CN111669181A - 半导体装置、电机驱动控制装置及电机组件 - Google Patents

半导体装置、电机驱动控制装置及电机组件 Download PDF

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Abstract

本发明提供半导体装置、电机驱动控制装置及电机组件。半导体装置(4)具有：A/D转换部(45)，其将表示流过控制对象(20)的电流的模拟信号转换为数字信号；过电流判定部(46)，其在流过控制对象的电流超过过电流阈值(Ith)的情况下，判定为出现了过电流；驱动控制信号生成部(42)，其基于A/D转换部(45)的转换结果(Ie)，以使流过控制对象的电流与目标电流(Itg)一致的方式，生成用于对控制对象的驱动进行控制的驱动控制信号(Sd)，并在判定为出现了过电流的情况下，以减小流过控制对象的电流的方式生成驱动控制信号(Sd)；以及过电流阈值设定部(47)，其基于A/D转换部的转换结果(Ie)及目标电流(Itg)，设定过电流阈值(Ith)。

Description

半导体装置、电机驱动控制装置及电机组件
技术领域
本发明涉及一种半导体装置、电机驱动控制装置及电机组件，例如，涉及一种具有模拟/数字转换电路的半导体装置、具有该半导体装置的电机驱动控制装置、以及具有该电机驱动控制装置以及电机的电机组件。
背景技术
在对电机的驱动进行控制的电机驱动控制装置中，作为流过电机的线圈的电流(以下，也称为“电机电流”)的检测方法，通常已知在形成线圈的绕组与接地电位之间连接电阻(以下，也称为“感应电阻”)，通过使电流流过感应电阻，从而检测所出现的电压的方法。
作为通过感应电阻检测到的模拟信号的电机电流的检测值(电压)在被模拟/数字转换器转换为数字信号之后，被输入到构成为包含CPU等的程序处理装置的电机驱动控制装置，并用于电机的驱动控制。
在电机驱动控制装置中，作为对电机电流的检测值进行模拟/数字转换的方法，已知使用ΔΣ调制型的A/D转换电路(以下，也称为“ΔΣADC”)的方法(参照专利文献1)。根据该方法，能够通过ΔΣADC对电机电流的检测值(瞬时值)进行积分而得到电机电流的有效值，因此，例如，在进行以使电机电流成为目标电流值的方式进行控制的恒流控制的情况下，与根据电机电流的瞬时值进行恒流驱动的情况相比，能够实现稳定的电机驱动。
(现有技术文献)
(专利文献)
专利文献1：日本特开2011-65746号公报
发明内容
(发明要解决的问题)
然而，通常ΔΣADC的模拟/数字转换处理需要比较长的时间(例如，数十ms左右)。因此，例如，当在恒流驱动中电机的负载急剧地增加时，来不及进行电机电流的有效值的计算，可能会导致电机电流大幅地超过目标电流值。
本发明是鉴于上述课题而完成的，目的在于使流过控制对象的电流不会大幅地超过目标值。
(用于解决问题的方案)
本发明的代表性的实施方式所涉及的半导体装置具有：A/D转换部，其将表示流过控制对象的电流的模拟信号转换为数字信号；过电流判定部，其基于所述模拟信号，在流过所述控制对象的电流超过过电流阈值的情况下，判定为在所述控制对象中出现了过电流，在流过所述控制对象的电流未超过过电流阈值的情况下，判定为在所述控制对象中未出现过电流；驱动控制信号生成部，其基于所述A/D转换部的转换结果，以使流过所述控制对象的电流与目标电流一致的方式，生成用于对所述控制对象的驱动进行控制的驱动控制信号，并且在由所述过电流判定部判定为出现了过电流的情况下，以减小流过所述控制对象的电流的方式，生成所述驱动控制信号；以及过电流阈值设定部，其基于所述A/D转换部的转换结果以及所述目标电流，设定所述过电流阈值。
(发明效果)
根据本发明所涉及的半导体装置，能够使流过控制对象的电流不会大幅地超过目标值。
附图说明
图1是示出本发明的实施方式所涉及的电机组件(motor unit)的结构的框图。
图2为示出本发明的实施方式所涉及的半导体装置(控制电路部4)的结构的框图。
图3为用于说明过电流阈值Ith的变更方法的图。
图4为示出过电流阈值Ith的设定处理流程的流程图。
图5为示出本实施方式所涉及的电机组件中的电机电流的有效值Ie与过电流阈值Ith的变化状态的图。
图6A为示出由作为实施方式所涉及的电机驱动控制装置的比较例的以往的电机驱动控制装置控制的电机电流的变化之一例的图。
图6B为示出由实施方式所涉及的电机驱动控制装置控制的电机电流的变化之一例的图。
具体实施方式
1.实施方式的概要
首先，对本申请中公开的发明的代表性实施方式的概要进行说明。另外，在以下的说明中，作为一例，对与发明的构件对应的附图上的参考标号附加括号来记载。
〔1〕本发明的代表性实施方式所涉及的半导体装置(4)具有：A/D转换部(45)，其将表示流过控制对象(20)的电流的模拟信号转换为数字信号；过电流判定部(46)，其基于所述模拟信号，在流过所述控制对象的电流超过过电流阈值(Ith)的情况下，判定为在所述控制对象中出现了过电流，在流过所述控制对象的电流未超过过电流阈值的情况下，判定为在所述控制对象中未出现过电流；驱动控制信号生成部(42)，其基于所述A/D转换部的转换结果(Ie)，以使流过所述控制对象的电流与目标电流(Itg)一致的方式，生成用于对所述控制对象的驱动进行控制的驱动控制信号(Sd)，并且在由所述过电流判定部判定为出现了过电流的情况下，以减小流过所述控制对象的电流的方式，生成所述驱动控制信号；以及过电流阈值设定部(47)，其基于所述A/D转换部的转换结果(Ie)以及所述目标电流(Itg)，设定所述过电流阈值(Ith)。
〔2〕在上述半导体装置中，可以是所述过电流阈值设定部在所述A/D转换部的转换结果大于所述目标电流的情况下，使所述过电流阈值降低，在所述A/D转换部的转换结果小于所述目标电流的情况下，使所述过电流阈值上升。
〔3〕在上述半导体装置中，可以是所述过电流阈值设定部在所述A/D转换部的转换结果(Ie)大于以所述目标电流为基准的规定的电流范围(Rm)的情况下，使所述过电流阈值降低，在所述A/D转换部的转换结果小于所述规定的电流范围(Rm)的情况下，使所述过电流阈值上升，在所述A/D转换部的转换结果位于所述规定的电流范围(Rm)内的情况下，根据所述过电流判定部的判定结果(Scmp)，设定所述过电流阈值。
〔4〕在上述半导体装置中，可以是所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围内的情况下的所述过电流阈值的调整量(±Δ)小于所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围外的情况下的所述过电流阈值的调整量(±2Δ)。
〔5〕在上述半导体装置中，可以是在所述A/D转换部的转换结果位于所述规定的电流范围(Rm)内时，在由所述过电流判定部判定为出现了过电流的情况下，所述过电流阈值设定部使所述过电流阈值上升。
〔6〕在上述半导体装置中，可以是所述过电流阈值设定部在所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围(Rm)内时，在由所述过电流判定部判定为未出现过电流的情况下，基于过电流的出现过程(発生の履歴)(470)，决定是否变更所述过电流阈值。
〔7〕在上述半导体装置中，可以是所述过电流阈值设定部根据所述目标电流的变更对所述过电流阈值的初始值(Ith0)进行变更，并基于所述A/D转换部的转换结果相对于所述目标电流的相对大小，将所述过电流阈值从所述初始值起进行变更。
〔8〕本发明的代表性的实施方式所涉及的电机驱动控制装置(1)具有：上述半导体装置(4)；电流检测部(6)，其输出与流过作为所述控制对象的电机(20)的电流对应的电压Vs；以及电机驱动部(2)，其根据由所述半导体装置生成的所述驱动控制信号驱动所述电机，所述半导体装置输入从所述电流检测部输出的电压作为所述模拟信号。
〔9〕本发明的代表性的实施方式所涉及的电机组件(100)具有：上述电机驱动控制装置(10)以及所述电机(20)。
2.实施方式的具体示例
以下，参照附图对本发明的实施方式的具体示例进行说明。另外，在以下的说明中，对各实施方式中共同的组成部分赋予相同的参考标号，并省略重复的说明。
图1为示出本发明的实施方式所涉及的电机组件的结构的框图。
如图1所示，电机组件100具有电机(控制对象的一例)20以及驱动电机20的电机驱动控制装置1。电机组件100例如能够应用于风扇等将电机用作动力源的各种设备。
在本实施方式中，电机20例如为具有线圈Lu、Lv、Lw的3相的无刷电机。电机驱动控制装置1使驱动电流周期性地流过构成电机20的3相的线圈Lu、Lv、Lw，从而使电机20旋转。
电机驱动控制装置1使电机20驱动。具体来说，电机驱动控制装置1具有电机驱动部2、控制电路部4以及电流检测部6。另外，示于图1的电机驱动控制装置1的组成部分为整体的一部分，电机驱动控制装置1除了示于图1的部分以外，还可以具有其它的组成部分。
在本实施方式中，电机驱动控制装置1的至少一部分被封装为一个半导体装置(IC：Integrated Circuit：集成电路)。例如，控制电路部4、电机驱动部2等电路分别被实现为单独的半导体装置。
另外，电机驱动控制装置1可以是全部被封装的半导体装置，也可以构成为电机驱动控制装置1的全部或者一部分与其它的装置一起被封装，而构成1个半导体装置。
电机驱动部2基于从控制电路部4输出的驱动控制信号Sd，向电机20输出驱动信号，而使电机20驱动。电机驱动部2选择性地对电机20的多个相的线圈Lu、Lv、Lw进行通电。
具体来说，电机驱动部2具有逆变器电路2a以及预驱动电路2b。预驱动电路2b基于从控制电路部4输出的驱动控制信号Sd，生成用于驱动逆变器电路2a的输出信号，并向逆变器电路2a输出。逆变器电路2a基于从预驱动电路2b输出的信号，使电机20所具有的线圈Lu、Lv、Lw通电。
具体来说，逆变器电路2a例如构成为设置在电源电压(直流电源)Vcc的两端的2个开关元件的串联电路对分别配置于线圈Lu、Lv、Lw的各相(U相、V相、W相)。在2个开关元件的各对中，在开关元件彼此的连接点连接有电机20的各相的端子(未图示)。预驱动电路2b例如输出与逆变器电路2a的各开关元件对应的6种的信号Vuu、Vul、Vvu、Vvl、Vwu、Vwl，作为输出信号。通过输出这些信号Vuu、Vul、Vvu、Vvl、Vwu、Vwl，从而与信号Vuu、Vul、Vvu、Vvl、Vwu、Vwl分别对应的开关元件进行开/关动作。由此，向电机20输出驱动信号，使电流流过电机20的各相的线圈Lu、Lv、Lw(未图示)。
电流检测部6为用于检测流过电机20的线圈Lu、Lv、Lw的电流(电机电流)的功能部。稍后对电流检测部6的结构进行描述。
控制电路部(半导体装置的一例)4例如由微型计算机、数字电路以及模拟电路等构成。在控制电路部4中，输入有速度指令信号Sc以及电流指令信号Si，作为指示电机20的驱动的信号。控制电路部4基于这些信号，进行电机20的驱动控制。这些信号例如从上位装置等设置于控制电路部4的外部的装置输入。
速度指令信号Sc为与电机20的旋转速度相关的信号。例如，速度指令信号Sc为与电机20的目标旋转速度对应的PWM(脉冲宽度调制)信号。换言之，速度指令信号Sc为与电机20的旋转速度的目标值对应的信息。另外，作为速度指令信号Sc，也可以输入时钟信号。
电流指令信号Si为与电机20的电机电流相关的信号。例如，电流指令信号Si为包括流过构成电机20的各线圈Lu、Lv、Lw的电流的目标值(以下，也称为“目标电流Itg”)的信息在内的信号。在此，电流指令信号Si例如可以是与目标电流Itg对应的PWM信号，也可以是时钟信号。
此外，在本实施方式中，从电机20对控制电路部4输入霍尔信号(位置检测信号)H。霍尔信号H例如为配置于电机20的霍尔元件5的输出。霍尔信号H为与电机20的转子(未图示)的旋转对应的信号。控制电路部4使用霍尔信号H得到与电机20的转子的实际的转速相关的实际转速信息，并控制电机20的驱动。
另外，在图1中，例示了在电机组件100配置一个霍尔元件5的情况，但对配置于电机组件100的霍尔元件5的个数没有特别限定。例如，可以是三个霍尔元件5相互大致等间隔地配置在电机20的转子的周围。
另外，也可以构成为除了这种霍尔信号H以外，或者代替这种霍尔信号H，对控制电路部4输入与电机20的旋转状态相关的其它的信息。例如，可以输入使用位于转子侧的基板上设置的线圈图案而生成的信号(图案FG)，作为与电机20的转子的旋转对应的FG信号。此外，可以构成为基于对由电机20的各相(U、V、W相)引起的反电动势进行检测的旋转位置检测电路的检测结果，检测电机20的旋转状态。还可以设置编码器、分解器等，通过其检测电机20的旋转速度等的信息。
控制电路部4基于电流指令信号Si、速度指令信号Sc以及霍尔信号H等，生成用于使电机20驱动的驱动控制信号Sd。例如，控制电路部4以电机20按照与速度指令信号Sc对应的转速旋转，并且使流过电机20的线圈Lu、Lv、Lw的电流恒定的方式，生成驱动控制信号Sd。
驱动控制信号Sd例如为PWM(脉冲宽度调制)信号。控制电路部4通过向电机驱动部2供给PWM(脉冲宽度调制)信号即驱动控制信号Sd，从而一边按照规定的顺序切换通过电机驱动部2通电的多个相的线圈Lu、Lv、Lw的通电相，一边控制电机20的驱动。
本实施方式所涉及的控制电路部4具有如下的电流限制功能：即，在流过电机20的线圈Lu、Lv、Lw的电流(电机电流)的恒流控制中，使用于电机20的过电流保护的过电流阈值Ith动态地变化，从而即使在电机20的负载急剧地变化的情况下，电机电流也不会大幅地超过目标电流Itg。以下，对该功能进行详细说明。
图2为示出控制电路部4的结构的框图。
图2中图示了构成控制电路部4的功能块中的与上述的电流限制功能相关的功能块。
如图2所示，控制电路部4具有目标电流取得部41、驱动控制信号生成部42、A/D转换部45、过电流判定部46、过电流阈值设定部47以及电压判定部48。
目标电流取得部41例如取得从存在于电机组件100的外部的上位装置输出的电流指令信号Si。具体来说，目标电流取得部41取得电流指令信号Si中所包含的目标电流Itg的信息，并供给到驱动控制信号生成部42以及过电流阈值设定部47。此外，目标电流取得部41在接收到电流指令信号Si时，对A/D转换部45指示A/D转换处理的执行。另外，目标电流取得部41对A/D转换处理的执行指示可以在每次接收到电流指令信号Si(每次变更目标电流Itg)时进行，也可以仅在最初接收到电流指令信号Si的情况下进行。
目标电流取得部41例如由微控制器的外部接口电路等构成。
A/D转换部45为将表示流过作为控制对象的电机20的电流的模拟信号转换为数字信号的功能部。A/D转换部45例如为ΔΣ调制型的模拟/数字转换电路(ΔΣADC)，由专用逻辑电路构成。A/D转换部45输入从电流检测部6输出的信号作为上述模拟信号，并通过ΔΣ调制方式转换为数字信号。
在此，如上所述，电流检测部6为输出与流过作为控制对象的电机20的电流(电机电流)对应的电压Vs的电路。例如，如图2所示，电流检测部6包括经由电机驱动部2在电机20的线圈与接地电位之间串联地连接的电阻Rs(以下，也称为“感应电阻Rs”。)，并将在感应电阻Rs的两端出现的电压Vs作为电机20的电机电流的检测值进行输出。
A/D转换部45将从电流检测部6输出的模拟信号即电压Vs转换为数字信号，并作为电机20的电机电流的有效值(A/D转换部的转换结果的一例)Ie进行输出。例如，在从目标电流取得部41被输入指示执行A/D转换处理的指令时，A/D转换部45开始针对电压Vs的A/D转换处理。例如，A/D转换部45在接收到来自目标电流取得部41的指令之后，持续执行针对电压Vs的A/D转换处理，直至接收到指示A/D转换处理的停止的指令为止，并按照每个规定的处理周期，输出A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)。
过电流判定部46为基于表示流过作为控制对象的电机20的电流的模拟信号，判定电机20的电机电流是否超过过电流阈值Ith的功能部。过电流判定部46例如包括比较器电路。
构成过电流判定部46的比较器电路对从电流检测部6输出的电压Vs和与过电流阈值Ith对应的阈值电压Vth进行比较，在电压Vs大于阈值电压Vth的情况下，判定为在电机20中出现了过电流，例如输出高(High)电平的判定信号Scmp。另一方面，在电压Vs小于阈值电压Vth的情况下，构成过电流判定部46的比较器电路判定为在电机20中未出现过电流，例如输出低(Low)电平的判定信号Scmp。
驱动控制信号生成部42为生成用于对控制对象即电机20的驱动进行控制的驱动控制信号Sd的功能部。驱动控制信号生成部42基于A/D转换部45的转换结果即电机电流的有效值Ie，以使电机电流与目标电流Itg一致的方式生成驱动控制信号Sd，并且在由过电流判定部46判定为出现了过电流的情况(在判定为电机电流超过过电流阈值Ith的情况)下，以减小电机电流的方式生成驱动控制信号Sd。
具体来说，驱动控制信号生成部42包括电流反馈控制部43和信号生成部44。
电流反馈控制部43基于从目标电流取得部41输出的目标电流Itg以及从A/D转换部45输出的电机电流的有效值Ie，输出对作为驱动控制信号Sd的PWM信号的占空比进行指定的PWM指令信号Spwm。具体来说，电流反馈控制部43基于目标电流Itg与电机电流的有效值Ie的差分，以该差分为零的方式计算PWM信号的占空比，并将包括计算出的占空比的信息作为PWM指令信号Spwm进行输出。
并且，电流反馈控制部43向过电流阈值设定部47输出上述的PWM信号的占空比的信息。另外，上述占空比的信息可以是PWM指令信号Spwm。
信号生成部44基于从电流反馈控制部43输出的PWM指令信号Spwm以及从过电流判定部46输出的判定信号Scmp，生成驱动控制信号Sd。具体来说，在从过电流判定部46输出表示未出现过电流的判定信号Scmp(例如，低电平的判定信号Scmp)的情况下，信号生成部44生成被PWM指令信号Spwm指定的占空比的PWM信号，并作为驱动控制信号Sd进行输出。另一方面，在从过电流判定部46输出表示出现了过电流的判定信号Scmp(例如，高电平的判定信号Scmp)的情况下，与PWM指令信号SPWM无关地，信号生成部44生成使电机电流减少的驱动控制信号Sd。即，为了使电机电流迅速降低，信号生成部44生成占空比为0％的PWM信号，并输出为驱动控制信号Sd。
电压判定部48为判定电机驱动部2的电源电压Vcc的大小的功能部。即，电压判定部48对施加于线圈Lu、Lv、Lw的、成为逆变器电路2a的输出信号的基准的电源电压Vcc进行检测，并向过电流阈值设定部47输出表示电源电压Vcc的大小的信息。电压判定部48例如由A/D转换电路等构成。
电流反馈控制部43以及信号生成部44例如通过微控制器(CPU)的程序处理来实现。另外，信号生成部44也可通过专用逻辑电路来实现。
过电流阈值设定部47为设定成为过电流判定部46的过电流判定的基准的过电流阈值Ith的功能部。过电流阈值设定部47通过微控制器(CPU)的程序处理来实现。
过电流阈值设定部47首先设定过电流阈值Ith的初始值Ith0。例如，过电流阈值设定部47使用微控制器内的存储装置内预先存储的、表示过电流阈值Ith与目标电流Itg、电源电压Vcc以及PWM信号的占空比的对应关系的关系式，计算过电流阈值Ith的初始值Ith0。即，过电流阈值设定部47通过将从目标电流取得部41取得的目标电流Itg的信息、从电压判定部48取得的电源电压Vcc的信息以及从电流反馈控制部43取得的PWM信号的占空比的信息作为变量代入上述关系式，从而计算过电流阈值Ith的初始值Ith0(≦Itg)。
另外，过电流阈值Ith的初始值计算方法不限于使用上述关系式的方法。例如，可以是过电流阈值设定部47基于从目标电流取得部41取得的目标电流Itg的信息、从电压判定部48取得的电源电压Vcc的信息以及从电流反馈控制部43取得的PWM信号的占空比的信息，并参照微控制器内的存储装置内预先存储的、表示过电流阈值Ith与目标电流Itg、电源电压Vcc、以及占空比的对应关系的表(查找表)，从而计算过电流阈值Ith的初始值Ith0。
并且，过电流阈值设定部47根据目标电流Itg的变更，对过电流阈值Ith的初始值Ith0进行变更。即，过电流阈值设定部47在从目标电流取得部41接收到表示新的目标电流Itg的信息的情况下，基于新接收到的目标电流Itg的信息、从电压判定部48取得的电源电压Vcc的信息以及从电流反馈控制部43取得的PWM信号的占空比的信息，并使用上述的关系式或者查找表，变更过电流阈值Ith的初始值Ith0。
进而，过电流阈值设定部47基于A/D转换部45的转换结果即电机电流的有效值Ie以及目标电流Itg，变更过电流阈值Ith。即，过电流阈值设定部47在过电流阈值Ith的初始值Ith0的设定之后，基于A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)相对于目标电流Itg的相对大小，将过电流阈值Ith从初始值Ith0起进行变更。
图3为用于说明由过电流阈值设定部47进行的过电流阈值Ith的设定方法的图。
在图3中示出了与电机电流的有效值Ie相对于恒流控制中的目标电流Itg的大小对应的过电流阈值Ith的调整量。
此外，在图3中，以“Δ”表示过电流阈值Ith的最小调整量。在图3中，以参考标号Rm表示电机电流的有效值Ie相对于目标电流Itg的“Itg±Z”的电流范围，以参考标号Rh表示电机电流的有效值Ie大于“Itg+Z”的电流范围，以参考标号Rl表示电机电流的有效值Ie小于“Itg-Z”的电流范围。
在此，电流范围Rm为电机20的电机电流相对于目标电流Itg被视为稳定的范围。电流范围Rm能够通过适当地变更电流值“Z”的大小而调整。
过电流阈值设定部47根据电机电流的有效值Ie(A/D转换部45的转换结果)处于电流范围Rh、Rm、Rl中的哪个电流范围，来变更过电流阈值Ith的调整量。即，过电流阈值设定部47根据电机电流的有效值Ie所存在的电流范围，来切换用于调整过电流阈值Ith的动作模式。
以下，将电机电流的有效值Ie处于电流范围Rh的情况下的动作模式称为“电流抑制模式”，将电机电流的有效值Ie处于电流范围Rl的动作模式称为“电流推进模式”，将电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm的情况下的动作模式称为“电流稳定模式”。
过电流阈值设定部47在电机的有效值Ie大于目标电流Itg的情况下，使过电流阈值Ith降低。具体来说，过电流阈值设定部47在电机的有效值Ie大于以目标电流Itg为基准的电流范围Rm的情况下，使过电流阈值Ith降低。例如，如图3所示，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rh的情况下，过电流阈值设定部47成为电流抑制模式，使之前设定的过电流阈值Ith降低“2Δ”。
即，在电机电流的有效值Ie大于电流范围Rm的情况下，需要使电机电流迅速降低至目标电流Itg，因此过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith更大幅地降低。由此，对电机电流的过电流保护变得容易启动，并积极地运用过电流保护功能，能够使电机电流迅速地降低。
另一方面，在电机的有效值Ie小于目标电流Itg的情况下，过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith上升。具体来说，过电流阈值设定部47在电机的有效值Ie小于电流范围Rm的情况下，使过电流阈值Ith上升。例如，如图3所示，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rl的电流促进模式的情况下，过电流阈值设定部47使之前设定的过电流阈值Ith上升“2Δ”。
即，在电机电流的有效值Ie为小于电流范围Rm的值的情况下，由于需要使电机电流迅速地上升到目标电流Itg，因此过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith大幅地上升。由此，通过过电流保护功能，不会妨碍电机电流的增加，而能够使电机电流迅速地上升到目标电流Itg。
并且，过电流阈值设定部47在电机的有效值Ie处于电流范围Rm的情况下，基于过电流判定部46的判定结果，设定过电流阈值Ith。即，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm内的情况下，为了防止由于过电流阈值Ith的变动，使过电流保护功能频繁地工作，导致电机电流变得不稳定，需要使过电流阈值Ith稳定。由此，在电流稳定模式中，基于是否产生过电流，对过电流阈值Ith进行微调。
具体来说，当电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm的电流稳定模式时，在由过电流判定部46判定为出现了过电流的情况下，过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith上升。例如，如图3所示，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm，并且在电机20中出现了过电流的情况下，过电流阈值设定部47使之前刚设定的过电流阈值Ith上升“Δ”。
另一方面，过电流阈值设定部47在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm的电流稳定模式中，在由过电流判定部46判定为未出现过电流的情况下，基于过电流的出现过程，设定过电流阈值Ith。
例如，过电流阈值设定部47具有表示过电流的出现过程的存储部470。存储部470例如为寄存器。电机电流在进入电流范围Rm之后(过电流阈值设定部47成为电流稳定模式之后)，在出现了过电流的情况下，在存储部470中设定“1”，在电机电流进入电流范围Rm之后(过电流阈值设定部47成为电流稳定模式之后)，在从未出现过电流的情况下，在存储部470中设定“0”。以下，将存储部470也称为“标识器(flag)470”。
过电流阈值设定部47基于过电流判定部46的判定信号Scmp，判定过电流是否出现。过电流阈值设定部47在电流稳定模式中出现了过电流的情况下，在标识器470中设定“1”。另一方面，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm外(电流抑制模式或者电流促进模式)的情况下，在标识器470中设定“0”。即，过电流阈值设定部47在电机电流稳定且进入电流范围Rm之后，一旦出现过一次过电流，则在存储部470中设定“1”，之后，一旦电机电流超出电流范围Rm，则在存储部470中重置为“0”。
在电流稳定模式中，在电机20中未出现过电流，并且在标识器470中设定了“0”情况下，过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith降低“Δ”。另一方面，在电机20中未出现过电流，并且在标识器470中设定“1”的情况下，过电流阈值设定部47不使过电流阈值Ith变化，而维持之前设定的过电流阈值Ith(调整量：±0)不变。
由此，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm内的情况下，不变更或者微调过电流阈值Ith，从而能够防止过电流保护功能频繁地工作而导致电机电流变得不稳定。
接下来，对由控制电路部4进行的过电流阈值Ith的设定处理流程进行说明。
图4为示出本实施方式所涉及的过电流阈值Ith的设定处理流程的流程图。
首先，当从上位装置对电机组件100输入了电流指令信号Si时，目标电流取得部41从电流指令信号Si取得目标电流Itg的信息(步骤S1)。目标电流取得部41向电流反馈控制部43以及过电流阈值设定部47供给所取得的目标电流Itg的信息，并且对A/D转换部45指示A/D转换处理的执行。
接下来，A/D转换部45开始针对从电流检测部6输出的电压Vs的A/D转换处理(步骤S2)。
接下来，驱动控制信号生成部42开始电机20的恒流控制(步骤S3)。具体来说，通过电流反馈控制部43生成用于使作为控制对象的电机20的电机电流与目标电流Itg一致的PWM指令信号Spwm，信号生成部44向电机驱动部2供给由PWM指令信号Spwm指定的占空比的驱动控制信号Sd(PWM信号)，从而进行电机电流的恒流控制。
另外，电流反馈控制部43在每次恒流控制中计算出的PWM信号的占空比变更时，向过电流阈值设定部47输出PWM信号的占空比的信息。
接下来，过电流阈值设定部47判定目标电流Itg是否被变更(步骤S4)。
在步骤S4中，在变更了目标电流Itg的情况下，或者，在电机组件100的启动后初次取得目标电流Itg的信息的情况下，过电流阈值设定部47设定过电流阈值Ith的初始值Ith0(步骤S5)。
具体来说，过电流阈值设定部47基于从目标电流取得部41取得的目标电流Itg的信息、从电流反馈控制部43取得的PWM信号的占空比的信息以及从电压判定部48取得的电源电压Vcc的信息，通过上述的方法设定过电流阈值Ith的初始值Ith0。由此，过电流判定部46使用在步骤S5中设定的过电流阈值Ith进行过电流判定。
另一方面，在步骤S4中未变更目标电流Itg的情况下，或者在步骤S5中设定了过电流阈值Ith的初始值Ith0的情况下，过电流阈值设定部47从A/D转换部45取得A/D转换结果，即，电机电流的有效值Ie(步骤S6)。
过电流阈值设定部47判定在步骤S6中取得的电机电流的有效值Ie是否处于电流范围Rh(步骤S7)。
在步骤S7中，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rh的情况下(“是”的情况；Itg+Z＜Ie)，过电流阈值设定部47成为电流抑制模式(步骤S8)。在电流抑制模式中，过电流阈值设定部47使所设定的过电流阈值Ith降低“2Δ”(步骤S9)。由此，过电流判定部46使用在步骤S9中设定的过电流阈值Ith进行过电流判定。
另一方面，在步骤S7中电机电流的有效值Ie未处于电流范围Rh内的情况(“否”的情况；Itg+Z＞Ie)下，过电流阈值设定部47判定电机电流的有效值Ie是否处于电流范围Rl(步骤S10)。
在步骤S10中，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rl的情况下(“是”的情况；Itg－Z＞Ie)，过电流阈值设定部47成为电流促进模式(步骤S11)。在电流促进模式中，过电流阈值设定部47使所设定的过电流阈值Ith上升“2Δ”(步骤S12)。由此，过电流判定部46使用在步骤S12设定的过电流阈值Ith进行过电流判定。
在步骤S9以及步骤S12之后，过电流阈值设定部47在标识器470中设定“0”(步骤S13)。
另一方面，在步骤S10中，电机电流的有效值Ie未处于电流范围Rl内的情况下(“否”的情况；Itg－Z＜Ie)，过电流阈值设定部47判定为电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm，而成为电流稳定模式(步骤S14)。
在电流稳定模式中，过电流阈值设定部47判定在电机20中是否出现了过电流(步骤S15)。具体来说，过电流阈值设定部47基于过电流判定部46的判定信号Scmp，判定在电机20中是否出现了过电流。
在步骤S15中，在出现了过电流的情况下(“是”的情况)，过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith上升“Δ”(步骤S16)。之后，过电流阈值设定部47在标识器中设定“1”(步骤S17)。
另一方面，在步骤S15中，在未出现过电流的情况(“否”的情况)下，过电流阈值设定部47判定是否在标识器470中设定“1”(步骤S18)。
在步骤S18中，在标识器470中未设定“1”的情况下(“否”的情况)，过电流阈值设定部47使过电流阈值Ith降低“Δ”(步骤S19)。另一方面，在步骤S18中，在标识器470中设定“1”的情况下，过电流阈值设定部47不变更过电流阈值Ith(步骤S20)。
在步骤S13、步骤S17、步骤S19以及步骤S20之后，控制电路部4判定电机20的停止的指示的有无(步骤S21)。在步骤S21中，在不存在电机20的停止的指示的情况下(“否”的情况)，重复执行上述的处理(S1～S21)。另一方面，在步骤S21中，在接收到电机20的停止的指示的情况下(“是”的情况)，结束由控制电路部4进行的过电流阈值Ith的设定处理。
图5为示出本实施方式所涉及的电机组件中的电机电流的有效值Ie与过电流阈值Ith的变化状态的图。
在图5中，参考标号500表示电机电流的有效值Ie，参考标号501表示过电流阈值Ith。在图5中，示出启动电机组件100后的电机电流的有效值Ie以及过电流阈值Ith的变化之一例。
如图5所示，在启动电机组件100后，在时刻t0设定目标电流Itg。在目标电流Itg的设定后，电流反馈控制部43以使电机20的电机电流与目标电流Itg一致的方式开始恒流控制。并且，过电流阈值设定部47基于所设定的目标电流Itg等信息设定过电流阈值Ith的初始值Ith0。
之后，过电流阈值设定部47基于目标电流Itg与A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)，调整过电流阈值Ith。具体来说，在时刻t0之后，由于电机电流的有效值Ie比目标电流Itg足够低，因此过电流阈值设定部47成为电流促进模式，使过电流阈值Ith以“2Δ”为单位增加。之后，在时刻t1，如果电机电流的有效值Ie超过“Itg－Z”而进入电流范围Rm，则过电流阈值设定部47成为电流稳定模式，并根据过电流是否出现，以“Δ”为单位微调过电流阈值Ith。并且，如果电机电流的有效值Ie与目标电流Itg一致，则过电流阈值Ith也稳定。
图6A为示出由作为实施方式所涉及的电机驱动控制装置1的比较例的以往的电机驱动控制装置控制的电机电流的变化之一例的图。
图6B为示出由实施方式所涉及的电机驱动控制装置1进行恒流控制的电机20的电机电流的变化之一例的图。
在图6A中示出由具有固定值的过电流阈值Ith的以往的电机驱动控制装置进行恒流控制时的电机20的电机电流的变化，在图6B中示出由本实施方式所涉及的电机驱动控制装置1进行恒流控制时的电机20的电机电流的变化。
如图6A所示，在由以往的电机驱动控制装置进行的电机20的恒流控制中，例如，在从时刻t10到时刻t11的期间，在电机20的负载急剧地增加的情况下，电机20的电机电流增加2倍以上。可以认为该现象的原因在于，通过将过电流保护功能的过电流阈值Ith设定在充分高于目标电流Itg的位置，从而电机电流上升至过电流保护功能启动为止。
另一方面，根据本实施方式所涉及的电机驱动控制装置1，即使与图6A同样，在从时刻t10到时刻t11的期间，在电机20的负载急剧地增加的情况下，如图6B所示，也能够抑制电机20的电机电流的增加。如上所述，在本实施方式所涉及的电机驱动控制装置1中，基于电机电流相对于目标电流Itg的相对大小过电流阈值Ith变化，并降低到接近目标电流的位置，因此与以往的电机驱动控制装置相比，过电流保护功能变得容易启动。由此，在急剧的负载变动时，即使在来不及进行根据恒流控制的控制循环的电流调整的情况下，也能够通过过电流保护的控制回路(loop)来抑制电机电流的上升。
以上，本实施方式所涉及的电机驱动控制装置1的控制电路部4具有：A/D转换部45，其将作为控制对象的电机20的电机电流的检测值转换为数字信号；过电流判定部46，其通过判定电机电流是否超过过电流阈值Ith，从而判定是否产生过电流；驱动控制信号生成部42，其以使电机电流与目标电流Itg一致的方式生成用于对电机20的驱动进行控制的驱动控制信号Sd，并且在由过电流判定部46判定为电机电流超过过电流阈值Ith的情况下，以减小电机电流的方式生成驱动控制信号Sd；以及过电流阈值设定部47，其基于A/D转换部45的电机电流的检测值的转换结果以及目标电流Itg，设定过电流阈值Ith。
即，本实施方式所涉及的控制电路部4在电机20的恒流控制中，用于防止电机20的破损的过电流阈值Ith基于电机电流的检测值(A/D转换结果)相对于目标电流Itg的相对大小可变，从而使过电流保护功能积极地启动，并以使电机电流不会大幅地超过目标电流Itg的方式进行控制。
换言之，控制电路部4将过电流阈值Ith不仅用于如以往的电机驱动控制装置那样的防止电机20的破损，还为了在电机电流的恒流控制中以电机电流不会大幅地超过目标电流Itg的方式进行控制，也积极地使用过电流阈值Ith。
由此，对A/D转换部45应用ΔΣADC，即使在进行电机电流的有效值Ie的恒流控制的情况下，根据过电流保护功能，通过对伴随基于ΔΣADC的A/D转换处理时间的增大的电机电流的恒流控制的处理延迟进行补偿，从而如图6B所示，能够以使电机电流不会大幅地超过目标电流Itg的方式进行控制。
具体来说，在控制电路部4中，过电流阈值设定部47在A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)大于目标电流Itg的情况下，使过电流阈值Ith降低，在A/D转换部45的转换结果小于目标电流Itg的情况下，使过电流阈值Ith上升。
由此，在电机电流大于目标电流Itg的情况下，使过电流保护功能容易启动，并使电机电流迅速地降低，在电机电流小于目标电流Itg的情况下，通过电流保护功能，能够不会妨碍电机电流的上升，而使电机电流迅速地上升到目标电流Itg。
更具体来说，过电流阈值设定部47在A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)大于以目标电流Itg为基准的规定的电流范围Rm的情况下，使过电流阈值Ith降低，在A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)小于规定的电流范围Rm的情况下，使过电流阈值Ith上升，在A/D转换部45的转换结果(电机电流的有效值Ie)位于规定的电流范围Rm的情况下，基于过电流判定部46的判定结果，设定过电流阈值Ith。
即，如上所述，过电流阈值设定部47在电机电流的有效值Ie处于大于目标电流Itg的电流范围Rh的情况下，成为“电流抑制模式”，并通过过电流保护功能，以电机电流不会大幅地增加的方式进行控制，在电机电流的有效值Ie处于小于目标电流Itg的电流范围Rl的情况下，成为“电流促进模式”，并通过过电流保护功能以不会妨碍电机电流的增加的方式进行控制。并且，在电机电流的有效值Ie位于规定的电流范围Rm的情况下，成为“电流稳定模式”，并基于过电流是否出现，微调过电流阈值Ith。
由此，不仅基于目标电流Itg，也基于电机电流相对于包括目标电流Itg的规定的电流范围的大小，来变更过电流阈值Ith的调整方法，因此能够在电机电流接近目标电流Itg的状況下防止过电流阈值Ith过于变更，并能够实现稳定的电机动作。
特别是，通过将在电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm的情况下的过电流阈值Ith的调整量(±Δ)设为小于电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm(电流范围Rh，Rl)外的情况下的过电流阈值Ith的调整量(±2Δ)，从而能够抑制电机电流接近目标电流Itg的状況下的过电流阈值Ith的变动，并实现更稳定的电机动作。
更具体来说，过电流阈值设定部47在电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm内时出现了过电流的情况下，使过电流阈值Ith上升。
由此，当电机电流处于稳定的电流范围Rm时，能够防止过电流判定部46的判定结果频繁地切换。
并且，当电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm内时，在未出现过电流的情况下，过电流阈值设定部47基于过电流的出现过程来决定是否调整过电流阈值Ith。
例如，如上所述，在电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm内时一度出现了过电流，但之后未出现过电流的情况下，能够判断为电机电流处于稳定，因此不变更过电流阈值Ith。由此，能够适当地防止过电流阈值Ith的过度变更而导致的电机电流不稳定。
另一方面，在电机电流的有效值Ie处于规定的电流范围Rm内时，在从未出现过电流的情况下，过电流阈值Ith相对于目标电流Itg可能过高，因此使过电流阈值Ith降低“Δ”。由此，能够使过电流阈值Ith相对于目标电流Itg设定在适当的位置。
由此，在电机电流的有效值Ie处于电流范围Rm内的情况下，不变更过电流阈值Ith或者对电流阈值Ith进行微调，从而能够防止由过电流保护功能频繁地工作而导致的电机电流不稳定。
进而，如上所述，过电流阈值设定部47基于目标电流Itg设定过电流阈值Ith的初始值Ith0，并基于电机电流的有效值Ie相对于目标电流Itg的相对大小，从上述初始值Ith0变更过电流阈值Ith，因此即使在目标电流Itg出现了变化的情况下，也能够迅速地将过电流阈值Ith设定为适当的值。
以上，根据搭载有本实施方式所涉及的控制电路部4的电机驱动控制装置1，即使在电机20的负载急剧增加的情况下，也能够使被恒流控制的电机电流不会大幅地超过目标电流Itg。
《实施方式的扩展》
以上，根据实施方式对由本发明人完成的发明进行了具体说明，但本发明不限于此，也可以在不脱离该主旨的范围内进行各种各样的变更。
例如，在上述实施方式中，对作为半导体装置的一例的控制电路部4的控制对象为电机20的情况进行了例示，但不限于此。即，即使在控制对象为电机以外的情况下，本发明的半导体装置也能够对流过控制对象的电流进行检测并进行A/D转换，根据该A/D转换结果，进行控制以使流过控制对象的电流恒定。
此外，上述实施方式中所示的过电流阈值Ith的调整量±Δ，±2Δ为一例，但不限于此，根据所应用的系统，能够进行各种各样的变更。
此外，在上述实施方式中，例示了电机20为三相的无刷电机的情况，但电机20的种类、相数等不限于此。例如，也可以是单相的无刷电机。
此外，上述的流程图示出了用于说明动作的一例，但不限于此。即，流程图的各图所示的步骤为具体示例，但不限于该流程。例如，能够变更一部分的处理的顺序，也能够在各处理之间插入其它的处理，也可以并行地进行一部分的处理。
标号说明
1…电机驱动控制装置、2…电机驱动部、2a…逆变器电路、2b…预驱动电路、4…控制电路部(半导体装置的一例)、5…霍尔元件、6…电流检测部、10…电机驱动控制装置、20…电机(控制对象的一例)、41…目标电流取得部、42…驱动控制信号生成部、43…电流反馈控制部、44…信号生成部、45…A/D转换部、46…过电流判定部、47…过电流阈值设定部、48…电压判定部、100…电机组件、470…存储部(标识器)、Lu、Lv、Lw…线圈、Rh，Rl，Rm…电流范围、Sc…速度指令信号、Scmp…判定信号、Sd…驱动控制信号、Si…电流指令信号、Spwm…PWM指令信号、Vcc…电源电压、Vs…电压、Ith…过电流阈值、Ith0…过电流阈值的初始值、Ie…电机电流的阈值(A/D转换部的转换结果的一例)、Itg…目标电流。

Claims (9)

1.一种半导体装置，其特征在于，具有：
A/D转换部，其将表示流过控制对象的电流的模拟信号转换为数字信号；
过电流判定部，其基于所述模拟信号，在流过所述控制对象的电流超过过电流阈值的情况下，判定为在所述控制对象中出现了过电流，在流过所述控制对象的电流未超过过电流阈值的情况下，判定为在所述控制对象中未出现过电流；
驱动控制信号生成部，其基于所述A/D转换部的转换结果，以使流过所述控制对象的电流与目标电流一致的方式，生成用于对所述控制对象的驱动进行控制的驱动控制信号，并且在由所述过电流判定部判定为出现了过电流的情况下，以减小流过所述控制对象的电流的方式，生成所述驱动控制信号；以及
过电流阈值设定部，其基于所述A/D转换部的转换结果以及所述目标电流，设定所述过电流阈值。
2.根据权利要求1所述的半导体装置，其特征在于，
所述过电流阈值设定部在所述A/D转换部的转换结果大于所述目标电流的情况下，使所述过电流阈值降低，在所述A/D转换部的转换结果小于所述目标电流的情况下，使所述过电流阈值上升。
3.根据权利要求2所述的半导体装置，其特征在于，
所述过电流阈值设定部在所述A/D转换部的转换结果大于以所述目标电流为基准的规定的电流范围的情况下，使所述过电流阈值降低，在所述A/D转换部的转换结果小于所述规定的电流范围的情况下，使所述过电流阈值上升，在所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围的情况下，根据所述过电流判定部的判定结果，设定所述过电流阈值。
4.根据权利要求3所述的半导体装置，其特征在于，
所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围的情况下的所述过电流阈值的调整量小于所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围外的情况下的所述过电流阈值的调整量。
5.根据权利要求3或4所述的半导体装置，其特征在于，
当所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围时，在由所述过电流判定部判定为出现了过电流的情况下，所述过电流阈值设定部使所述过电流阈值上升。
6.根据权利要求5所述的半导体装置，其特征在于，
当所述A/D转换部的转换结果处于所述规定的电流范围内时，在由所述过电流判定部判定为未出现过电流的情况下，所述过电流阈值设定部基于过电流的出现过程，决定是否变更所述过电流阈值。
7.根据权利要求1至6中的任一项所述的半导体装置，其特征在于，
所述过电流阈值设定部根据所述目标电流的变更对所述过电流阈值的初始值进行变更，并基于所述A/D转换部的转换结果相对于所述目标电流的相对大小，将所述过电流阈值从所述初始值起进行变更。
8.一种电机驱动控制装置，其特征在于，具有：
权利要求1至7中的任一项所述的半导体装置；
电流检测部，其输出与流过作为所述控制对象的电机的电流对应的电压；以及
电机驱动部，其根据由所述半导体装置生成的所述驱动控制信号，驱动所述电机，
所述半导体装置输入从所述电流检测部输出的电压作为所述模拟信号。
9.一种电机组件，其特征在于，具有：
权利要求8所述的电机驱动控制装置；以及
所述电机。
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