CN110168913B - 电动机驱动装置 - Google Patents

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Abstract

根据实施方式，电动机驱动装置的控制电路根据电动机的旋转位置来启动第一计时器，基于其计时时间来控制构成逆变器电路的正侧开关元件的接通定时，进行向电动机的通电。另外，根据所述接通定时来启动第二计时器，基于其计时时间来控制正侧开关元件的断开定时，并且使对置的两个臂的负侧开关元件为接通状态而流过回流电流，然后将向电动机的通电方向切换。当在所述接通定时之前，旋转位置成为使第一计时器启动的位置时，对预定在所述接通定时进行的、正侧开关元件的接通以及第二计时器的启动进行执行。

Description

电动机驱动装置
技术领域
本发明的实施方式涉及电动机驱动装置。
背景技术
近年来，出于节能、静音化的观点，多数使用无刷DC电动机。对于无刷DC电动机，需要根据转子的位置来切换通电定时。因此，通过霍尔传感器等磁极位置传感器来检测转子的位置，根据传感器信号的边缘来切换对电动机的通电定时而使其驱动。
在该情况下，能够通过比传感器信号的边缘到来的定时更早地切换通电定时来进行超前角(Advance angle)控制、或变更通电时间来调整电动机电流。这种控制例如能够使用计时器(timer)来实现。例如，考虑从传感器信号的边缘的定时起使计时器1的计时开始，在该计时器的中断等中开始通电，并且使计时器2的计时开始，在该计时器的中断等中使通电结束。另外，作为使用计时器进行的无刷DC电动机的通电控制的一个例子而提示出专利文献1。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：日本特开2005－117895号公报
发明内容
发明将要解决的课题
然而，在上述那样的构成中，也设想例如若电动机急剧加速等而传感器信号的边缘间隔变短，则在通电时间的完成之前产生下一个边缘，或产生下一个通电定时，从而成为异常的通电状态，流过大电流。
因此，提供一种电动机驱动装置，该电动机驱动装置在控制中使用两个计时器时，能够防止控制的失败，并且能够进行更低的超前角的控制。
用于解决课题的手段
实施方式的电动机驱动装置具备：电力转换电路，将由正侧以及负侧开关元件的串联电路构成的多个臂并联连接而构成，驱动电动机；
控制电路，为了控制所述电动机，生成并输出针对构成所述电力转换电路的各开关元件的接通断开信号；以及
旋转位置检测部，检测所述电动机的旋转位置，
所述控制电路具备第一计时器以及第二计时器，
根据所述旋转位置来启动所述第一计时器，基于所述第一计时器的计时时间来控制所述正侧开关元件的接通定时，从而进行向所述电动机的通电，
根据所述接通定时来启动所述第二计时器，基于所述第二计时器的计时时间来控制所述正侧开关元件的断开定时，并且使对置的两个臂的负侧开关元件为接通状态，从而流过回流电流后将向所述电动机的通电方向切换，
当在所述接通定时之前、所述旋转位置成为使所述第一计时器启动的位置时，对预定在所述接通定时进行的、所述正侧开关元件的接通以及所述第二计时器的启动进行执行。
附图说明
图1是第一实施方式，并且是表示电动机驱动装置的构成的图。
图2是表示设想现有技术的通常动作的时序图。
图3是表示与旋转位置信号的边缘产生相伴随的中断处理的流程图。
图4是表示计时器1中断处理的流程图。
图5是表示计时器2中断处理的流程图。
图6是表示异常产生时的动作的时序图(其1)。
图7是表示异常产生时的动作的时序图(其2)。
图8是表示本实施方式中的与旋转位置信号的边缘产生相伴随的中断处理的流程图。
图9是表示计时器1中断处理的流程图。
图10是表示异常产生时的动作的时序图(其1)。
图11是表示异常产生时的动作的时序图(其2)。
图12是表示图6所示的异常产生时所对应的实际的各信号波形的图。
图13是表示图10所示的异常产生时所对应的实际的各信号波形的图。
图14是表示图7所示的异常产生时所对应的实际的各信号波形的图。
图15是表示图11所示的异常产生时所对应的实际的各信号波形的图。
具体实施方式
以下，参照附图对一个实施方式进行说明。在表示电动机驱动装置的构成的图1中，直流电源1并联连接着平滑电容器2、电阻元件3以及4的串联电路、和逆变器电路5。相当于电力转换电路的逆变器电路5是对四个N沟道MOSFETQ1～Q4进行H桥连接而构成的。而且，在作为FET_Q1以及Q2的串联电路的臂的共用连接点和作为FET_Q3以及Q4的串联电路的臂的共用连接点之间，连接有单相无刷DC电动机6的未图示的定子绕组。另外，FET_Q1以及Q3与正侧半导体开关元件对应，FET_Q2以及Q4与负侧半导体开关元件对应。
FET_Q1～Q4可通过控制微型计算机7进行开关控制。相当于控制电路的控制微机7分别经由栅极驱动电路8～11向各FET_Q1～Q4的栅极输出栅极驱动信号。电阻元件3以及4的共用连接点连接于控制微机7的输入端子。控制微机7利用A/D转换器12将直流电源1的分压后的电压进行A/D转换并读取。
另外，在电动机6配置有霍尔传感器13，霍尔传感器13的输出端子连接于控制微机7的输入端子。霍尔传感器13检测在电动机6的转子配置的永久磁体的磁场，并将旋转位置信号向控制微机7输出。控制微机7根据所述旋转位置信号，切换相对于电动机6的定子绕组的通电方向、即电动机6的旋转方向。霍尔传感器13相当于旋转位置检测部。
在将逆变器电路5和直流电源1的负侧端子即接地之间连接的电源线中，插入有作为电流检测部的电阻元件14。电阻元件14的逆变器电路5侧的端子连接于控制微机7的输入端子，控制微机7利用A/D转换器12对电阻元件14的端子电压进行A/D转换并读取。
控制微机7具备第一PWM电路15以及第二PWM电路16，第一PWM电路15向FET_Q1以及Q2侧输出栅极信号，第二PWM电路16向FET_Q3以及Q4侧输出栅极信号。控制微机7具备分别内置有计时器1以及计时器2的计时器1控制部17以及计时器2控制部18。计时器1以及2是可编程的，分别相当于第一以及第二计时器。计时器1在霍尔传感器13所输出的旋转位置信号的边缘启动，使用于电动机6的超前角控制。计时器2在计时器1的计时结束时启动，使用于FET_Q1以及Q3的通电时间控制。
如公知那样，在H桥型的逆变器电路5中，通过同时接通FET_Q1以及Q4，对电动机6的定子绕组进行例如正向的通电，通过同时接通FET_Q2以及Q3，对该绕组进行反向的通电。
＜设想现有技术的说明＞
这里，为了便于说明，参照图2至图7说明如以下那样设想的现有技术。其能够通过上述的控制微机7的构成实现，如图2所示，成为以下的(1)～(3)那样的控制序列。另外，图3是与旋转位置信号的边缘产生相伴随的中断处理的流程图，图4是计时器1中断处理的流程图，图5是计时器2中断处理的流程图。
(1)在霍尔传感器13所输出的旋转位置信号的边缘(图3；开始)，使计时器1启动(S7)。此时，在计时器1中，为了使用到前次为止的旋转位置信号的边缘间隔时间(S1)，实现与所输入的电动机6的超前角指令相应的超前角，设定从信号边缘起的延迟时间(S6)。另外，图3所示的步骤S5的“内部动作指令＝输出接通”是由逆变器电路5赋予了对电动机6进行驱动的指令的状态。
(2)若对计时器1所设定的时间进行计时，则产生计时器1中断(图4；开始)。在伴随着该中断的处理中，如果信号边缘是“上升”(S12；H)，则使FET_Q1接通(S22)，如果信号边缘是“下降”(S12；L)，则使FET_Q3接通(S16)并开始向电动机6的通电。然后，使计时器2启动(S18)。此时，在计时器2中设定与通电指令相应的通电时间(S17)。另外，为了防止误动作，使计时器1停止(S11)，清除计时器1中断标志(S11a)。
另外，在使FET_Q1接通的时刻，下述(3)的控制中的计时器2的计时在过去完成，伴随于此，FET_Q4已接通，因此成为FET_Q1→Q4方向的通电。同样，在使FET_Q3接通的时刻，FET_Q2已接通，因此成为FET_Q3→Q2方向的通电。
(3)若对计时器2所设定的时间进行计时，则产生计时器2中断(图5；开始)。在伴随着该中断的处理中，使根据现状的通电方向而接通的正侧的FET_Q1或者Q3断开(S40、S36)。另外，在使FET断开之前，使利用电阻元件14检测的电流的A/D转换开始(S31)。然后，与计时器1相同，为了防止误动作，使计时器2停止(S33)。
另外，若在步骤S36中将FET_Q3以及Q4断开，在步骤S40中将FET_Q1以及Q2断开，则在步骤S37、S41中进行死区时间调整之后，在步骤S38、S42中使FET_Q4、Q2接通。由此，在逆变器电路5中流过回流电流，向电动机6的通电电流成为“续流”状态(S39)。接下来，若产生旋转位置信号的相反方向的边缘，则转移到(1)。
相对于该现有技术，设想产生了以下那样的异常的情况。在现有技术中，未应对异常的产生。在图6所示的情况下，使电动机6急加速等，旋转位置信号的边缘的到来提前，所以在计时器1的计时动作完成之前、换言之是经过超前角用延迟时间之前，产生了下一个计时器1的启动条件。由此，不能进行所希望的控制。
另外，在图7所示的情况下，同样，旋转位置信号的边缘的到来提前，从而在计时器2的计时动作完成之前、换言之是经过通电时间之前，产生了下一个计时器1的停止条件。由此，仍然不能进行所希望的控制。
＜基于本实施方式的异常对应＞
因此，在本实施方式中，为了应对上述异常的产生，在图8所示的与边缘产生相伴随的中断处理中，追加新的步骤S51～S54，并且也执行计时器1中断处理中的步骤S12～S22。在步骤S7的执行后，将“计时器1标志”设为ON之后结束(S54)处理。然后，如果在步骤S5中判断为“是”，则判断“计时器1标志”是否为OFF(S51)，如果不是OFF(是)，则执行步骤S12～S22。
在执行步骤S18后，将“计时器1标志”设为OFF(S52)，使计时器1的计时动作停止，并且将“计时器1中断标志”清除(S53)。然后，执行步骤S6以及S7。另外，若在步骤S51中判断为“否”，则转移至步骤S6。
另外，在图9所示的计时器1中断处理中，追加新的步骤S55～S58，并且也执行计时器2中断处理中的步骤S31～S42。在执行步骤S11后，判断当前的通电状态是否为“续流中”(S55)，如果不是“续流中”(否)，则暂时使A/D转换处理停止(S56)，然后执行步骤S31～S42。然后，转移至步骤S12。在步骤S55中判断为“是”的情况下，也转移至步骤S12。在执行步骤S16、S22后，使计时器2停止(S57)，执行步骤S17以及S18，然后将计时器1标志设为OFF(S58)。另外，关于计时器2中断处理，在图5所示的处理中没有变更。
由此，如以下那样进行异常对应处理。在与图6所示的情况相对应的图10中，如果在边缘中断处理中，“计时器1标志”不是OFF(S51；是)，则在计时器1的计时动作中产生了边缘中断。因此，在边缘中断处理内执行计时器1中断处理中的步骤S12～S22。因而，在该时刻，一端处理被复位，计时器2被启动(图8：S18)，并且进行计时器1的停止(S53)以及再启动(S7)。
另外，在与图7所示的情况对应的图11中，如果在产生了计时器1中断时不是续流中(S55；否)，则表示计时器2中断处理中的步骤S39是未执行的。因此，在计时器1中断处理内，先执行计时器2中断处理中的步骤S31～S42。因而，在该时刻，一端处理被复位，计时器2被停止(图9：S33、S57)。之后，进行计时器2的再启动(S18)。
图12表示与图6所示的情况对应的各信号波形。伴随着异常的产生，在计时器1中断的产生前产生了边缘中断。由此，向电动机6的通电方向不被正常地切换，感应电压持续产生以使电流向一个方向流动，因此流过大电流。图13表示与图10所示的情况对应的各信号波形。在边缘中断处理内，不产生计时器1中断地执行计时器1中断处理，从而向电动机6的通电方向正常地切换，不会流过大电流。
图14表示与图7所示的情况对应的各信号波形。伴随着异常的产生，在计时器1中断的产生后产生计时器2中断，顺序反转。由此，在逆变器电路5中流过大电流。图15表示与图11所示的情况对应的各信号波形。计时器1在中断处理内，不产生计时器2中断地执行计时器2中断处理，从而向电动机6的通电方向正常地切换，不会流过大电流。
如以上那样，根据本实施方式，控制微机7具备计时器1控制部17以及计时器2控制部18，根据电动机6的转子位置来启动计时器1，基于计时器1的计时时间来控制FET_Q1、Q3的接通定时，从而进行向电动机6的通电。另外，控制微机7根据所述接通定时来启动计时器2，基于计时器2的计时时间来控制FET_Q1、Q3的断开定时，并且使对置的两个臂的FET_Q2、Q4为接通状态，从而流过回流电流然后切换向电动机6的通电方向。然后，在所述接通定时之前，若转子旋转位置成为使计时器1启动的位置，则执行预定在所述接通定时进行的FET_Q1、Q3的接通以及计时器2的启动。
由此，即使在电动机6急加速等而在计时器1的耗时完成之前产生了下一个旋转位置信号的边缘的情况下，也能够适当地切换向电动机6的通电方向，能够防止大电流流过逆变器电路5，能够稳定地进行控制。
另外，在使FET_Q1、Q3断开的定时之前产生下一个旋转位置信号的边缘时，控制微机7在使回流电流流过逆变器电路5之前切换向电动机6的通电方向。因而，与在基于计时器2的耗时完成之前产生了下一个旋转位置信号的边缘的情况同样，能够适当地切换向电动机6的通电方向，能够稳定地进行控制。
除此之外，电流检测部22在基于计时器2的计时时间来控制FET_Q1、Q3的断开定时时，对电流进行检测，若在所述断开定时之前产生下一个旋转位置信号的边缘，则控制微机7在使回流电流流过逆变器电路5之前的时刻，利用电流检测部22进行电流的检测后切换向电动机6的通电方向。由此，即使在电动机6急加速的情况下，也能够可靠地进行电流的检测。
(其他实施方式)
也可以应用于三相的逆变器电路。
电流检测也可以在异常对应时仅通过计时器2中断处理来进行。
开关元件不限于MOSFET，也可以是IGBT、双极性晶体管等。
虽然说明了本发明的几个实施方式，但这些实施方式是作为例子而提出的，并不意图限定发明的范围。这些新的实施方式能够以其他各种方式实施，在不脱离发明的主旨的范围内能够进行各种省略、替换、变更。这些实施方式及其变形包含在发明的范围及主旨中，并且包含在权利要求书所记载的发明及与其等效的范围内。

Claims (3)

1.一种电动机驱动装置，其中，具备：
电力转换电路，将由正侧以及负侧开关元件的串联电路构成的多个臂并联连接而构成，驱动电动机；
控制电路，为了控制所述电动机，生成并输出接通断开信号，所述接通断开信号是针对构成所述电力转换电路的各开关元件的信号；以及
旋转位置检测部，检测所述电动机的旋转位置并输出旋转位置信号，
所述控制电路具备第一计时器以及第二计时器，
在所述旋转位置信号的边缘，启动所述第一计时器，基于所述第一计时器的计时时间来控制所述正侧开关元件的接通定时，从而进行向所述电动机的通电，
根据所述接通定时来启动所述第二计时器，基于所述第二计时器的计时时间来控制所述正侧开关元件的断开定时，并且使对置的两个臂的负侧开关元件为接通状态，从而流过回流电流后将向所述电动机的通电方向切换，
当在所述接通定时之前、所述旋转位置成为使所述第一计时器启动的位置时，执行所述正侧开关元件的接通以及所述第二计时器的启动，所述正侧开关元件的接通以及所述第二计时器的启动原本预定在所述接通定时执行。
2.根据权利要求1所述的电动机驱动装置，其中，
当在所述断开定时之前、所述旋转位置成为使所述第一计时器启动的位置时，所述控制电路在流过所述回流电流之前将向所述电动机的通电方向切换。
3.根据权利要求2所述的电动机驱动装置，其中，
具备检测流经所述电力转换电路的电流的电流检测部，
所述电流检测部在基于所述第二计时器的计时时间来控制所述正侧开关元件的断开定时时检测所述电流，
当在所述断开定时之前、所述旋转位置成为使所述第一计时器启动的位置时，所述控制电路在流过所述回流电流之前的时刻，利用所述电流检测部进行电流的检测，然后将向所述电动机的通电方向切换。
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