CN118176651A - 负载驱动装置 - Google Patents

Abstract

本发明的负载驱动装置(101)的电力转换器(60)设置在与蓄电池(15)连接的电源线(Lp)与接地线(Lg)之间，对蓄电池(15)的直流电力进行转换并供给至负载(80)。升压电路(20)对经由电源线(Lp)供给的蓄电池(15)的电压进行升压。升压后电容器(25)被以升压电路(20)的升压后电压进行充电。特定调节器(36)在经由电力供给路径(31、32)施加了下限值以上的电压时使对象电路(85、37、38、40)动作。至少充电至升压后电容器(25)的电压被施加给特定调节器(36)。

Description

负载驱动装置

相关申请的交叉引用

本申请基于2021年10月11日申请的日本申请号2021－166732，并将其记载内容引用至本申请。

技术领域

本公开涉及负载驱动装置。

背景技术

以往，已知有通过逆变器等电力转换器对蓄电池的直流电力进行转换，并供给至三相马达等负载的负载驱动装置。例如专利文献1所公开的转向角检测装置设置有检测马达的旋转角的旋转角传感器。从蓄电池经由调节器对旋转角传感器供给电力。旋转角传感器能够通过从蓄电池经由调节器供给的电力继续动作。

专利文献1：日本特开2018－177097号公报

在专利文献1的装置中，在线束断开等从蓄电池向电源线的电力供给中断的异常、由于发动机启动而蓄电池电压降低的情况下，向旋转角传感器的电力供给中断，而旋转角传感器不能继续动作。特别是在电动动力转向装置的转向操纵辅助马达中，若旋转角传感器暂时停止动作，则恢复后不能维持转向角的中立位置的信息，而存在不能进行辅助控制中的正确的转向角运算这样的问题。

另外，根据装置的结构，若来自蓄电池的供给电压降低，则除了旋转角传感器以外，三相预驱动器、CAN收发器、唤醒用CAN驱动器等设备也不能继续动作。

发明内容

本公开的目的在于提供即使从蓄电池向电源线供给的电压暂时降低也能继续对象电路的动作的负载驱动装置。

本公开的第一方式的负载驱动装置具备电力转换器、升压电路、升压后电容器以及特定调节器。电力转换器设置在与蓄电池连接的电源线与接地线之间，对蓄电池的直流电力进行转换并供给至负载。

升压电路对经由电源线供给的蓄电池的电压进行升压。升压后电容器被以升压电路的升压后电压进行充电。

特定调节器在经由电力供给路径施加下限值以上的电压时使对象电路动作。例如负载为马达，对象电路包含检测马达的旋转角的旋转角传感器。

至少充电至升压后电容器的电压被施加给特定调节器施加。由此，即使在从蓄电池供给至电源线的电压暂时降低，对象电路也能够继续动作。

本公开的第二方式的负载驱动装置相对于第一方式的负载驱动装置也可以不具备升压电路和升压后电容器，取而代之，以具备电力转换器电容器为必要条件。电力转换器电容器在电源线与接地线之间与电力转换器并联连接，并被以施加给电力转换器的电压进行充电。

至少充电至电力转换器电容器的电压被施加给特定调节器。由此，即使在从蓄电池供给至电源线的电压暂时降低，对象电路也能够继续动作。

附图说明

通过参照附图进行下述的详细的描述，本公开的上述目的以及其他目的、特征、优点变得更加明确。

图1是第一实施方式的马达驱动装置的构成图。

图2是电动动力转向装置的概略结构图。

图3是表示第一实施方式中的蓄电池电压降低时的各部的电压变化的图。

图4是第二实施方式的马达驱动装置的构成图。

图5是比较例的马达驱动装置的构成图。

图6是表示比较例中的蓄电池电压降低时的各部的电压变化的图。

具体实施方式

基于附图对多个实施方式的负载驱动装置进行说明。对多个实施方式中实质相同的结构标注相同的附图标记并省略说明。将第一、第二实施方式概括地称为“本实施方式”。本实施方式的负载驱动装置为马达驱动装置。该马达驱动装置在电动动力转向装置中对蓄电池的直流电力进行转换并供给至作为“负载”的转向操纵辅助马达。转向操纵辅助马达由三相无刷马达构成。

此外，以往搭载于车辆的备用蓄电池的电压一般为12V，但在本实施方式中，主要假定今后预定在电动汽车中采用的24V或者48V。图中和以下的说明书中的“24V/48V”是指“24V或者48V”。但是，在使用12V的蓄电池的情况下，本实施方式的结构也基本相同。根据在后述的说明中提及发动机启动的情况明确的那样，本实施方式并不限定于电动汽车也可以应用于发动机车。

具体而言，电动动力转向装置的ECU作为马达驱动装置发挥作用。ECU由微机、定制的集成IC等构成，具备未图示的CPU、ROM、RAM、I/O以及连接这些结构的总线等。ECU执行基于软件处理、基于硬件处理的控制，软件处理是基于通过CPU执行预先存储于ROM等实体的存储器装置(即，可读取非暂时有形记录介质)的程序的软件处理，硬件处理是基于专用的电子电路的硬件处理。

(第一实施方式)

图1表示第一实施方式的马达驱动装置101的结构。马达驱动装置101具备作为“电力转换器”的逆变器60、作为“电力转换器电容器”的逆变器电容器56、升压电路20、升压后电容器25、特定调节器36等。在图1例示单系统的马达驱动装置101的结构，但也可以是双系统以上的冗余结构。例如在双系统的马达驱动装置中，从两个逆变器对具有两组绕组组的双绕组马达进行电力供给。

逆变器60经由电源线Lp与蓄电池15的正极连接，经由接地线Lg与蓄电池15的负极连接。逆变器60包含串联连接在电源线Lp与接地线Lg之间的三相的上下臂的开关元件61－66。详细而言，U相、V相、W相的上臂的开关元件61、62、63以及下臂的开关元件64、65、66进行桥连接。在本实施方式中，使用MOSFET作为逆变器60的开关元件61－66。以下，在本实施方式中使用的MOSFET基本上为N沟道型。

将各相的上下臂的开关元件的连接点定义为“臂间连接点Nu、Nv、Nw”。臂间连接点Nu、Nv、Nw分别与马达80的三相绕组81、82、83连接。逆变器60对蓄电池15的直流电力进行转换并供给至三相绕组81、82、83。例如，在Y接线的马达80的情况下，三相绕组81、82、83在中性点Nm连接。此外，三相绕组81、82、83也可以进行Δ接线。

逆变器电容器56与逆变器60在电源线Lp与接地线Lg之间并联连接，并以被施加给逆变器60的电压进行充电。在马达驱动装置101的通常动作时，逆变器电容器56作为平滑电容器发挥作用。

在逆变器60的蓄电池15侧设置有构成噪声对策用LC滤波电路的滤波电容器16和扼流圈(电感器)17。滤波电容器16和逆变器电容器56例如由有极性的铝电解电容器构成。扼流圈17设置于电源线Lp。

在图1的结构中，在扼流圈17与逆变器60之间的电源线Lp，在蓄电池15串联连接有电源继电器51，在逆变器60侧串联连接有逆连接保护继电器52。电源继电器51并联连接使从逆变器60侧向蓄电池15侧的电流导通的回流二极管，在断开时切断从蓄电池15侧向逆变器60侧的电流。

逆连接保护继电器52并联连接使从蓄电池15侧向逆变器60侧的电流导通的回流二极管，在断开时切断从逆变器60侧向蓄电池15侧的电流。例如，电源继电器51和逆连接保护继电器52由MOSFET构成，MOSFET的寄生二极管作为回流二极管发挥作用。

在其他构成例中也可以不设置电源继电器51。另外，逆连接保护继电器52也可以设置于接地线Lg。

马达继电器71、72、73设置在各相的臂间连接点Nu、Nv、Nw与三相绕组81、82、83之间的马达电流路径上。例如，马达继电器71、72、73由MOSFET构成。寄生二极管使从臂间连接点Nu、Nv、Nw向三相绕组81、82、83的电流导通。马达继电器71、72、73在断开时切断从马达80侧向逆变器60侧的电流。

虽然省略图示，但在逆变器60或者各相马达电流路径设置检测相电流的电流传感器。在马达驱动装置101的通常动作时，微机(控制部)30通过基于相电流检测值和马达旋转角的电流反馈控制来运算逆变器60的驱动信号，以使马达80输出指令转矩。三相预驱动电路40根据微机30运算出的驱动信号使逆变器60动作。此外，也可以由集成IC分担作为基于微机30的控制部的功能的一部分。另外，在双系统结构的情况下，也可以在各系统的微机之间相互通信控制信息。

另外，在系统的启动、停止时、发生异常时等，基于来自微机30的指令，通过未图示的继电器驱动电路对电源继电器51、逆连接保护继电器52以及马达继电器71、72、73进行接通/断开操作。省略各继电器的栅极信号等的图示。

升压电路20与扼流圈17后的电源线Lp连接，对经由电源线Lp供给的蓄电池电压进行升压。升压电路20例如由包含线圈和开关元件的斩波电路构成。在蓄电池电压为24V/48V的情况下，也可以通过降压调节器18暂时降压至12V左右，之后输入到升压电路20。升压后电容器25以升压电路20的升压后电压进行充电。

向三相预驱动电路40输入24V/48V作为上臂(高侧)开关元件61－63的栅极电压生成用电源，并输入降压调节器18后的12V，作为下臂(低侧)开关元件64－66的栅极电压生成用电源。在蓄电池电压为12V的情况下，不需要降压调节器18。

特定调节器36是在经由电力供给路径施加下限值以上的电压时使对象电路动作的低暗电流电源。在本实施方式中特别重要的对象电路是检测马达80的旋转角的霍尔元件等旋转角传感器85。后述其理由。作为旋转角传感器85以外的对象电路，能够应用三相预驱动电路40、CAN收发器37、唤醒用CAN驱动器38等IC。

CAN收发器37对车内网络的CAN通信总线与微机30之间的通信进行中继。唤醒用CAN驱动器38生成经由CAN总线的唤醒信号。省略旋转角传感器85以及其他对象电路37、38、40中的输入输出信号的图示。

在第一实施方式中，设置对特定调节器36进行电力供给的两个电力供给路径31、32。在各电力供给路径31、32设置有防止电流的逆流的二极管34。第一电力供给路径31从扼流圈17后的电源线Lp直接连接到特定调节器36。经由第一电力供给路径31对特定调节器36施加蓄电池电压。

第二电力供给路径32从第一电力供给路径31分支，并经由降压调节器18和升压电路20与特定调节器36连接。充电到升压后电容器25的升压后电压经由第二电力供给路径32被施加给特定调节器36。

接下来参照图2，对车辆的转向系统99中应用马达驱动装置101的电动动力转向装置(图中“EPS”)90的概略结构进行说明。图2所示的电动动力转向装置90为柱辅助式，但也能够同样地应用于齿条辅助式的电动动力转向装置。

转向系统99包含方向盘91、转向轴92、小齿轮96、齿条轴97、车轮98以及电动动力转向装置90等。方向盘91与转向轴92连接。设置于转向轴92的前端的小齿轮96与齿条轴97啮合。在齿条轴97的两端经由横拉杆转向等设置一对车轮98。若驾驶员使方向盘91旋转，则与方向盘91连接的转向轴92旋转。转向轴92的旋转运动通过小齿轮96转换为齿条轴97的直线运动，一对车轮98被转向操纵到与齿条轴97的位移量相应的角度。

电动动力转向装置90包含转向操纵辅助马达80、马达驱动装置101、转向操纵转矩传感器94以及减速齿轮89等。例如，马达驱动装置101一体地设置于马达80的轴向的一端，构成为“机电一体式马达”。转向操纵转矩传感器94设置在转向轴92的中途，检测驾驶员的转向操纵转矩。马达驱动装置101基于转向操纵转矩来控制马达80的驱动，以使马达80产生所希望的辅助转矩。马达80输出的辅助转矩经由减速齿轮94传递到转向轴92。

例如，旋转角传感器85由与固定于轴86的前端的传感器磁铁87对置的霍尔元件构成，基于传感器磁铁87的磁通的变化来检测马达旋转角。除了霍尔元件以外也可以使用解析器等旋转角传感器。马达旋转角θ使用减速比换算为方向盘91的转向角。在使用马达旋转角θ的运算中，转向角的中立位置为基准。

这里参照图5、图6，对比较例的马达驱动装置109的作用进行说明。比较例的马达驱动装置109不具备升压电路20和升压后电容器25。向特定调节器36仅供给经由第一电力供给路径31的蓄电池电压。此外，即使由于其他目的而具备升压电路20和升压后电容器25，若不设置将升压后电压供给至特定调节器36的路径，则与比较例等效。

这里，作为对象电路仅记载旋转角传感器85。在稳定地从蓄电池15经由第一电力供给路径31向特定调节器36供给下限值以上的电压的情况下，旋转角传感器85能够继续动作。因此，维持转向角的中立位置的信息，而马达驱动装置能够执行辅助控制中的正确的转向角运算。

但是，例如在发动机车中，有由于发动机启动而蓄电池电压暂时降低的情况。在电动汽车中，若在共享蓄电池的其他装置中暂时消耗大电流，则也有引起相同的电压降低的可能性。蓄电池电压降低时的图5的[A]、[B]、[C]的电压变化如图6所示。[A]表示从蓄电池15供给至电源线Lp的电压。[B]表示从第一电力供给路径31输入到特定调节器36的电压。[C]表示从特定调节器36输入到旋转角传感器85的电压。

若随着从蓄电池15向电源线Lp的供给电压的降低而特定调节器36的输入电压降低至下限值以下，则特定调节器36不能输出使旋转角传感器85动作的电压。这样一来，旋转角传感器85的输入电压低于下限值，而旋转角传感器85停止动作。之后，例如若由于发动机启动结束而蓄电池电压恢复，则[A]、[B]、[C]的电压恢复。

但是，若旋转角传感器85暂时停止动作，则恢复后不能维持转向角的中立位置的信息，而不能进行辅助控制中的正确的转向角运算，所以在电动动力转向装置中影响较大。因此，对于旋转角传感器85，要求即使暂时不停止动作，也可靠地继续动作。此外，在作为其他对象电路的三相预驱动电路40、CAN收发器37以及唤醒用CAN驱动器38中暂时的动作停止所带来的影响较小。

相对于比较例，第一实施方式的马达驱动装置101具备升压电路20和升压后电容器25，并设置将升压后电容器25与特定调节器36连接的第二电力供给路径32。因此，若在基于升压后电容器25的电容的放电时间的范围内，则与蓄电池电压的降低无关地，成为至少充电至升压后电容器25的电压被施加给特定调节器36的状态。由于实际上旋转角传感器85的消耗电流较小，所以升压后电容器25的可放电时间足够长。

与比较例的图6对应，在图3示出第一实施方式中的蓄电池电压降低时的各部的电压变化。[B]表示从第二电力供给路径32输入到特定调节器36的电压。即使在[A]的供给电压与比较例相同地降低的状况下，[B]的向特定调节器36的输入电压和[C]的向旋转角传感器85的输入电压也能够维持下限值以上的值。

这样在第一实施方式的马达驱动装置101中，即使从蓄电池15供给到电源线Lp的电压暂时降低，旋转角传感器85也能够继续动作。因此，在恢复后能够维持转向角的中立位置的信息，所以在电动动力转向装置90的辅助控制中能够执行正确的转向角运算。

(第二实施方式)

参照图4对第二实施方式进行说明。在第二实施方式的马达驱动装置102中，逆变器电容器56的高电位电极与特定调节器36经由第三电力供给路径33连接。在第三电力供给路径33设置有防止电流的逆流的二极管34。

如上述那样，逆变器电容器56在电源线Lp与接地线Lg之间与逆变器60并联连接，并以被施加给逆变器60的电压进行充电。被充电到逆变器电容器56的升压后电压经由第三电力供给路径33被施加给特定调节器36。因此，若在基于逆变器电容器56的电容的放电时间的范围内，则与蓄电池电压的降低无关地，成为至少充电至逆变器电容器56的电压被施加至特定调节器36的状态。由此，能够得到与第一实施方式相同的作用效果。

如虚线所示，也可以不设置第一实施方式的升压电路20、升压后电容器25以及第二电力供给路径32。或者，也可以组合第一实施方式和第二实施方式，经由第二电力供给路径32、第三电力供给路径33将被充电至升压后电容器25以及逆变器电容器56的电压双重地施加到特定调节器36。

然而，在电源线Lp的逆连接保护继电器52接通时，也经由电源线Lp从第一电力供给路径31对特定调节器36施加被充电至逆变器电容器56的电压。另一方面，在逆连接保护继电器52断开时，切断从逆变器电容器56经由电源线Lp的电力供给路径。此外，对于电源继电器51，有与接通/断开无关地经由回流二极管的路径。因此，在第二实施方式中，特别是即使在逆连接保护继电器52断开的状态下也能够继续向特定调节器36的电力供给。

(其他实施方式)

(a)在负载为马达，对象电路为旋转角传感器的马达驱动装置中，应用的系统并不限定于电动动力转向装置。在旋转角传感器的暂时的动作停止所引起的影响较大的系统中，特别有效地发挥本实施方式的效果。

(b)并且，本公开的负载驱动装置的负载并不限定于三相马达80，也可以是单相马达或者三相以外的多相马达，或者也可以是马达以外的致动器、其他负载。作为“电力转换器”，也可以代替多相逆变器而使用H桥电路等。

(c)通过来自特定调节器36的电力供给进行动作的对象电路并不限定于上述实施方式所例示的电路，可以是任何的电路。

以上，本公开并不限定于这样的实施方式，能够在不脱离其主旨的范围内，以各种方式实施。

本公开所记载的控制部及其方法可以通过专用计算机来实现，该专用计算机由构成被编程为执行由计算机程序具体化的一个或者多个功能的处理器以及存储器提供。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以通过专用计算机来实现，该专用计算机通过由一个以上的专用硬件逻辑电路构成处理器提供。或者，本公开所记载的控制部及其方法也可以由通过被编程为执行一个或者多个功能的处理器以及存储器与由一个以上的硬件逻辑电路构成的处理器的组合构成的一个以上的专用计算机实现。另外，计算机程序也可以作为由计算机执行的指令，存储于计算机可读取的非过渡有形记录介质。

本公开依据实施方式进行了描述。然而，本公开并不限定于该实施方式以及结构。本公开也包含各种变形例以及同等的范围内的变形。另外，也将各种组合以及方式，进一步仅包含其中一个要素、更多或者更少要素的其他组合以及方式也纳入本公开的范畴、思想范围。

Claims (5)

1.一种负载驱动装置，具备：

电力转换器(60)，设置在与蓄电池(15)连接的电源线(Lp)与接地线(Lg)之间，对上述蓄电池的直流电力进行转换并供给至负载(80)；

升压电路(20)，对经由上述电源线供给的上述蓄电池的电压进行升压；

升压后电容器(25)，被以上述升压电路的升压后电压进行充电；以及

特定调节器(36)，在经由电力供给路径(31、32)施加了下限值以上的电压时使对象电路(85、37、38、40)动作，

至少充电至上述升压后电容器的电压被施加给上述特定调节器。

2.一种负载驱动装置，具备：

电力转换器(60)，设置在与蓄电池(15)连接的电源线(Lp)与接地线(Lg)之间，对上述蓄电池的直流电力进行转换并供给至负载(80)；

电力转换器电容器(56)，在上述电源线与上述接地线之间与上述电力转换器并联连接，并被以施加给上述电力转换器的电压进行充电；以及

特定调节器(36)，在经由电力供给路径(31、33)施加了下限值以上的电压时使对象电路(85、37、38、40)动作，

至少充电至上述电力转换器电容器的电压被施加给上述特定调节器。

3.根据权利要求1或2所述的负载驱动装置，其中，

上述负载为马达。

4.根据权利要求3所述的负载驱动装置，其中，

上述对象电路包含检测上述马达的旋转角的旋转角传感器(85)。

5.根据权利要求3或4所述的负载驱动装置，其中，

上述负载是电动动力转向装置的转向操纵辅助马达。