CN112298343A - 用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备 - Google Patents

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Abstract

提供了一种用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备。用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备包括：相切开关，被安装用于的逆变器和驱动电机的输入端子的每个相位，逆变器将电压转换为三相电力并驱动驱动电机；栅极驱动单元，被配置为从控制装置接收驱动信号并操作所述相切开关；以及电流循环单元，被配置为使驱动电机的反电动势在栅极驱动单元的输出端子和相切开关的输出端子处循环。

Description

用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备
技术领域
本公开的示例性实施方式涉及一种用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关(phase cut switch)的设备，并且更具体地，涉及一种在电机驱动的助力转向设备的冗余操作期间稳定地操相切开关，以阻塞损坏的平台，并基本上防止相切开关被存储在阻塞的驱动电机中的电流烧坏的用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备。
背景技术
通常，提供一种转向系统，其中，方向盘安装在车辆驾驶员座椅的前方，转向轴连接至方向盘的旋转轴，并且随着驾驶员旋转方向盘，方向盘的旋转轴旋转，转向轴旋转，车辆的前轮左右旋转以改变车辆的行驶方向。
在这种转向系统中，当驾驶员通过将用于使方向盘旋转的旋转力直接传递到转向轴来使车辆转向时，驾驶员需要很大的力来旋转方向盘。
因此，在操作方向盘时使用液压致动器的液压转向系统已经商业化，以减小驾驶员转向车辆时所需的力。
包括液压转向系统的现有转向系统是其中方向盘和轮胎机械地连接的机械系统，并且由于连接到方向盘的转向轴在发生车辆碰撞的情况下突出而增加了驾驶员受伤的风险，由于液压转向系统的液压致动器利用发动机的动力，所以减小了发动机的输出，限制了能够放大转向力的力，并且现有转向系统的结构由于有大量的液压机构和零件而复杂。
在这方面，近来，使用了电机驱动的助力转向(MDPS)设备，其中，电动致动器安装在车辆的转向系统中，并且当驾驶员旋转方向盘时电动致动器被操作，因此车辆的前轮左右旋转以改变车辆的行驶方向。
这种电机驱动的助力转向设备包括：扭矩传感器，用于测量输入到方向盘的驾驶员的转向扭矩；转向角传感器，用于测量方向盘的转向角；车速传感器，用于测量车辆速度等，确定车辆的行驶条件，并在调节供应到诸如电机的驱动致动器的电流的同时使车辆转向。
在公开号为10-2011-0007766的韩国专利申请中公开了本公开的背景技术(该专利申请于2011年1月25日公开，标题为“在电力电机驱动的助力转向系统中控制电机继电器的设备和方法”)。
发明内容
为了驱动或切换这种电机驱动的助力转向设备的电机，采用使用了诸如金属氧化物半导体场效应晶体管(MOSFET)和绝缘栅双极型晶体管(IGBT)之类的半导体元件的逆变器。
近来，为了增强稳定性，电机驱动的助力转向设备也被冗余地实现，并且当两个平台之一被破坏时，重要的是完全阻塞被破坏的平台。在这种情况下，当损坏的平台没有被完全阻塞时，损坏的平台会产生反电动势，因此冗余平台可能无法正常运行。
为了阻挡破坏的平台，通常使用MOSFET的相切开关。但是，当在紧急情况下操作相切开关以阻塞电机线圈能量时，相切开关可能会因存储的能量而烧坏。因此，有必要通过循环存储的能量来保护相切开关。
各个实施方式涉及一种用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备，该设备用于在电机驱动的助力转向设备的冗余操作期间稳定地操作该相切开关，以阻塞损坏的平台，并基本上防止相切开关被阻塞的驱动电机中存储的电流烧坏。
在实施方式中，一种用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备，包括：相切开关，被安装用于逆变器和驱动电机的输入端子的每个相位，逆变器将电压转换为三相电力并驱动驱动电机；栅极驱动单元，被配置为从控制装置接收驱动信号并操作所述相切开关；以及电流循环单元，被配置为使驱动电机的反电动势在栅极驱动单元的输出端子和相切开关的输出端子处循环。
在实施方式中，相切开关是具有MOSFET结构的开关，在MOSFET中输入端子连接至逆变器，输出端子连接至驱动电机，并且驱动端子连接至栅极驱动单元。
在实施方式中，电流循环单元包括：第一电阻器，安装在相切开关的驱动端子与驱动电机的输入端子之间；第二电阻器，安装在相切开关的驱动端子与栅极驱动单元的输出端子之间；以及续流二极管，安装在所述相切开关的驱动端子与地之间。
在实施方式中，栅极驱动单元包括：电平移位部，被配置为增加从控制装置输入的驱动信号的电平；以及输出部，被配置为从电平移位部接收驱动信号，并且将驱动电压提供给相切开关；和电荷泵部，被配置为接收并送电池电压并将工作电压提供给输出部。
在实施方式中，输出部接收与相切开关的输出端子的电压相对应的电荷泵部的工作电压，并将驱动电压提供给相切开关。
根据本发明的方面，根据用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备，可在电机驱动的助力转向设备的冗余操作期间稳定地操作该相切开关，以阻塞损坏的平台，并基本上防止相切开关被阻塞的驱动电机中存储的电流烧坏。
附图说明
图1是示出根据本公开的实施方式的用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备的电路配置图。
图2是示出根据本公开的实施方式的在用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备中的电流循环状态的图。
具体实施方式
在下文中，以下将通过各种示例性实施方式参考附图来描述用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备。
在该过程中，为了清楚和便于解释的目的，可能夸大附图中示出的线的粗细或元件的尺寸。稍后描述的术语是考虑到本公开中其功能而定义的术语，并且可根据用户或操作者的意图或实践来改变。因此，应基于本说明书的公开内容来定义这些术语。
图1是示出根据本公开的实施方式的用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备的电路配置图；图2是示出根据本公开的实施方式的在用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备中的电流循环状态的图。
如图1和图2，根据本公开的实施方式的用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备可包括相切开关20、栅极驱动单元40和电流循环单元50。
可安装相切开关20以用于逆变器10和驱动电机30的输入端子的每个相位，从而基本上防止逆变器10的不稳定电流被提供给驱动电机30，逆变器10将电机驱动电压转换为三相电力并驱动驱动电机30。
优选地，相切开关20是具有MOSFET结构的开关，其中输入端子连接至逆变器10，输出端子连接至驱动电机30，并且驱动端子连接至栅极驱动单元40。
栅极驱动单元40可从控制装置(未示出)接收驱动信号并且操作相切开关20。
栅极驱动单元40可包括电平移位部44、输出部46和电荷泵部(charge pumpingsection)42。
电平移位部44增加从控制装置输入的低电平驱动信号的电平，并且将具有增大的电平的驱动信号输出到输出部46。
输出部46从电平移位部44接收具有增加的电平的驱动信号，并且将驱动电压提供给相切开关20，从而操作相切开关20。
这里，输出部46可接收与相切开关20的输出端子电压相对应的电荷泵部42的工作电压，并且将驱动电压提供给相切开关20。
电荷泵部42可以接收并电荷泵送电池电压B，并向输出部46提供工作电压，以使输出部46可稳定地提供驱动电压，从而允许相切开关20运行稳定。
电平移位部44、输出部46和电荷泵部42中的每一个可使用诸如电平移位电路和电荷泵电路的公知电路配置来实现，或者可通过包括运算放大器(OP-AMP)等来实现。
电流循环单元50可使驱动电机30的反电动势在栅极驱动单元40的输出端子和相切开关20的输出端子处循环，从而基本上防止相切开关20被存储在驱动电机30中的能量烧坏。
电流循环单元50可包括：第一电阻器R1，其安装在相切开关20的驱动端子与驱动电机30的输入端子之间；第二电阻器R2，其安装在相切开关20的驱动端子和栅极驱动单元40的输出端之间；以及续流二极管(freewheeling diode)D1，其安装在相切开关20的驱动端子与地之间。
因此，如图2所示，当相切开关20处于导通状态时，第一电阻器R1可执行基本保持相切开关20的驱动端子与输出端子之间的电压的功能，并且当相切开关20处于关断状态时可允许施加到驱动端子的电压通向输出端子。
此外，当逆变器10中出现问题并且相切开关20关断时，随着输出端子的电压降低到(-)电压，并且形成了从地通过续流二极管D1和第一电阻器R1的电流路径，从而使相切开关20的驱动端子和输出端子导通并且使电流流通。
当相切开关20被接通/断开时，第二电阻器R2可用于延迟相切开关20，从而降低噪声。
当用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备处于正常状态时，相切开关20通过从控制装置输出的驱动信号而被接通，从而驱动电机30可通过从逆变器10输出的电机驱动电压来驱动。
另一方面，当逆变器10损坏并且执行了不完全的电流控制时，控制装置通过驱动信号输出用于断开相切开关20的驱动信号。
在这种情况下，当在断开相切开关20之前电流从驱动电机30流到逆变器10时，存储在驱动电机30中的线圈能量流过相切开关20的体二极管(body diode)，因此，在驱动电机30的线圈中剩余的能量被耗尽。
同时，当在断开相切开关20之前电流从逆变器10流向驱动电机30时，相切开关20断开，则相切开关20的输出端子的电压降低，并且通过续流二极管D1和电流循环单元50的第一电阻器R1形成电流路径。因此，当相切开关20的驱动端子和输出端子导通时，驱动电机30的线圈中残留的能量被耗尽，从而基本上防止了相切开关20的烧坏。
如上所述，根据本公开的实施方式的用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备，可在电机驱动的助力转向设备的冗余操作期间稳定地操作该相切开关，以阻塞损坏的平台，并基本上防止相切开关被阻塞的驱动电机中存储的电流烧坏。
尽管已经参考附图中示出的实施方式描述了本公开，但是本公开的实施方式仅用于说明目的，并且本领域技术人员将理解，各种修改和其他等效实施方式是可能的。
因此，本公开的真实技术范围应由所附权利要求书限定。

Claims (5)

1.一种用于操作电机驱动的助力转向设备中的相切开关的设备，该设备包括：
相切开关，被安装用于逆变器和驱动电机的输入端子的每个相位，所述逆变器将电压转换成三相电力并驱动所述驱动电机；
栅极驱动单元，被配置为从控制装置接收驱动信号并操作所述相切开关；以及
电流循环单元，被配置为使所述驱动电机的反电动势在所述栅极驱动单元的输出端子和所述相切开关的输出端子处循环。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述相切开关是具有MOSFET结构的开关，在所述MOSFET结构中，输入端子连接至所述逆变器，输出端子连接至所述驱动电机，并且驱动端子连接至所述栅极驱动单元。
3.根据权利要求2所述的设备，其中，所述电流循环单元包括：
第一电阻器，被安装在所述相切开关的驱动端子与所述驱动电机的输入端子之间；
第二电阻器，被安装在所述相切开关的驱动端子与所述栅极驱动单元的输出端子之间；以及
续流二极管，被安装在所述相切开关的驱动端子和地之间。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，所述栅极驱动单元包括：
电平移位部，被配置为增加从所述控制装置输入的驱动信号的电平；
输出部，被配置为从所述电平移位部接收驱动信号并且将驱动电压提供给所述相切开关；以及
电荷泵部，被配置为接收并电荷泵送电池电压，并将工作电压提供给所述输出部。
5.根据权利要求4所述的设备，其中，所述输出部接收与所述相切开关的输出端子的电压相对应的所述电荷泵部的工作电压，并将驱动电压提供给所述相切开关。
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