有时只统称为AD转换电路22)、电动机位置计算部18和实际转速计算部17。而且，通过这些各部，构成生成用于驱动逆变器电路14的PWM原信号Dp的驱动控制部，所生成的PWM原信号Dp被提供到逆变器电路14。

并且，为了进行数字处理，控制部11具备生成作为该数字处理的时钟信号的时钟脉冲Clk的时钟产生电路23、用于基于时钟脉冲Clk来生成各种定时信号的定时器电路24。

而且，为了判定各AD转换电路22和电流检测电路15的异常，控制部11具备脉冲输出电路25、AD转换电路诊断部19、AD转换误差计算部20和电流检测电路诊断部21。

在这样构成的控制部11中，各个AD转换电路22针对输入到各信道ch1、ch2的模拟的电压，将其电压值转换为用数字值表示的数字信号Dig1、Dig2、Dig3并输出这些数字信号。对信道ch1提供与电流检测电路15所检测出的电流值对应的电压Det。在第一AD转换电路221中，与U相的电流值对应的电压Det即电压DetU被提供到信道ch1，输出表示与电压DetU对应的数字值的数字信号Dig1。在第二AD转换电路222中，与V相的电流值对应的电压Det即电压DetV被提供到信道ch1，输出表示与电压DetV对应的数字值的数字信号Dig2。在第三AD转换电路223中，与W相的电流值对应的电压Det即电压DetW被提供到信道ch1，输出表示与电压DetW对应的数字值的数字信号Dig3。另外，从RC滤波器26对各AD转换电路22的信道ch2共同地提供作为用于进行异常判定的判定用电压的电容器电压Vc，详情在下面进行说明。

从各个AD转换电路22输出的数字信号Dig1～Dig3被提供到电动机位置计算部18。电动机位置计算部18根据表示各相的电流值的数字信号Dig1～Dig3来计算无刷电动机40的转子位置。即，在本实施方式中，基于在各相中检测出的电流值，电动机位置计算部18检测转子的旋转位置。电动机位置计算部18将表示像这样计算出的转子位置的转子位置信号Pd输出到实际转速计算部17和驱动波形生成部13。

除了转子位置信号Pd以外还从定时器电路24对实际转速计算部17通知表示规定的时间宽度的定时器计数值Cnt。实际转速计算部17使用该定时器计数值Cnt和转子位置信号Pd，根据规定的时间宽度中的转子位置的变化量来计算表示实际的转速的实际转速。实际转速计算部17将实际转速信号Vd作为实际转速来输出到旋转控制部12。

旋转控制部12对转速/扭矩指令Tsp与实际转速信号Vd之差即偏差进行例如比例积分微分等运算处理(PID处理)，生成并输出与该运算处理的结果相应的驱动波形占空比信号Dd。驱动波形生成部13根据驱动波形占空比信号Dd和转子位置信号Pd来生成用于对逆变器电路14的开关元件进行控制的PMW原信号Dp，并将该PMW原信号Dp输出到逆变器电路14。

像这样，在本实施方式中，基于电流检测电路15所检测出的电流值来生成表示转子的实际转速的实际转速信号Vd，另外，通知表示为了控制转速而指示的指令速度的转速/扭矩指令Tsp。而且，通过无刷电动机驱动装置10构成基于实际转速信号Vd和转速/扭矩指令Tsp、以使转子的转速追随指令速度的方式进行反馈控制的速度控制环路。无刷电动机驱动装置10通过连续地执行如以上那样的一系列的环路来对无刷电动机40进行旋转控制。

另外，为了通过数字处理来执行这样的一系列的环路处理、或者生成AD转换电路22的采样定时，控制部11具备时钟产生电路23和定时器电路24。时钟产生电路23生成作为动作周期的基准的周期性的时钟脉冲Clk，作为控制部11的基准时钟而分配给各数字处理电路等。定时器电路24使用基准的时钟脉冲Clk进行动作，以规定的定时向AD转换电路22输出作为采样信号的触发信号Trg1、Trg3。并且，定时器电路24向脉冲输出电路25输出触发信号Trg2、Trg4。

作为定时器电路24的具体的结构例，定时器电路24具有对时钟脉冲Clk进行计数的计数器。而且，定时器电路24通过该计数器而将表示与预先确定的计数值相应的定时的脉冲信号作为触发信号Trg1～Trg4、定时器计数值Cnt输出。

作为更具体的例子，例如，时钟脉冲Clk的周期设为0.1μS(即、频率为10MHz)。而且，在定时器电路24中，将作为某脉冲的高(High)期间的计数值设为200，将脉冲的Low(低)期间的计数值设为800。由此，从定时器电路24输出High(高)期间为20μS、Low期间为80μS的10KHz的周期性的脉冲信号。另外，例如AD转换电路22利用这样的脉冲信号的从Low上升到High的定时、与之相反的下降的定时作为采样的定时。例如，当将上述10KHz的脉冲信号的上升作为AD转换电路22的采样定时时，AD转换电路22每100μS输出数字信号Dig。此外，下面，与数字处理中的一般的表现相同，所谓脉冲信号为由High的电平和Low的电平构成的信号，以High电平为正电源Vcc的电压附近的电平、Low电平为作为负侧电源的地的电压附近的电平来进行说明。

接着，来说明用于判定各AD转换电路22和电流检测电路15的异常的详细的结构。

为了判定这些异常，设置在无刷电动机驱动装置10中的RC滤波器26构成为电阻27与电容器28串联连接。该电阻27的一侧连接有控制部11的脉冲输出电路25输出的异常判定用的脉冲信号Pls。而且，该电容器28的一侧与地29连接。并且，电阻27与电容器28的中间连接点P作为异常判定用的电容器电压Vc而连接到第一～三AD转换电路22的信道ch2。

各个AD转换电路22以触发信号Trg1、Trg3所示的定时读取RC滤波器26的电容器电压(中间连接点P的电压)Vc。在此，设为触发信号Trg1表示电容器28充分放电而电容器电压Vc变为最低的定时(下面，适当将该定时称作定时C1)，详情在下面进行说明。而且，设为触发信号Trg3表示电容器28被充分充电而电容器电压Vc在该测量期间中变为最高的定时(下面，适当将该定时称作定时C2)。另外，在电容器电压Vc的读取完成后，定时器电路24向脉冲输出电路25输出触发信号Trg2、Trg4。

即，在本实施方式中，AD转换电路22以触发信号Trg1的定时读取最低的电容器电压Vc，并且以紧接在该触发信号Trg1后的触发信号Trg2的定时开始对电容器28的充电。然后，AD转换电路22以触发信号Trg3的定时读取该测量期间中的最高的电容器电压Vc，并且以紧接在该触发信号Trg3后的触发信号Trg4的定时开始电容器28的放电。

另外，为了进行这样的充放电，在输入触发信号Trg2、Trg4时，脉冲输出电路25切换输出的脉冲信号Pls的信号电平的Low和High，由此生成规定的占空比和周期的脉冲信号Pls，并将该脉冲信号Pls输出到RC滤波器26。特别是，在本实施方式中，特征在于，将按每个读取电容器电压Vc的测量期间而占空比固定且频率依次变低的脉冲信号Pls提供到RC滤波器26。

AD转换电路诊断部19、AD转换误差计算部20和电流检测电路诊断部21使用如上述那样的触发信号Trg1、Trg3的测量定时的电容器电压Vc的测量结果来进行AD转换电路22和电流检测电路15的异常诊断。而且，在诊断结果为异常的情况下，向旋转控制部12输出错误停止信号Err来使无刷电动机40的旋转动作停止。

另外，AD转换误差计算部20使用存储器31中所记录的时钟误差率Ce来计算电容器充电时间Tc，详情在后面进行叙述。

图2示出从无刷电动机驱动装置10中的脉冲输出电路25向RC滤波器26施加的脉冲信号Pls的波形(上侧)和电容器电压Vc的波形(下侧)、以及AD转换电路22的读取定时。

在图2中，示出像第一次测量期间M1、第二次测量期间M2、第三次测量期间M3、第n次测量期间Mn这样地依次设置用于异常诊断的测量期间的一例。而且，与各测量期间M1～Mn对应地，关于各个周期Tt的时间宽度，设为周期时间宽度Tt1～Ttn，关于各测量期间中的脉冲信号Pls的各个High期间Th，以High期间宽度Th1～Thn进行表示。即，例如在第一次测量期间M1中，为周期时间宽度为Tt1，其中脉冲信号Pls为High的期间Th为High期间宽度Th1。

在此，如上述的那样，本实施方式中的脉冲输出电路25输出规定的占空比且频率变低的脉冲信号Pls。即。在本实施方式中，在脉冲信号Pls的测量期间M1～Mn中，使以High期间Th的时间宽度相对于一个周期Tt的时间宽度来定义的占空比为Th1/Tt1＝Th2/Tt2＝Th3/Tt3＝Thn/Ttn＝固定。另外，根据图2可以明确，设为在脉冲信号Pls的测量期间M1～Mn中，1个周期Tt的时间宽度依次变大(频率变低)、即Tt1<Tt2<Tt3<Ttn。

为了生成这样的脉冲信号Pls，从定时器电路24向脉冲输出电路25提供触发信号Trg2、Trg4。如图2的上侧所示那样，脉冲输出电路25输出以触发信号Trg2的定时从Low切换到High、以触发信号Trg4的定时从High切换到Low的脉冲信号Pls。

而且，定时器电路24以从某个触发信号Trg2到下一个触发信号Trg2为止的期间按每周期Tt而变大的方式输出各个触发信号Trg2。由此，脉冲输出电路25如上述那样地输出如图2的上侧所示那样的各周期Tt的周期时间宽度Tt1～Ttn依次变大的脉冲信号Pls。

并且，定时器电路24以成为规定的占空比的方式并且从某个触发信号Trg2到该周期Tt中的触发信号Trg4为止的期间Th也按每周期Tt而变大的方式输出各个触发信号Trg4。由此，脉冲输出电路25输出如上述那样地各个周期中的占空比固定且分别相等的脉冲信号Pls。

在本实施方式中，为了进行AD转换电路22和电流检测电路15的异常诊断，将这样的脉冲信号Pls施加到RC滤波器26。通过该脉冲信号Pls的施加，电容器28重复充电和放电，因此电容器电压Vc成为如图2的下侧所示那样的波形。即，在从脉冲输出电路25输出的脉冲信号Pls的波形处于规定的占空比和频率范围内的情况下，RC滤波器26的中间连接点P的电容器电压Vc成为具有规定的峰值电压的锯齿状的波形。

在此，通过使来自定时器电路24的触发信号Trg1和Trg3的输出间隔逐渐增加，来使AD转换电路22读取电容器电压的定时C1与C2之间的间隔增加。由此，能够使施加到RC滤波器26的脉冲信号Pls的占空比固定并且使频率按脉冲信号Pls的每1个脉冲而下降。

关于这样的处理，接着说明更具体的一例。在此，以定时器电路24具有对时钟脉冲Clk进行计数的计数器、利用该计数器生成触发信号Trg1～Trg4的例子进行说明。另外，举出规定的占空比为20％、脉冲信号Pls的周期Tt依次变为2倍地增加而频率变低的具体例。

定时器电路24利用这样的计数器例如如下那样进行动作。首先，作为第一次测量期间M1，定时器电路24在触发信号Trg2的定时以计数值从“0”开始增量的方式使计数器的计数开始。然后，定时器电路24在计数值变为“99”的时间点输出触发信号Trg4。并且，在定时器电路24的计数值增量而计数值变为“499”的时间点输出下一个触发信号Trg2，结束第一次测量期间M1。由此，在第一次测量期间M1中，关于从脉冲输出电路25输出的脉冲信号Pls，周期时间宽度Tt1为时钟1周期的“500”倍，与此相对，High期间Th的时间宽度Th1为时钟1周期的“100”倍。例如，当设时钟1周期为0.1μS(即频率为10MHz)时，周期时间宽度Tt1＝50μS(“500”个时钟周期)、High期间宽度Th1＝10μS(“100”个时钟周期)，占空比为10μS/50μS＝20％。

另外，在这样的第一次测量期间M1中，关于成为AD转换电路22的采样定时的触发信号Trg1、Trg3所示的定时，例如为如下那样即可。即，首先，如上述那样地紧接在触发信号Trg3后输出触发信号Trg4即可。由此，紧接在与计数值“99”对应的触发信号Trg4之前、即计数值为“98”的时间点，输出触发信号Trg3即可。然后，如上述那样地紧接在触发信号Trg1后输出触发信号Trg2即可。由此，紧接在与计数值“499”对应的触发信号Trg2之前、即计数值为“498”的时间点输出触发信号Trg1即可。

接着，作为第二次测量期间M2，以周期Tt为测量期间M1的2倍的方式设为如下那样即可。首先，暂时重置计数，以计数值从“0”增量的方式使计数器的计数重新开始。然后，定时器电路24在计数值为“199”的时间点输出触发信号Trg4。并且，在定时器电路24的计数值增量而计数值为“999”的时间点，输出下一个触发信号Trg2，结束测量期间M2。由此，在第一次测量期间M1中，关于从脉冲输出电路25输出的脉冲信号Pls，周期时间宽度Tt2为“1000”个时钟周期，与此相对，High期间Th的时间宽度Th2为“200”个时钟周期。然后，关于占空比，与测量期间M1同样地为20％。另外，以与测量期间M1同样的理由，在计数值为“198”的时间点输出触发信号Trg3，在计数值为“998”的时间点输出触发信号Trg1即可。

在本实施方式中，通过在每个测量期间进行以上这样的处理，来将占空比固定并且频率依次变低这样的脉冲信号Pls施加到RC滤波器26。而且，电容器28的充电时间按每一脉冲而增加，电容器电压Vc的峰值电压值以V1、V2、V3这样增加。而且，当施加到RC滤波器26的脉冲信号Pls达到规定的频率以下时，峰值电压值在Vcmax成为饱和状态。AD转换电路22在定时C1读取最低的电容器电压Vc，并且也在每个测量期间的定时C2读取像这样峰值电压值以V1、V2、V3增加这样的最高的电容器电压Vc。

接着，详细地说明AD转换电路诊断部19、AD转换误差计算部20和电流检测电路诊断部21的一系列的处理。

首先，说明AD转换电路诊断部19的处理。AD转换电路诊断部19使用定时C1的AD转换电路22的AD输出信号即数字信号Dig1～Dig3的值(以下只统称为输出值Dig)来判定AD转换电路22是否正常。

AD转换电路22被输入模拟输入的输入电压为从下限电压Vmin到上限电压Vmax的上下限电压范围的模拟信号，输出从作为与下限电压Vmin对应的数字值的下限输出值到作为与上限电压Vmax对应的数字值的上限输出值为止的上下限输出值范围的输出值Dig。作为具体的例子，只要为通常的线性地转换的8位的AD转换电路22，则例如构成为相对于下限电压Vmin为0V的输入电压而输出“0”的输出值Dig、相对于上限电压Vmax为1V的输入电压而输出“255”的输出值Dig、相对于中间的0.5V的输入电压输出“128”的输出值Dig。此外，设为对AD转换电路22的信道ch2输入电容器电压Vc的最小值Vcmin作为下限电压Vmin、输入电容器电压Vc的最大值Vcmax作为上限电压Vmax来进行说明。

对于这样的AD转换电路22，AD转换电路诊断部19针对AD转换电路22来判定相对于输入侧的下限电压Vmin的输出值Dig的转换功能的异常。另外，在本实施方式中，作为该下限电压Vmin，利用定时C1中的电容器28充分放电而电容器电压Vc变为最低的电压、即最小值Vcmin。在这样的结构中，在输出值Dig脱离了相对于下限电压Vmin的规定的正常判定范围的情况下，AD转换电路诊断部19判定为该AD转换电路22异常。而且，当判定为异常时，AD转换电路诊断部19向旋转控制部12输出错误停止信号Err来使无刷电动机40的旋转动作停止。

例如，在相对于下限电压Vmin的正常判定范围为“0”～“5”的情况下，如果输出值Dig为“7”则AD转换电路诊断部19判定为AD转换电路22异常，如果输出值为“4”则判定为没有异常。

接着，来说明AD转换误差计算部20的处理。AD转换误差计算部20使用定时C2的AD转换电路22的输出值Dig来计算与AD转换中的标准的值之间的误差，利用该误差来判定AD转换电路22是否正常。即，AD转换误差计算部20基于所计算出的误差来判定AD转换电路22中的相对于输入侧的输入电压Vin的输出值Dig的转换功能的异常。

关于这样的AD转换误差计算部20的动作，概要性地如下那样进行动作。在此，作为具体的例子，设为如下的规格：在为线性地进行转换的8位的AD转换电路22、并且针对输入电压0V～1V而输出值Dig的值为“0”～“255”的转换规格的情况下，针对中间的0.5V的输入电压，若为标准的则输出“128”的输出值Dig。然而，实际上AD转换电路22中存在偏差，因此例如设为针对0.5V的输入电压，输出测量结果“127”。在本实施方式中，在输出值Dig中，将这样的标准的情况与测量结果之差设为转换误差。因而，在此处的例子的情况下，标准的情况下的“128”与测量结果的“127”之差“1”为转换误差。AD转换误差计算部20计算这样的转换误差。然后，AD转换误差计算部20进一步利用这样的转换误差，在转换误差大的情况下判定为异常。

另外，在本实施方式中，作为该输入电压Vin，利用对定时C2的电容器28充电规定的时间所得到的电容器电压Vc。即，如图2的下侧所示那样，电容器电压Vc的峰值电压值按每测量期间呈V1、V2、V3地变化。AD转换误差计算部20基于针对像这样变化的各个输入电压Vin的输出值Dig来判定AD转换电路22的转换功能的异常。AD转换误差计算部20在输出值Dig脱离了针对某输入电压Vin的规定的正常判定范围的情况下，判定为该AD转换电路22异常。而且，当判定为异常时，AD转换误差计算部20向旋转控制部12输出错误停止信号Err，使无刷电动机40的旋转动作停止。

接着，详细地说明AD转换误差计算部20进行的AD转换中的转换误差的计算。AD转换误差计算部20基于AD转换电路22的实际的输出值Dig与针对此时的输入电压Vin的理论值Ac之差来计算转换误差。而且，在本实施方式中，AD转换误差计算部20判定该误差是否脱离了规定的正常判定范围。另外，下面将这样的转换误差作为偏置Ados来进行说明。在上述的线性转换的8位的AD转换电路22的例子的情况下，针对输入电压Vin＝0.5V的理论值Ac为值“128”，实际的输出值Dig为值“127”，偏置Ados为值“1”。

在本实施方式中，为了导出该偏置Ados，基于以电容器电压Vc为输入的AD转换电路22的实际的输出值Dig与根据电容器28的充电时间所计算出的AD转换值之差来计算转换误差。更具体地说，首先，利用脉冲信号Pls中的High期间Th的时间宽度来求出以各测量期间中的电容器电压Vc为输入的输入电压Vin。简单地说，根据时钟脉冲Clk的周期和时钟的计数值来求出High期间Th。即，AD转换误差计算部20在经过时钟脉冲Clk的规定循环数后基于如上述那样的实际的输出值Dig与所计算出的AD转换值之差来计算转换误差。

在此，在本实施方式中，假定为不是以频率精度高的水晶振荡器来实现时钟产生电路23而是例如以频率精度低但廉价的RC振荡器来实现时钟产生电路23的结构。因此，为了求出High期间Th，导入了对时钟脉冲Clk的周期的偏差进行校正的时钟误差率Ce。

像这样，首先根据时钟误差率Ce和脉冲设定值，使用(式1)来计算C1-C2间的充电时间Tc。在此，在脉冲信号Pls的High期间Th对电容器28充电，因此充电时间Tc为High期间Th。

[数1]

Tc＝Cy×Bt×Ce……(式1)

其中，Cy为针对向RC滤波器26施加的脉冲信号Pls的High期间Th的基准时钟循环数。即，例如为定时器电路24的计数器从触发信号Trg2到触发信号Trg4为止对时钟脉冲Clk进行计数的计数值。Bt为时钟脉冲Clk的周期。Ce为时钟误差率Ce，在时钟脉冲Clk的周期中，Ce为设计上的周期Bt与实际的周期Bt’之比。

作为具体的例子，首先，设由时钟产生电路23生成的时钟脉冲Clk的设计上的周期Bt为0.1μS，但由于电路精度的偏差，实际的时钟脉冲Clk的周期Bt’为0.101μS。在该例子的情况下，时钟误差率Ce为Ce＝Bt’/Bt＝0.101/0.1。另外，例如，为了生成脉冲信号Pls的High期间Th，通过计数器对时钟脉冲Clk进行“100”计数。在该情况下，基准时钟循环数Cy为计数值“100”，其结果，充电时间Tc为Tc＝Cy×Bt×Ce＝100×0.1μS×(0.101/0.1)＝10.1μS。

关于时钟误差率Ce，例如在无刷电动机驱动装置10的制造阶段测量时钟产生电路23的实际的周期，将该实际的周期与正确的周期之间的偏移作为时钟误差率Ce存储在存储器31等中。

另外，关于时钟误差率Ce，例如在为通过串行通信等进行来自外部的上级控制器等的转速/扭矩指令Tsp这样的指令的结构的情况下，也可以如下那样求出时钟误差率Ce。即，首先，设利用于该串行通信的脉冲的周期为高精度的周期。而且，也能够构成为通过从上级控制器输入的指令信号的脉冲的频率与从时钟产生电路23输出的基准时钟的频率的比较来计算时钟误差率Ce。具体地说，是指指令信号的脉冲的1个周期中的基准时钟的实际循环数与脉冲的1个周期中的基准时钟的理论循环数的比率。此外，作为从上级单元输入的指令信号，利用转速/扭矩指令Tsp或者定期输入的通信周期即可。

图3为表示像这样利用从上级控制器输入的信号来计算时钟误差率Ce的结构例的框图。在图3中，仅示出了用于计算时钟误差率Ce的重要部分，表示上级控制器100和无刷电动机驱动装置10具有接收发送指令信号等的通信功能的一例。在图3中示出了如下的一例：上级控制器100以由频率精度高的水晶振荡器101所生成的时钟信号来进行动作，另一方面，在控制部11中，通过由电阻R1和电容器C1构成的频率精度低的RC振荡器即时钟产生电路23生成时钟脉冲Clk来进行动作。另外，控制部11具备与上级控制器100进行通信的通信部51、以及时钟误差率测量部52，该时钟误差率测量部52利用经由通信部51从上级控制器100接收到的指令信号等通信用脉冲信号Pcs来测量时钟误差率Ce。时钟误差率测量部52根据通信用脉冲信号Pcs的1个周期的期间Tcs和从时钟产生电路23输出的时钟脉冲Clk的周期来计算时钟误差率Ce。即，时钟误差率测量部52测量期间Tcs中的时钟脉冲Clk的计数值Ncp。另外，当将通信用脉冲信号Pcs的1个周期的期间Tcs中的上级控制器100侧的时钟的计数值设为Ncs时，上级控制器100的频率精度高，因此期间Tcs中的基准时钟的理论循环数也为Ncs。由此，时钟误差率测量部52计算通信用脉冲信号Pcs的1个周期中的基准时钟的实际循环数Ncp与基准时钟的理论循环数Ncs的比率Ncs/Ncp作为时钟误差率Ce。

接着，根据对电容器28的充电时间Tc和针对RC滤波器26的脉冲波形的电容器电压式，利用(式2)计算作为AD转换电路22的输入的AD端子电压(理论值)Vca。

[数2]

其中，R是RC滤波器26的电阻27的电阻值，C是RC滤波器26的电容器28的静电容量。

接着，使用(式3)来计算针对该AD端子电压Vca的、没有AD转换电路22的转换误差的情况下的AD转换值(理论值)Ac。

[数3]

其中，Acmax是AD转换电路22的输出最大值、Vcmax是AD转换电路22的输入最大电压。

接着，根据(式4)来计算AD转换值(理论值)Ac与实际从AD转换电路22所输出的AD转换值(实测)Dig之差，设为偏置Ados。

[数4]

Ados＝Ac-Dig……(式4)

在通过上述所计算出的偏置Ados脱离了规定的正常判定范围的情况下，AD转换误差计算部20判定为该AD转换电路22异常。例如，在偏置Ados的规定的正常判定范围为-5～+5的情况下，如果AD转换值(理论值)Ac为“17”、AD转换值(实测)Dig为“10”，则偏置Ados为“7”，脱离了正常判定范围，因此判定为AD转换电路22异常。如果AD转换值(理论值)Ac为“17”、AD转换值(实测)Dig为“13”，则偏置Ados为“4”，没有脱离正常判定范围，因此不判定为异常。

接着，说明电流检测电路诊断部21的处理。电流检测电路诊断部21在无刷电动机40停止旋转动作的定时使用读取了电流检测电路15的输出的AD转换电路22的输出值Dig来判定电流检测电路15是否异常。即，在输出值Dig的值脱离了规定的正常判定范围的情况下，判定为电流检测电路15的异常。更具体地说，旋转停止时的电流检测值应该为零，相应于此，例如将正常判定设为范围“0～9”。如果在该情况下，在AD转换电路22的输出值Dig为“10”的情况下，则判定为电流检测电路异常。

按施加到RC滤波器26的每1个脉冲，实施如上那样的一系列的处理。另外，关于该脉冲信号Pls，如前述那样，频率按每1个脉冲而下降，因此对电容器28的充电时间按每1个脉冲而增加，能够针对AD转换电路22的从最小到最大的整个范围的输出值Dig来判定异常。

此外，以上举出控制部11包括基于数字电路等的功能块的结构例来进行了说明，但例如也可以为通过基于程序这样的处理过程的处理来进行的结构。即，例如，将电动机位置计算部18、实际转速计算部17、旋转控制部12和驱动波形生成部13等的功能设为执行旋转控制处理方法的程序、或者将AD转换电路诊断部19、AD转换误差计算部20和电流检测电路诊断部21的功能设为执行诊断处理的方法的程序来存储在存储器等中。或者，将计算AD转换误差计算部20的转换误差的方法、基于转换误差来生成AD转换电路的校正值的方法等存储在存储器等中。而且，也能够通过设为微机(微型计算机)执行这些程序的结构来实现本实施方式。另外，也能够设为将微机的功能以及也包括生成微机的基准时钟的时钟产生电路23、AD转换电路22的控制部11设为1个芯片的LSI(大规模集成电路)的结构。

例如，通过微机能够实现如下的AD转换电路的转换误差的计算方法：基于时钟脉冲Clk来生成频率发生变化的脉冲信号Pls，施加到RC滤波器26，基于将电容器28的电压作为输入的AD转换电路22的输出值与根据电容器28的充电时间所计算出的AD转换值之差来计算转换误差。另外，通过微机能够通过基于转换误差来生成AD转换电路的校正值来实现AD转换电路的校正值的生成方法。

(实施方式2)

图4是表示本发明的实施方式2中的无刷电动机驱动装置60的结构的框图。在图4中也示出对本无刷电动机驱动装置60连接了无刷电动机40的结构的一例。通过这样的结构，与实施方式1相同，无刷电动机驱动装置60以使无刷电动机40进行按照来自外部的指令的旋转动作的方式对无刷电动机40进行驱动控制。

在与实施方式1的比较中，在本实施方式中，控制部61除了实施方式1中的控制部11的结构以外还具备校正表生成部32和校正表33。此外，关于除这些以外的结构，与实施方式1相同，省略详细的说明。

如在实施方式1中所说明的那样，AD转换误差计算部20使用变更了AD转换电路22的输入电压Vin的各个输出值Dig来计算AD转换中的与标准的值之间的转换误差即偏置Ados。在本实施方式中，设为利用这些偏置Ados来进行输出值Dig即数字信号Dig1～Dig3的校正的结构。

为了进行这样的校正，在本实施方式中，将校正表33配置在电动机位置计算部18的输入侧。即，校正表33通过表中所保存的校正值来对从各AD转换电路22提供的数字信号Dig1～Dig3进行校正，将校正后的结果输出到电动机位置计算部18。另外，校正表生成部32将由AD转换误差计算部20依次计算的偏置Ados保存在校正表33中，由此生成校正表33。

更具体地说，首先AD转换电路诊断部19在针对电容器电压Vc的最小值Vcmin的输出值Dig处于正常判定范围内、没有异常的情况下，将该输出值Dig设为零点偏置Zof，提供到校正表生成部32。而且，校正表生成部32将作为校正用数据的零点偏置Zof保存到校正表33中。例如，在针对下限电压Vmin的正常判定范围为“0”～“5”的情况下，如果输出值Dig为“7”则AD转换电路诊断部19判定为AD转换电路22异常。另外，如果输出值为“4”，则AD转换电路诊断部19判定为没有异常，在该情况下，校正表生成部32将零点偏置Zof设为“4”来保存在校正表33中。

接着，AD转换误差计算部20在所计算出的偏置Ados不脱离规定的正常判定范围的情况下，将偏置Ados提供到校正表生成部32。而且，校正表生成部32将输出值Dig与偏置Ados相对应地保存到校正表33中。例如，在偏置Ados的规定的正常判定范围为-5～+5的情况下，如果AD转换值(理论值)Ac为“17”、AD转换值(实测)Dig为“13”，则偏置Ados为“4”，没有脱离正常判定范围，因此校正表生成部32将针对输出值Dig＝“13”的偏置Ados设为“4”，保存到校正表33中。

针对第一～第三AD转换电路22分别个别地生成校正表33，保存针对整个范围的输出值Dig的偏置Ados。在如果没有保存针对一部分的输出值Dig的偏置Ados的情况下，也能够如图5那样通过样条曲线等进行插值。

如以上那样所生成的校正表33如图4所示那样配置在各AD转换电路22的输出侧，用于电流检测电路15的检测电压的校正等。例如，通过对电流检测电路15的输出的AD转换值(实测值)校正偏置的量，能够由电动机位置计算部18计算正确的转子位置。而且，其结果，能够由实际转速计算部17计算正确的实际转速，因此能够通过旋转控制部12进行恰当的速度控制、扭矩控制。

此外，在实施方式1和实施方式2中，举出控制部11包括基于数字电路等的功能块的结构例来进行了说明，但例如也可以为通过基于程序这样的处理过程的处理来进行的结构。即，例如，将电动机位置计算部18、实际转速计算部17、旋转控制部12和驱动波形生成部13等的功能设为执行旋转控制处理方法的程序、或者将AD转换电路诊断部19、AD转换误差计算部20和电流检测电路诊断部21的功能设为执行诊断处理的方法的程序来存储在存储器等中。或者，将计算AD转换误差计算部20的转换误差的方法、基于转换误差来生成AD转换电路的校正值的方法等存储在存储器等中。而且，也能够通过设为微机(微型计算机)执行这些程序这样的结构来实现本实施方式。另外，也能够设为将个人计算机的功能与也包括生成微机的基准时钟的时钟产生电路23、AD转换电路22的控制部11设为1个芯片的LSI(大规模集成电路)的结构。

例如，通过微机能够实现如下的AD转换电路的转换误差的计算方法：基于时钟脉冲Clk来生成频率发生变化的脉冲信号Pls，施加到RC滤波器26，基于将电容器28的电压作为输入的AD转换电路22的输出值与根据电容器28的充电时间所计算出的AD转换值之差来计算转换误差。另外，通过微机能够通过基于转换误差来生成AD转换电路的校正值来实现AD转换电路的校正值的生成方法。

另外，不仅是电流检测电路15的输出，还能够高精度地计算温度传感器、液压传感器等输入到AD转换电路22的所有的传感器检测值，因此能够降低基于这些传感器的保护功能(高温、高压异常)的检测偏差。

另外，向RC滤波器26提供的脉冲频率按每1个脉冲而增加，因此从电动机控制电路产生的电磁噪音的频率分散、峰值下降。由此，能够削减EMC(Electro-MagneticCompatibility：电磁兼容性)对策部件。

另外，不需按存在多个的AD转换电路的每个AD转换电路追加复杂的诊断用电路，因此能够通过引脚(pin)数少的小型微机和廉价的电路结构来容易地实现，从而能够抑制电路的成本。

通过以上，无需为了确保针对这些旋转误差、扭矩误差的余裕而搭载大的电动机、电路基板，从而能够实现冷却风扇的小型化、轻量化。

产业上的可利用性

本发明的无刷电动机驱动方法和驱动装置能够以简单的结构进行高精度的速度控制和扭矩控制。本发明的电动机驱动方法和电动机驱动装置特别适于要求高效率、低噪音的冷却风扇、鼓风机。

附图标记说明

10、60：无刷电动机驱动装置；11、61：控制部；12：旋转控制部；13：驱动波形生成部；14：逆变器电路；15：电流检测电路；17：实际转速计算部；18：电动机位置计算部；19：AD转换电路诊断部；20：AD转换误差计算部；21：电流检测电路诊断部；22、221、222、223：AD转换电路；23：时钟产生电路；24：定时器电路；25：脉冲输出电路；26：RC滤波器；27：电阻；28：电容器；29：地；31：存储器；32：校正表生成部；33：校正表；40：无刷电动机；41：线圈；51：通信部；52：时钟误差率测量部；100：上级控制器。

Claims (8)

1.一种无刷电动机驱动装置，对无刷电动机进行驱动控制，该无刷电动机驱动装置的特征在于，包括：

逆变器电路，其对所述无刷电动机的绕组进行通电驱动；

电流检测电路，其检测所述绕组的电流值；

控制部，其用于对所述无刷电动机进行旋转控制；以及

RC滤波器，其构成为包括电阻和电容器，

其中，所述控制部具备：

驱动控制部，其生成用于驱动所述逆变器的信号；

时钟产生电路，其产生作为动作周期的基准的时钟脉冲；

脉冲输出电路，其基于所述时钟脉冲来生成频率发生变化的脉冲信号，并将该脉冲信号施加到所述RC滤波器；

AD转换电路，其与所述RC滤波器的所述电容器及所述电流检测电路连接；以及

AD转换误差计算部，其计算所述AD转换电路的转换误差，

所述AD转换误差计算部基于将所述电容器的电压作为输入的所述AD转换电路的输出值与根据所述电容器的充电时间所计算出的AD转换值之差来计算所述转换误差。

2.根据权利要求1所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述脉冲输出电路向所述RC滤波器输出频率按每1个脉冲发生变化的脉冲信号，

所述AD转换误差计算部基于经过所述时钟脉冲的规定循环数后的所述差来计算所述转换误差。

3.根据权利要求2所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述脉冲输出电路向所述RC滤波器输出的所述脉冲信号的高电平期间为将所述时钟脉冲计数到按每脉冲变化的计数值的脉冲宽度，

所述AD转换误差计算部通过所述脉冲信号的高电平期间来计算对所述电容器充电的充电时间，根据该充电时间估计所述AD转换电路的输入电压，来计算所述AD转换值。

4.根据权利要求3所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述AD转换误差计算部根据从外部作为指令输入的用于通信的通信用脉冲信号的周期和所述时钟脉冲的周期来计算时钟误差率，使用所述时钟误差率进行校正，计算所述充电时间。

5.根据权利要求1所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机驱动装置还具备：

校正表，其对所述AD转换电路的输出值进行校正；以及

校正表生成部，其生成所述校正表，

其中，所述校正表生成部将所述AD转换误差计算部所计算出的所述转换误差作为校正值来生成校正表。

6.根据权利要求1所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机驱动装置还具备诊断是否存在所述AD转换电路的异常的AD转换电路诊断部，

在向所述RC滤波器施加的所述脉冲信号为低的状态、且将所述RC滤波器的电容器电压作为输入的所述AD转换电路的输出值脱离了规定的范围的情况下，所述AD转换电路诊断部判定为所述AD转换电路异常。

7.根据权利要求1所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

在向所述RC滤波器施加的所述脉冲信号为高的状态、且所计算出的所述转换误差脱离了规定的范围的情况下，所述AD转换误差计算部判定为所述AD转换电路异常。

8.根据权利要求1所述的无刷电动机驱动装置，其特征在于，

所述无刷电动机驱动装置还具备诊断是否存在所述电流检测电路的异常的电流检测电路诊断部，

在所述无刷电动机的旋转动作停止、且将所述电流检测电路的输出值作为输入的AD转换电路的输出值脱离了规定的范围的情况下，所述电流检测电路诊断部判定为电流检测电路异常。