CN106505917A - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种电动机驱动装置。本发明的电动机驱动装置具有：逆变器电路，其通过多个功率元件的开关动作，将直流电流变换为交流电流并将该交流电流提供到电动机；驱动电路，其对多个功率元件的开关动作进行控制；熔断器，其经由导体而串联连接于直流环节部的端子与逆变器电路的端子之间；直流环节电流检测电路，其基于熔断器两端的电压、包括熔断器和导体的一部分的电路的两端的电压以及导体的一部分的两端的电压中的至少一个电压，来检测直流环节电流；以及直流环节过电流检测电路，其在直流环节电流超过规定的电流值的情况下，检测出过电流，输出使多个功率元件中的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。

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，特别是涉及一种具有直流环节电流检测功能的驱动装置。
背景技术
在无刷DC(直流)电动机中，采用着如下逆变器控制：将转子设为永磁体且将定子设为线圈，利用逆变器电路来与电动机的旋转相配合地对流向线圈的电流的切换进行控制。向逆变器电路提供直流电流。在直流电源与逆变器电路之间设置有熔断器以防止布线基板的发烟等(例如日本特开2005-304145号公报)。
在上述的以往技术中，利用设置于供给直流电力的直流环节部的熔断器的两端的电压来检测过电流，一边进行PWM(Pulse Width Modulation：脉冲宽度调制)控制一边使电动机的旋转停止或减速。然而，由于在检测出过电流时没有立即将功率元件截止，因此存在产生无法保护功率元件免受过电流的损害的情况这样的问题。
发明内容
本发明的目的在于提供一种电动机控制装置，该电动机控制装置在检测出从直流环节部流向逆变器电路的直流环节电流处于过电流状态之后，立即对构成逆变器电路的功率元件提供截止信号来使功率元件截止，由此能够进行功率元件的保护。
本发明的一个实施例所涉及的电动机驱动装置的特征在于，具有：逆变器电路，其通过多个功率元件的开关动作来将从直流环节部的端子提供的直流电流变换为交流电流并将该交流电流提供到电动机；驱动电路，其对逆变器电路的多个功率元件的开关动作进行控制；熔断器，其经由导体而串联连接于直流环节部的端子中的一个端子与逆变器电路的一个端子之间；直流环节电流检测电路，其基于熔断器两端的电压、包括熔断器和导体的一部分的电路的两端的电压以及导体的一部分的两端的电压中的至少一个电压，来检测从直流环节部的端子流向逆变器电路的直流环节电流；以及直流环节过电流检测电路，在检测出的直流环节电流超过规定的电流值的情况下，该直流环节过电流检测电路检测出直流环节电流为过电流，而向驱动电路输出用于使多个功率元件中的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。
附图说明
本发明的目的、特征以及优点通过与附图关联的以下的实施方式的说明会变得更加明确。在该附图中，
图1是本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的结构图，
图2是本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的第一变形例的结构图，
图3是本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的第二变形例的结构图，
图4是用于说明本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的动作过程的流程图，
图5是本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置的结构图，以及
图6是用于说明本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置的动作过程的流程图。
具体实施方式
以下，参照附图来说明本发明所涉及的电动机驱动装置。
[实施例1]
首先，使用附图来说明本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置。在图1中，示出本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置101的结构图。本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置101具有逆变器电路1、驱动电路2、熔断器3、直流环节电流检测电路4以及直流环节过电流检测电路5。
逆变器电路1具备多个功率元件Tr1～Tr6和二极管D1～D6。逆变器电路1通过多个功率元件Tr1～Tr6的开关动作来将从直流环节部(未图示)的端子A、B提供的直流电流变换为交流电流并将该交流电流提供到电动机20。例如，在三相电动机的情况下，逆变器电路1由6个功率元件Tr1～Tr6及6个二极管D1～D6构成。能够将晶体管、FET(Field EffectTransistor：场效应晶体管)、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor：绝缘栅双极型晶体管)等用于功率元件Tr1～Tr6。
6个功率元件Tr1～Tr6中的Tr1为U相的上臂晶体管，Tr2为U相的下臂晶体管，两者以节点J连接。另外，从节点J向电动机20提供U相电流iU。通过第一电流检测部71检测U相电流iU。第一电流检测部71所检测出的U相电流iU的电流值被输出到电动机电流检测电路7。
另外，6个功率元件Tr1～Tr6中的Tr3为V相的上臂晶体管，Tr4为V相的下臂晶体管，两者以节点K连接。另外，从节点K向电动机20提供V相电流iV。通过第二电流检测部72检测V相电流iV。第二电流检测部72所检测出的V相电流iV的电流值被输出到电动机电流检测电路7。
另外，6个功率元件Tr1～Tr6中的Tr5为W相的上臂晶体管，Tr6为W相的下臂晶体管，两者以节点L连接。另外，从节点L向电动机20提供W相电流iW。
驱动电路2基于来自PWM控制电路9的PWM信号，来控制逆变器电路1的多个功率元件Tr1～Tr6的开关动作。PWM控制电路9基于位置指令或速度指令以及位置反馈或速度反馈来生成PWM信号。
熔断器3经由导体61、62而串联连接于直流环节部的端子A、B中的一个端子B与逆变器电路1的一个端子D之间。但是，熔断器3也可以经由导体而串联连接于直流环节部的端子A、B中的另一个端子A与逆变器电路1的另一个端子C之间。
直流环节电流检测电路4基于熔断器3两端的电压，来检测从直流环节部的端子A、B流向逆变器电路1的直流环节电流iDC。具体地说，对熔断器3的端子E、F之间的端子间电压进行测定，将测定出的电压值除以熔断器3的电阻值，由此计算直流环节电流iDC。
直流环节电流iDC的计算方法不限于上述那样的例子。在图2中，示出本发明的实施例1的第一变形例所涉及的电动机驱动装置102。如图2所示，也可以基于包括熔断器3和导体的一部分611、621的电路的两端的电压，来对从直流环节部的端子A、B流向逆变器电路1的直流环节电流iDC进行检测。具体地说，对包括熔断器3和导体的一部分611、621的电路的端子G、H之间的端子间电压进行测定。然后，将测定出的电压值除以熔断器3和导体的一部分611、621的电阻值，由此计算直流环节电流iDC。
并且，直流环节电流iDC的计算方法不限于上述那样的例子。在图3中，示出本发明的实施例1的第二变形例所涉及的电动机驱动装置103。如图3所示，也可以基于导体的一部分611的两端的电压，来对从直流环节部的端子A、B流向逆变器电路1的直流环节电流iDC进行检测。具体地说，对导体的一部分611的端子G与熔断器3的端子E之间的端子间电压进行测定。然后，将测定出的电压值除以导体的一部分611的电阻值，由此计算直流环节电流iDC。此外，在图3所示的例子中，示出了基于直流环节部的端子B与熔断器3的端子E之间的导体的一部分611的端子间电压来计算直流环节电流iDC的例子。然而，不限于这样的例子。即，也可以基于图2示出的逆变器电路1的端子D与熔断器3的端子F之间的导体的一部分621的端子间电压来计算直流环节电流iDC。
这样，直流环节电流检测电路4基于熔断器3两端的电压、包括熔断器3和导体61、62的一部分611、621的电路的两端的电压以及导体61、62的一部分611、612的两端的电压中的至少一个电压，来检测从直流环节部的端子A、B流向逆变器电路1的直流环节电流iDC。
在检测出的直流环节电流iDC超过规定的电流值iTH的情况下，直流环节过电流检测电路5检测出直流环节电流iDC为过电流，而向驱动电路2输出用于使多个功率元件Tr1～Tr6中的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。在此，优选的是，规定的电流值iTH被设定为比多个功率元件Tr1～Tr6中的至少一个功率元件会发生故障的电流值小的值。另外，也可以将规定的电流值iTH设定为比熔断器3熔断的电流值小的值。
驱动电路2按照来自直流环节过电流检测电路5的功率元件截止指令，不进行功率元件的PWM控制，而是立即对功率元件Tr1～Tr6中的处于导通状态的功率元件提供截止信号，来使功率元件截止。其结果，能够保护功率元件Tr1～Tr6免受过电流的损害。
接着，对本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的驱动方法进行说明。在图4中，示出用于说明本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置的动作过程的流程图。首先，在步骤S101中，电动机驱动装置101对电动机20(参照图1)进行驱动。此时，功率元件Tr1～Tr6中的某一个功率元件(例如Tr1和Tr4这两个)为导通状态，直流环节电流iDC从直流环节部的端子A经由端子C流向逆变器电路1。
接着，在步骤S102中，直流环节电流检测电路4对从逆变器电路1的端子D流向直流环节部的端子B的直流环节电流iDC进行检测。在此，假定直流环节电流iDC与流过功率元件Tr1～Tr6中的某一个功率元件的电流相等。与检测出的直流环节电流iDC的电流值有关的数据被输出到直流环节过电流检测电路5。
接着，在步骤S103中，直流环节过电流检测电路5判断直流环节电流iDC是否超过规定的电流值iTH。规定的电流值iTH能够预先存储在存储部(未图示)中。
直流环节过电流检测电路5在判断为直流环节电流iDC超过规定的电流值iTH的情况下，判定为直流环节电流iDC处于过电流的状态，而向驱动电路2输出用于使多个功率元件Tr1～Tr6中的处于导通状态的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。
另一方面，在直流环节过电流检测电路5判断为直流环节电流iDC为规定的电流值iTH以下的情况下，判定为直流环节电流iDC未处于过电流的状态，而返回步骤S102，继续电动机20的驱动，并进行直流环节电流iDC的检测。
如以上那样，根据本发明的实施例1所涉及的电动机驱动装置，在检测出直流环节电流为过电流之后，不进行功率元件的PWM控制，而是立即对功率元件提供截止信号，来使功率元件截止，因此能够保护功率元件免受过电流的损害。
[实施例2]
接着，使用附图来说明本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置。在图5中，示出本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置104的结构图。本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置104与实施例1所涉及的电动机驱动装置101的不同之处在于，还具有电动机电流检测电路7和直流环节电流校正电路8。本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置104的其它结构与实施例1所涉及的电动机驱动装置101中的结构相同，因此省略详细的说明。
在电动机驱动(控制)的之前阶段(测试模式)，在使多个功率元件Tr1～Tr6中的至少两个导通时，电动机电流检测电路7对流过电动机20的电动机电流iM进行检测。例如，在图5所示的例子中，电动机电流检测电路7对在使U相的上臂晶体管Tr1及V相的下臂晶体管Tr4导通且使其它晶体管截止时流过电动机20的电动机电流iM进行检测。
在图5所示的例子中，U相的上臂晶体管Tr1导通，U相的下臂晶体管Tr2截止。因此，从逆变器电路1的端子C流来的直流环节电流iDC如箭头所示那样经过U相的上臂晶体管Tr1，并作为U相的电动机电流iM而从节点J向电动机20提供。由第一电流检测部71检测该U相的电动机电流iM，检测结果被输出到电动机电流检测电路7。
另外，在图5所示的例子中，V相的上臂晶体管Tr3截止，V相的下臂晶体管Tr4导通。因此，作为V相的电动机电流iM，如箭头所示那样，从电动机20经由节点K经过V相的下臂晶体管Tr4流向逆变器电路1的端子D。该电流通过设置于直流环节部的端子B与逆变器电路1的端子D之间的直流环节电流检测电路4而被检测为直流环节电流iDC。
直流环节电流校正电路8对直流环节电流iDC的值进行校正，以使电动机电流iM的值与直流环节电流iDC的值相等。具体地说，直流环节电流校正电路8从电动机电流检测电路7获取与电动机电流iM的值有关的数据，并且从直流环节电流检测电路4获取与直流环节电流iDC的值有关的数据。然后，直流环节电流校正电路8将来自电动机电流检测电路7的与电动机电流iM的值有关的数据作为基准，来计算针对来自直流环节电流检测电路4的与直流环节电流iDC的值有关的数据的校正量。将来自电动机电流检测电路7的与电动机电流iM的值有关的数据作为基准的原因在于，相比于来自直流环节电流检测电路4的与直流环节电流iDC的值有关的数据，来自电动机电流检测电路7的与电动机电流iM的值有关的数据为更接近实际的电流的数据。
例如，设来自电动机电流检测电路7的与电动机电流iM的值有关的数据为100[A]，且来自直流环节电流检测电路4的与直流环节电流iDC的值有关的数据为101[A]。在该情况下，将校正量设为100/101，将来自直流环节电流检测电路4的与直流环节电流iDC的值有关的数据乘以100/101而得到的值设为直流环节电流iDC。直流环节电流校正电路8将校正后的直流环节电流iDC的值输出到直流环节过电流检测电路5。
之后，在校正后的直流环节电流iDC超过规定的电流值的情况下，直流环节过电流检测电路5检测出直流环节电流iDC为过电流，而向驱动电路2输出用于使多个功率元件Tr1～Tr6中的处于导通状态的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。
驱动电路2按照来自直流环节过电流检测电路5的功率元件截止指令，不进行功率元件的PWM控制，而是立即对功率元件提供截止信号，来使功率元件截止。其结果，能够保护功率元件Tr1～Tr6免受过电流的损害。
接着，对本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置的直流环节电流的校正方法进行说明。在图6中，示出用于说明本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置的动作过程的流程图。首先，在步骤S201中，使多个功率元件Tr1～Tr6中的至少两个功率元件导通。例如，如图5所示，逆变器电路1的U相的上臂晶体管Tr1及V相的下臂晶体管Tr4导通，因此直流环节电流iDC从直流环节部的端子A流向逆变器电路1。
接着，在步骤S202中，第一电流检测部71对从逆变器电路1流向电动机20的电动机电流iM进行检测。与检测出的电动机电流iM的电流值有关的数据经由电动机电流检测电路7被输出到直流环节电流校正电路8。
同时，直流环节电流检测电路4基于熔断器3的端子E、F之间的电压，将从逆变器电路1的端子D流向直流环节部的端子B的电流检测为直流环节电流iDC。与检测出的直流环节电流iDC的电流值有关的数据被输出到直流环节电流校正电路8。
接着，在步骤S203中，将来自电动机电流检测电路7的与电动机电流iM的值有关的数据作为基准，进行针对来自直流环节电流检测电路4的与直流环节电流iDC的值有关的数据的校正量的计算。此时，将校正量存储在直流环节电流校正电路8内。
接着，在步骤S204中，开始电动机的驱动。
接着，在步骤S205中，将向直流环节过电流检测电路5发送的直流环节电流iDC设为在直流环节电流校正电路8中对由直流环节电流检测电路4检测出的数据乘以上述的校正量而得到的数据，来判断检测出的直流环节电流iDC是否超过规定的电流值iTH。在判断为直流环节电流iDC的值超过规定的电流值iTH的情况下，在步骤S206中，判定为直流环节电流iDC处于过电流的状态，而向驱动电路2输出用于使多个功率元件Tr1～Tr6中的处于导通状态的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。
另一方面，在直流环节过电流检测电路5判断为直流环节电流iDC为规定的电流值iTH以下的情况下，返回步骤S204与步骤S205之间，继续电动机20的驱动，并进行直流环节电流iDC的检测。
如以上那样，根据本发明的实施例2所涉及的电动机驱动装置，将检测出的直流环节电流iDC的值与实际流过电动机的电动机电流iM的值进行比较并进行校正使得检测出的直流环节电流iDC与电动机电流iM相等，在此基础上判断直流环节电流iDC是否处于过电流的状态，因此能够准确地判断是否存在过电流状态。
根据本发明的实施例所涉及的电动机驱动装置，在检测出从直流环节部流向逆变器电路的直流环节电流为过电流之后，不进行逆变器电路的PWM控制，而是立即对逆变器电路的功率元件提供截止信号，来使功率元件截止，由此能够进行功率元件的保护。

Claims (2)

1.一种电动机驱动装置，其特征在于，具有：
逆变器电路，其通过多个功率元件的开关动作，将从直流环节部的端子提供的直流电流变换为交流电流并将该交流电流提供到电动机；
驱动电路，其对所述逆变器电路的所述多个功率元件的开关动作进行控制；
熔断器，其经由导体而串联连接于所述直流环节部的端子中的一个端子与所述逆变器电路的一个端子之间；
直流环节电流检测电路，其基于所述熔断器两端的电压、包括所述熔断器和所述导体的一部分的电路的两端的电压以及所述导体的一部分的两端的电压中的至少一个电压，来检测从所述直流环节部的端子流向所述逆变器电路的直流环节电流；以及
直流环节过电流检测电路，在检测出的所述直流环节电流超过规定的电流值的情况下，该直流环节过电流检测电路检测出所述直流环节电流为过电流，而向所述驱动电路输出用于使所述多个功率元件中的至少一个功率元件截止的功率元件截止指令。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其特征在于，还具有：
电动机电流检测电路，其检测在使所述多个功率元件中的至少两个功率元件导通时流过电动机的电动机电流；以及
直流环节电流校正电路，其对所述直流环节电流的值进行校正，以使所述电动机电流的值与所述直流环节电流的值相等。
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