CN109217745A - 计算装置和处理装置 - Google Patents

Abstract

本申请涉及计算装置和处理装置。计算装置100包括：编码器101，其被配置为检测具有至少三相或更多相位的PWM信号在每个相位中的上升沿；以及寄存器103，其被配置为在具有相应相位的PWM信号上升之后和在通过所述PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处，存储针对每个相位的经AD转换的电流值与先前经AD转换的电流值之间的差值。

Description

计算装置和处理装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2017年6月29日提交的日本专利申请No.2017-127794并要求其优先权权益，其全部内容通过引用并入本文。

技术领域

本公开涉及计算装置和处理装置。例如，本公开涉及用于控制电机的计算装置和处理装置。

背景技术

在现有技术中，三相无刷电机被称为三相电机。三相无刷电机由于它没有电刷磨损而具有很高的耐用性，并且因此得到了广泛的应用。最常见的三相无刷电机通过对三相线圈施加三相交流电来生成旋转转矩。方波已被广泛用作三相电流，因为用它们很容易制造驱动电路。然而，近年来，正弦波已被用于控制正弦波电流驱动，从而实现改善的安静性和驱动效率。此外，精确控制三相正弦电流的幅度和相位的矢量控制正变得常见。

对于矢量控制，检测至少两相的相电流是必要的。例如，日本未审专利申请公开No.2006-353073公开了一种逆变器装置。在该逆变器装置中，在三相的下臂开关元件中的两相的下臂开关元件与直流电源的负极侧之间提供分路电阻器。从载波周期内的上臂开关元件的导通时段开始，在全部三相中删除相同的导通时段，并且检测针对提供有分路电阻器的相位中的两相的相电流。然后，逆变器装置能够以紧凑的大小和高的抗振性来检测相电流，而不需要开发复杂的控制软件并且不会产生电流失真。

然而，为了检测针对两相的相电流而使用两个电流传感器是昂贵的。为了解决这个问题，存在这样一种方法，其中一个电流传感器检测逆变器和DC电源之间的总线电流，并且从检测到的电流再现原始相电流(至少针对两相)。这种方法被称为一分路电流检测方法(单分路电流检测方法)。在这种一分路电流检测方法中，通过在适当的定时对电流传感器的输出信号进行采样，可以检测电压电平变为最大时的相位的相电流(最大相位)和电压变为最小时的相位的相电流(最小相位)，即检测针对两相的电流。

在一分路电流检测方法中，仅当PWM(脉宽调制)逆变器的三相中的PWM逆变器的一相或两相导通时才出现总线电流。因此，为了从总线电流获得针对两相的电流电平，对两个总线电流电平进行采样是必要的，这两个总线电流电平是仅有一个相位导通的部分中的总线电流电平以及两个相位导通的部分中的总线电流电平。在一分路电流检测方法中，电流传感器的数量减少为一，从而传感器的成本低。

但是，由于三相PWM脉冲是PWM调制的三相正弦电流，所以两个脉冲宽度可能彼此接近或相等。在两个脉冲宽度彼此接近或相等的定时附近，要被采样的总线电流部分非常短。因此，电压的最大相位和中间相位彼此接近，或者电压的最小相位和中间相位彼此接近，由此使得针对两相的电流不能被检测到。

日本未审专利申请公开No.2012-65473公开了一种方法：确定与三相的脉冲宽度相对应的三相的电压电平的大小关系，以脉冲宽度的降序顺序重新排列脉冲宽度的电压电平，决定能够检测两相电流的脉冲的偏移量，检测来自偏移脉冲波形的电流以决定用于AD转换的定时，并根据脉冲波形评估检测到的电流处于哪个相位。通过这样做，以两个PWM脉冲宽度彼此不接近的方式检测针对两相的电流。

发明内容

然而，在日本未审专利申请公开No.2012-65473中，每个过程中的计算量较大，并且因此存在如下问题：需要花费时间获得每个相位的驱动电流值，并且控制周期变长。另一个问题是：电机的长的控制周期导致控制系统的稳定性恶化。

根据以下对说明书和附图的描述，现有技术的其他问题和本公开的新特征将变得显而易见。

一个示例方面是一种计算装置，其在具有相应相位的PWM上升之后和在PWM信号指定的定时处在逆变器总线电流值和先前经AD转换的电流值之间的差值的AD转换之后的定时处存储针对每个相位的经AD转换的电流值。

根据上述示例方面，可以在短时间内用少量计算来获得每个相位的驱动电流值，从而减少控制周期。

附图说明

从以下结合附图对特定实施例的描述中，上述和其他方面、优点和特征将变得更加显而易见，其中：

图1是示出根据实施例的概述的计算装置的配置的框图；

图2是示出根据第一实施例的计算装置的示意配置的框图；

图3是与根据第一实施例的计算装置的操作相关的定时图；

图4A是示出根据第二实施例的计算装置的示意配置的框图；

图4B是示出根据第二实施例的计算装置的示意配置的框图；

图5是与PWM偏移中的比较寄存器相关的定时图；

图6是示出在一分路电流检测方法中的电流检测部分的示例的定时图；

图7是示出一分路电流检测的切换模式的示例的电路图；和

图8是示出一分路电流检测的切换模式的示例的电路图。

具体实施方式

为了使说明清楚，以下描述和附图可以适当地省略或简化。此外，作为执行各种处理的功能块的在附图中示出的每个元件可以由CPU(中央处理单元)、存储器和其他电路以硬件形成，并且可以通过以软件加载到存储器中的程序来实现。因此，本领域技术人员将理解，这些功能块可以通过仅硬件、仅软件或其组合而以各种方式来实现，没有任何限制。遍及附图，相同的组件由相同的附图标记来标注，并且将适当地省略重复的描述。

(实施例的概述)

图1是示出根据实施例的概述的计算装置的配置的框图。在图1中，计算装置100包括编码器101、AD转换器102、寄存器103、ADC寄存器104和减法器105。

编码器101检测具有至少三相或更多相位的PWM信号在每个相位中的上升沿。例如，由于PWM信号是矩形信号，所以编码器101在PWM信号从低电压状态改变为高电压状态时检测信号的上升沿。然后，编码器101将检测结果输出到寄存器103。

AD转换器102在由PWM信号指定的定时处AD转换逆变器总线电流值，并将经AD转换的电流值输出到减法器105。

ADC寄存器104存储经AD转换的电流值。

减法器105从AD转换器102输出的结果中减去存储在ADC寄存器104中的电流值，并获得经AD转换的电流值之间的差。然后，减法器105将经AD转换的电流值之间的差输出到寄存器103。

寄存器103在具有相应相位的信号上升之后和在通过PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处存储针对每个相位的经AD转换的电流值之间的差。

如上所述，根据实施例的概述的计算装置在具有相应相位的信号上升之后和在由PWM信号指定的定时处逆变器总线电流值的AD转换之后的定时处存储针对具有至少三相或更多相位的PWM信号的经AD转换的电流值之间的差。通过这样做，根据实施例的概述的计算装置可以在短时间内以小的计算量来获得每个相位的驱动电流值。

第一实施例

图2是示出根据第一实施例的计算装置的概况配置的框图。在图2中，计算装置200检测具有三相的PWM信号在每个相位中的驱动电流值和驱动电流。在图2中，计算装置200包括编码器201、AD转换器202、寄存器203、ADC寄存器204和减法器205。在图2中，寄存器203包括寄存器203-1、寄存器203-2和寄存器203-3。

编码器201将检测到U相PWM信号的上升沿的结果WEU输出到寄存器203-1。类似地，编码器201将检测到V相PWM信号的上升沿的结果WEV输出到寄存器203-2。此外，编码器201将检测到W相PWM信号的上升沿的结果WEW输出到寄存器203-3。

AD转换器202在由PWM信号指定的定时处对逆变器总线电流值进行AD转换，并将经AD转换的电流值输出到ADC寄存器204和减法器205。

ADC寄存器204存储经AD转换的电流值。然后，ADC寄存器204将所存储的电流值输出到减法器205。

减法器205从AD转换器202输出的结果中减去存储在ADC寄存器204中的电流值。也就是说，减法器205从当前经AD转换的电流值中减去先前经AD转换的电流值，从而获得在经AD转换的电流值之间的差。然后，减法器205将经AD转换的电流值之间的差输出到寄存器203-1、寄存器203-2和寄存器203-3。

寄存器203-1存储在U相信号上升之后和在通过PWM信号所获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处的经AD转换的电流值之间的差。类似地，寄存器203-2存储在V相信号上升之后和在通过PWM信号所获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处的经AD转换的电流值之间的差。类似地，寄存器203-3存储在W相信号上升之后和在通过PWM信号所获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处的经AD转换的电流值之间的差。

接下来，将描述计算装置200通过存储经AD转换的电流值之间的差来获得每个相位的电流值的操作。图3是与根据第一实施例的计算装置相关的操作的定时图。在图3中，横轴表示时间，纵轴表示每个信号的电平。

具有U相、V相和W相的三相的PWM信号是用于驱动要被控制的对象(例如，无刷电机)的脉宽调制信号。通过逆变器等将PWM信号转换成用于驱动要被控制的对象的正弦波信号。如图3中所示，在时刻t11处，PWM信号(V相)上升。编码器201检测到V相PWM信号的上升沿。然后，编码器201将检测到上升沿的结果WEV输出到寄存器203-2。

接下来，在时间t12处，ADC寄存器204存储在时间t11之前已经被AD转换的偏移值Vos。然后，AD转换器202对在时间t12处检测到的电流值Iv+Vos进行AD转换。减法器205从AD转换器202的经AD转换的电流值Iv+Vos中减去存储在ADC寄存器204中的偏移值Vos。然后，减法器205将获得的差值Iv输出到寄存器203-1、203-2和203-3。

响应于接收到检测到上升沿的结果WEV和AD转换的完成定时二者，寄存器203-2将差值Iv存储为REGV。另一方面，由于寄存器203-1和203-3没有接收到检测到上升沿的结果WEU和WEW，所以它们不存储差值Iv。

注意，时间t12可以是在PWM信号(V相)上升的时间t11与另一PWM信号上升的时间t13之间的任何时间。优选地，期望的是，时间t12是PWM信号(V相)上升的时间t11与另一PWM信号上升的时间t13之间的中间时间。

接下来，在时间t13处，PWM信号(U相)上升。编码器201检测到U相PWM信号的上升沿。然后，编码器201将检测到上升沿的结果WEU输出到寄存器203-1。

接下来，在时间t14处，ADC寄存器204存储在时间t12处已经被AD转换的值Iv+Vos。然后，AD转换器202对在时间t14处检测到的电流值Iv+Iu+Vos进行AD转换。减法器205从AD转换器202的经AD转换的电流值Iv+Iu+Vos中减去存储在ADC寄存器204中的值Iv+Vos。然后，减法器205将获得的差值Iu输出到寄存器203-1、203-2和203-3。

响应于接收到检测上升沿的结果WEU和AD转换的完成定时二者，寄存器203-1将差值Iu存储为REGU。另一方面，由于寄存器203-2和203-3没有接收到检测到上升沿的结果WEV和WEW，所以它们不存储差值Iu。

接下来，在时刻t15处，PWM信号(W相)上升。编码器201检测到W相PWM信号的上升沿。然后，编码器201将检测到上升沿的结果WEW输出到寄存器203-3。

接下来，在时间t16处，ADC寄存器204存储在时间t14处已经被AD转换的值Iv+Iu+Vos。然后，AD转换器202对在时间t16处检测到的电流值Iu+Iv+Iw+Vos(＝Vos)进行AD转换。减法器205从由AD转换器202AD转换的电流值Iu+Iv+Iw+Vos(＝Vos)中减去存储在ADC寄存器204中的值Iv+Iu+Vos。然后，减法器205将获得的差值Iw输出到寄存器203-1、203-2和203-3。

响应于接收到检测到上升沿的结果WEW和AD转换的完成定时二者，寄存器203-3将差值Iw存储为REGW。另一方面，由于寄存器203-1和203-2没有接收到检测到上升沿的结果WEU和WEV，所以它们不存储差值Iw。

通过上述操作可以获得各相驱动电流的检测值。

如上所述，根据第一实施例的计算装置存储经AD转换的电流值之间的差，即，通过从当前经AD转换的电流值中减去先前经AD转换的电流值而获得的值。这消除了评估检测到的电流处在哪个相位的需要，从而简化了计算并缩短了控制周期。此外，开发工时可以减少，安装也很容易。

第二实施例

在第二实施例中，将描述计算装置100的外围电路的配置。图4A和图4B是示出根据第二实施例的计算装置的概况配置的框图。在图4A和图4B中，处理装置400包括比较寄存器重排单元401、非对称PWM发生器402、AD定时发生器403、比较寄存器404、比较寄存器反向重排单元405、PWM调制器420、三相逆变器430和计算装置200。

比较寄存器404存储基于电流控制器410输出的命令电压而设置的U相、V相和W相的比较寄存器值。每个比较寄存器值确定U、V和W相的每一个的切换(toggle)定时以便输出PWM。

比较寄存器重排单元401比较存储在三个比较寄存器U、V、W(404)中的比较寄存器值，并确定它们之间的大小关系。然后，比较寄存器重排单元401按照比较寄存器值的降序重新排列U相、V相、W相比较寄存器值中的比较寄存器值，并按照比较寄存器值的降序顺序分别将它们输出为高、中和低。也就是说，在具有U相、V相和W相的比较寄存器值中，比较寄存器重排单元401将具有最大值的信号输出为高、将具有第二大值的信号输出为中、并将具有最小值的信号输出为低。

非对称PWM发生器402基于三个比较寄存器值之间的大小关系和输入偏移量，生成高上游比较寄存器值、高下游比较寄存器值、中上游和下游比较寄存器值、低上游比较寄存器值和低下游比较寄存器值。在这里，上游比较寄存器值是当PWM调制器420中包括的PWM定时器生成具有三角波的PWM生成载波时的递增计数时确定PWM切换点的寄存器值。下游比较寄存器值是当PWM定时器生成具有三角波的PWM生成载波时的递减计数时确定PWM切换点的寄存器值。

具体地，图4A的非对称PWM发生器402使用U、V和W相PWM比较寄存器中具有第二大比较寄存器值(中)的信号的上升定时作为参考，以决定具有最大比较寄存器值(高)的信号和具有最小比较寄存器值(低)的信号的上升定时。

具有第二大值的比较寄存器值不改变，并被用作上游和下游比较寄存器值。

对于最大比较寄存器值，通过将偏移量加到第二大比较寄存器值上而获得的值被用作上游比较寄存器值，并且通过从将最大比较寄存器值倍增所获得的值中减去上游比较寄存器值而获得的值被用作下游比较寄存器值。

对于最小比较寄存器值，通过从第二大比较寄存器值中减去偏移量而获得的值被用作上游比较寄存器值，并且通过从将最小比较寄存器值倍增所获得的值中减去上游比较寄存器值而获得的值被用作下游比较寄存器值。注意，非对称PWM发生器402不改变仅通过偏移比较寄存器值而生成的PWM信号的占空比。

如上所述，非对称PWM发生器402可以根据输入偏移量校正相应比较寄存器的值，并创建具有足够电流检测部分的PWM模式。然而，只有当控制电路(未示出)确定从比较寄存器重排单元401输出的在高和中间之间的差以及在中和低之间的差超过AD转换所需的时间时，比较寄存器的值才被校正。

当确定有足够的时间用于AD转换时，使用从比较寄存器重排单元401输出的比较寄存器值来生成高、中和低的上游比较寄存器值和下游比较寄存器值。

也就是说，如图5中所示，非对称PWM发生器402将从具有第二大比较寄存器值的信号的上升定时提前了预定偏移量的定时设置为具有最大比较寄存器定时的信号的上升定时。然而，当具有第二大比较寄存器值(中)的信号的上升定时离具有最大比较寄存器值(高)的信号的上升定时远大于预定偏移量时，非对称PWM发生器402不改变具有最大比较寄存器值(高)的信号的上升定时。

然后，非对称PWM发生器402将从具有第二大比较寄存器值的信号的上升定时延迟了预定偏移量的定时设置为具有最大比较寄存器值的信号的上升定时。然而，当具有第二大比较寄存器值(中)的信号的上升定时离具有最小比较寄存器值(低)的信号的上升定时远大于预定偏移量时，非对称PWM发生器402不改变具有最小比较寄存器值(低)的信号的上升定时。

以这种方式，非对称PWM发生器402创建PWM模式。在图4A中所示的非对称PWM发生器402中，通过基于控制电路(未示出)的确定用开关进行切换，通过加上移位量而获得的值和不加上移位量的值之一被输出。

响应于来自比较寄存器重排单元401的模式信息，比较寄存器反向重排单元405将由非对称PWM发生器402生成的与高、中和低相对应的上游比较寄存器值和下游比较寄存器值与U相、V相和W相相关联。响应于与每个相位相关联的比较寄存器值，PWM调制器420生成用于三相逆变器430的控制信号。

与随时偏移PWM的情况相比，通过仅在必要时如上所述地偏移PWM，可以减小电压的谐波分量。此外，非对称PWM发生器402将所生成的高上游比较寄存器值、中上游和下游比较寄存器值以及低上游比较寄存器值输出到AD定时发生器403。

AD定时发生器403根据比较寄存器的校正值将AD定时设置在电流检测部分的中心处。以这种方式将AD定时设置在电流检测部分的中心处实现了精确电流检测。然后，AD定时发生器403将所设置的AD定时输出到计算装置200。

计算装置200在具有相应相位的信号上升时以及在设置通过PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值时的AD定时处存储针对每个相位的经AD转换的电流值，从而获得每个相位的驱动电流值。

利用上述配置，处理装置400可以获得每个相位的驱动电流值并实现电机控制。接下来，将描述处理装置400的操作。图5是与PWM偏移时与比较寄存器相关的定时图。在图5中，横轴表示时间，纵轴表示每个信号的电平。图5的上部的三角波是用于PWM产生的载波，并指示针对PWM的一个周期的定时器的计数值。图5的下部示出了U相、V相和W相中的每一个的下臂的PWM信号。

接下来，将描述一分路电流检测。优选地在上述定时处存储在第一实施例中检测到的利用一分路电流检测来存储的电流值(以及各实施例和第一实施例的概述)。

图6是示出一分路电流检测方法中的电流检测部分的示例的定时图。在图6中，横轴表示时间，纵轴表示每个相位的PWM信号的电平。在图6中，电流检测部分601指示图7的开关元件桥的断开和闭合状态。另外，在图6中，电流检测部分602指示图8的开关元件桥的断开和闭合状态。

例如，图4A的AD定时发生器403分别将AD定时设置在电流检测部分601和602中的时段的中心处。

图7是示出一分路电流检测的切换模式的示例的电路图。如图7中所示，在电源701的下游侧上的开关元件桥703、705和707被捆扎并连接到地(GND)，并且在电源701的上游侧上的开关元件桥702、704和706被捆扎并连接到DC电源。由于总线电流流向接地侧或电源侧上的公共线(总线)，所以它被电流传感器708检测到。该方法被称为一分路电流检测方法。

在图7中所示的电路中，将电流传感器708插入在电源701的下游侧上的捆绑的开关元件桥703、705和707的连接与地(GND)之间以检测总线电流。如上所述，可以将电流传感器708插入电源侧。然而，优选地，将电流传感器708插入GND侧，因为GND侧具有比电源侧更低的电压电平，并且因此经常可以使用诸如放大器之类的电路元件。

例如，可以将电流传感器708插入在电阻器和GND之间，以通过放大器放大电阻器两端之间的电压，并且从而获得与总线电流成比例的检测值。注意，电流传感器708可以使用磁性方法而不是电阻方法。

根据断开和闭合每个上游开关元件桥702、704和706以及下游开关元件桥703、705和707的定时，可以检测三个相电流值中的一个。

在图7中，通过闭合开关元件桥703、704和706，电流传感器708可以检测V相和W相驱动电流值的和(即，U相电流值)。

图8是示出一分路电流检测的切换模式的示例的电路图。在图8中，通过闭合开关元件桥703、705和706，电流传感器708可以检测W相的驱动电流值。

如上所述，根据第二实施例的处理装置在具有至少三相或更多相位的PWM信号上升之后并且在通过PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处存储针对每个相位的经AD转换的电流值。通过这样做，根据第二实施例的计算装置可以在短时间内通过少量的计算来获得每个相位的驱动电流值。

此外，根据第二实施例的处理装置消除了对评估检测到的电流处于哪个相位的步骤的需要，由此使得计算更容易，减少了开发工时并且使安装很容易。

注意，上述计算和处理可以通过程序来执行。程序可以使用任何类型的非瞬态计算机可读介质来进行存储并提供给计算机。非瞬态计算机可读介质包括任何类型的有形存储介质。非瞬态计算机可读介质的示例包括磁存储介质(诸如软盘、磁带、硬盘驱动器等)、光磁存储介质(例如磁光盘)、CD-ROM(光盘只读存储器)、CD-R(可记录压缩盘)、CD-R/W(可重写压缩盘)以及半导体存储器(诸如掩模ROM、PROM(可编程ROM)、EPROM(可擦除PROM)、闪存ROM、RAM(随机存取存储器)等)。程序可以使用任何类型的瞬态计算机可读介质而被提供给计算机。瞬态计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬态计算机可读介质可以经由有线通信线路(例如，电线和光纤)或无线通信线路将程序提供给计算机。

虽然已经基于实施例详细描述了本发明人做出的本公开，但是本公开不限于上述实施例。显而易见的是，可以在不脱离本公开的范围的情况下进行各种修改。例如，尽管第一实施例和第二实施例已经描述了具有三相的PWM信号，但是它们可以被应用于具有四相或更多相位的PWM信号。

本领域普通技术人员可以根据需要组合第一实施例和第二实施例。

虽然已经根据若干实施例描述了本发明，但是本领域技术人员将认识到，可以在所附权利要求的精神和范围内以各种修改来实践本发明，并且本发明不限于上述示例。

此外，权利要求的范围不受上述实施例的限制。

另外，注意：申请人的意图是包含所有权利要求元素的等同物——即使稍后在申请期间被修改。

Claims (5)

1.一种计算装置，包括：

编码器，所述编码器被配置为检测具有至少三相或更多相位的PWM信号在每个相位中的上升沿；和

寄存器，所述寄存器被配置为在具有相应相位的PWM信号上升之后以及在通过所述PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处，存储针对每个相位的在经AD转换的电流值和先前经AD转换的电流值之间的差。

2.根据权利要求1所述的计算装置，还包括AD转换器，所述AD转换器被配置为对通过所述PWM信号获得的所述电机的驱动信号的电流值进行AD转换，其中所述寄存器存储针对每个相位的由所述AD转换器AD转换后的所述电流值。

3.根据权利要求2所述的计算装置，还包括：一分路电流检测方法的电流传感器，所述电流传感器被配置为通过使用一个检测元件切换多个相位中的电流来检测电流，其中所述AD转换器对由所述电流传感器检测到的电流值进行AD转换。

4.根据权利要求1所述的计算装置，还包括：

ADC寄存器，所述ADC寄存器被配置为存储所述先前经AD转换的电流值；和

减法器，所述减法器被配置为从所述经AD转换的电流值中减去所述先前经AD转换的电流值并获得差值，其中所述寄存器存储由所述减法器获得的所述差值。

5.一种处理装置，包括：

比较寄存器重排单元，所述比较寄存器重排单元被配置为比较具有相应相位的PWM信号并确定它们之间的大小关系；

PWM发生器，所述PWM发生器被配置为基于所述PWM信号之间的所述大小关系来生成PWM模式；

AD定时发生器，所述AD定时发生器被配置为基于所述PWM模式设置用于AD转换的定时；和

计算装置，包括：

编码器，所述编码器被配置为检测具有至少三相或更多相位的PWM信号在每个相位中的上升沿；和

寄存器，所述寄存器被配置为：在具有相应相位的所述PWM信号上升之后和在通过所述PWM信号获得的电机的驱动信号的电流值的AD转换之后的定时处，存储针对每个相位的经AD转换的电流值。