CN1538584A

CN1538584A - 马达控制设备

Info

Publication number: CN1538584A
Application number: CNA2004100397811A
Authority: CN
Inventors: 野村学; 史; 吉村聪史
Original assignee: Denso Corp
Current assignee: Denso Corp
Priority date: 2003-03-17
Filing date: 2004-03-17
Publication date: 2004-10-20
Anticipated expiration: 2024-03-17
Also published as: US20040184206A1; DE102004012886A1; CN100414802C; US7113376B2; JP3966194B2; JP2004282920A

Abstract

在用于马达(1)的控制设备(2)内，过电流保护电路(13)检测在马达电流内的异常并且强制截止MOSFET(5)。所述过电流保护电路(13)具有计时器功能和时间转换功能。在计时器操作中，当流过马达(1)的电流超过预定的阈值时，在产生用于OFF时间周期的信号前，过电流保护电路(13)终止在ON时间周期内的异常检测信号。所述时间转换功能是用于控制将OFF时间周期延长到与ON时间周期相比一个相对长的值。

Description

马达控制设备

技术领域

本发明涉及一种用于通过导通和截止半导体开关装置来控制马达电流的马达控制设备。

背景技术

为了降低用于控制风扇马达的装置中的噪音和功耗，其中所述风扇马达被用在汽车中的引擎冷却系统当中，例如，使用脉宽调制(PWM)以在风扇马达的旋转速度方面执行连续或比例控制。当由于风扇马达的旋转锁定状态或者是短路而出现过大的电流时，它所引起的热量很有可能损坏PWM控制模块中的半导体开关装置。

因此，作为一般的解决方案，提供一种能够处理此类过大电流的过电流保护电路。当在半导体开关装置检测到过大电流后而将其实际上置于连续截止状态时，然而，实际上风扇马达也同样处于停止转动的状态，这对于冷却所述的引擎会有负面影响。为了解决这一问题，提供了一种具有多种过电流保护功能的马达控制设备。

例如，提供一种电路以建立能够将流过风扇马达的电流限制到某一水平的受限的电流状态，当由于风扇的旋转锁定状态，或者如日本专利NO.3,102,355(专利文件1)所揭示的那样，在电流处于受限电流状态的风扇马达期间保持连续导通这样的其它原因时，所述电流水平不会产生导致半导体开关装置发生故障的过度热量。

此外，当出现过大的电流时，也可以采用另一种电路以间歇地保持PWM控制模块的连续输出。采用这种电路以提供这样的控制结构，即：当检测到过大的电流时，将流过风扇马达的电流置于抑制状态。在所述电流抑制状态下，可以监控PWM控制模块的内部温度。当PWM控制模块的内部温度超过上限时，立刻中止PWM控制模块的输出。当PWM控制模块的内部温度后来低于预设的温度时，将PWM控制模块重置到初始状态。正如日本专利公开文本NO.特开平9284,999(专利文件2)中所公开的，重复执行上述操作直到恢复正常状态。

在保持所述风扇马达的工作和防止半导体开关装置发生故障方面，根据本发明的控制是很有效的。然而，由于流过风扇马达的电流是连续的，所以很有可能最终在风扇马达内产生取决于造成过大电流位置的层短路。

另一方面，在根据专利文件2的控制的情况下，通过同时监控流过风扇马达的电流和PWM控制模块的内部温度来执行过电流保护操作。因此，具体来讲，当PWM控制模块的内部温度超过了上限时，在操作中就会不可避免的出现延时，从而停止PWM控制模块的输出。当所述的延时出现时，由于产生于风扇马达的层短路或者其它原因导致PWM控制模块的内部温度可能会激增。如果不能够处理温度的这种激增，就会降低保护马达控制设备和马达免受损坏的操作的可靠性。

发明内容

因此，致力于上述问题的本发明的一个目的就是，提供一种用于控制马达的马达控制设备，以作为一种以高度可靠性来执行保护该设备自身以及马达免受损坏的操作的设备，其中所述损坏是当维护马达工作状态的时候出现过大电流时、由于过大电流所产生的热量而引起的。

本发明提供了一种马达控制设备，用于控制带有过电流保护电路的马达，其中在检测到流过马达的电流处于超过预定阈值的幅度后，重复地执行计时器操作。在所述的计时器操作中，暂停在预先设置的ON时间周期内的、用于停止驱动电路工作的异常检测信号后，在预先设置的OFF时间周期内输出异常检测信号。也就是说，驱动电路在OFF时间周期内暂停驱动半导体开关装置，而在ON时间周期内驱动半导体开关装置。伴随着上述的操作，半导体开关装置的温度在所执行的驱动期间增高而在停止驱动期间降低，最终在预定值达到饱和。

此外，在执行上述计时器操作的时间周期内，即，在过电流保护操作的时间周期内，以这样一种区别来执行所述控制以使OFF时间周期比ON时间周期相对长一些，所述区别即：流过马达的过电电流越大，则区别也就越大。特别是，随着流过马达的电流的增大，OFF时间周期与ON时间周期的比值也在增高。因此，在执行过电流保护操作期间，即使当流过马达的电流在增大，半导体开关装置达到饱和时的饱和温度也可以被限制在一个相对低的值。

结果，由过电流保护操作所提供的饱和温度被限制在了能在不考虑流过马达的电流大小的情况下保持半导体开关装置的良好性能的某一水平。因此，提高了过电流保护操作的可靠性。此外，在所述过电流保护操作功能中，尽管是间歇地，但还是可以保持马达的工作状态。因此，本发明适于在甚至执行了过电流保护功能的情况下必须保持马达工作的应用。

附图说明

本发明的上述以及其它的目的、特征和优点将会在下面参照附图的详细说明中变得更加清晰。在附图中：

图1是表示根据本发明的第一实施例的马达控制设备的框图；

图2是第一实施例的过电流保护电路的详细电路结构；

图3是在第一实施例的输入信号转换电路的详细电路结构；

图4是在第一实施例中出现在各个点的信号的波形时序图；

图5A和5B是在第一实施例中表示温度变化的时序图。

图6是表示根据本发明的第二实施例的马达控制设备的框图。

图7是第二实施例的过电流保护电路的详细电路结构。

图8是在第二实施例中出现在各个点的信号的波形时序图。

图9是表示在第二实施例中电流变化的时序图。

具体实施方式

(第一实施例)

本发明将参照各种实施例加以详细描述，在这些实施例中，将所述马达控制设备应用到用于汽车引擎冷却设备的电驱动风扇系统中。

参照图1，直流电马达1充当低压空气压缩机风扇(未示出)的驱动器，用于冷却流过诸如散热器这样的热量交换器的引擎冷却制冷剂。马达控制设备2控制马达1的转动速度。电池3通过点火开关(未示出)向马达控制设备2供电。值得注意的是，在某些结构中，电池3直接向马达控制设备2供电。

提供给马达1的电压决定了低压空气压缩机风扇的转动速度。马达控制设备2通过采用脉宽调制(PWM)控制方法来调整电压的电平，所述方法将电池3的输出转换应用到马达1。马达控制设备2具有接收来自电子控制单元(ECU)、用于引擎(E/G)控制的电压命令信号Vc。所述电压命令信号Vc是请求将电压电平输出给马达1的输出电平命令信号。值得注意的是，上述信号通过脉冲通信而在引擎控制ECU4和马达控制设备2之间相互转换。由此，电压命令信号Vc是脉冲序列信号。

引擎控制ECU4具有公知的结构，用于基于将许多来自传感器的信号输入作为请求所述操作的信号而执行控制引擎操作。在此情况下，引擎控制ECU4在预先设置的条件下处理所述传感器信号，以便产生为把引擎冷却制冷剂保持在目标控制温度所必需的电压命令信号Vc，然后将所述电压命令信号Vc提供给马达控制器设备2。应当注意的是，传感器信号包括从温度传感器、汽车传感器和A/C开关那里接收的信号，所述温度传感器用于检测引擎冷却制冷剂的温度。

马达控制器设备2具有作为用于执行PWM控制的半导体开关装置的n沟道功率的MOSFET 5。处于ON状态的MOSFET 5通过平滑电路6从电池3到马达1建立导电通路的连接。值得注意的是，还提供平滑电路6，以作为限制在开关MOSFET 5的操作中产生的导通噪音的装置。一个续流二极管7连接在马达的输入端之间作为用于吸收反电动势的装置。

为了驱动MOSFET 5并且保护马达控制设备2和马达1免受因流过马达1的过大电流引起的热量而带来的损害，给马达控制提供这样的内部电路，该电路包括：输入信号转换电路8，信号处理电路9，马达电压检测电路10，振荡电路11，驱动电路12和过电流保护电路13。

输入信号转换电路8的作用是作为一输入接口而将从引擎控制ECU4处接收到的脉冲序列电压命令信号Vc转换为直流电压信号Vb并且将其提供给信号处理电路9。

马达电压检测电路10检测出现在马达1的接线端之间的电压并且将代表所检测电压的电压检测信号提供给信号处理电路9及过电流保护电路13。在通过PWM控制来驱动马达1的情况下，出现在马达1接线端之间的电压依照MOSFET 5的ON和OFF状态而急剧地上升和下降。代替检测这种急剧的电压变化，马达控制设备2的结构包括用于在马达1的接线端之间施加平滑变化电压的平滑电路6，所述平滑变化的电压是由马达电压检测电路10来检测的。

振荡电路11产生具有预定频率的基准时钟信号，并且将上述信号提供给信号处理电路9和过电流保护电路13。

信号处理电路9具有这样一种公知结构，该结构用于根据直流电压信号Vb与由马达电压检测电路10反馈的电压检测信号以及由振荡电路11产生的基准时钟信号相比较的比较结果，来产生带有脉冲序列波形的PWM信号。这一结构用于将PWM信号提供给驱动电路12和过电流保护电路13。如前所述，通过输入信号转换电路8接收来自引擎控制ECU4的直流电压信号Vb，其中电压检测信号代表出现在马达输入端之间的电压。

驱动电路12放大所述PWM信号以便产生电压信号，并且将电压信号施加于MOSFET 5的栅极和源极之间，以切换MOSFET 5的导通和截止。切换后的MOSFET 5继而又在马达1上执行PWM驱动操作。在马达1上执行PWM驱动操作的结果是，施加于马达1上的电压平均值可以用来控制马达1，由此可以驱动所述马达以可变的速度运转。

过电流保护电路13是为保护马达1和马达控制设备2免受因流过马达1的过大电流产生的热量所造成的损坏而配备的，所述损坏是由于马达1的旋转锁定状态或者是通过检测到电流的负载导线处于短路电路状态。

在图2中示出了所述过电流保护电路13。除了前述输入信号以外，也就是，除了由信号处理电路9产生的PWM信号、由马达电压检测电路10产生的电压检测信号和由振荡电路11产生的基准时钟信号以外，所述过电流保护电路13还接收出现在MOSFET 5的漏极和源极之间的电压。这里，出现在MOSFET 5的漏极和源极之间的电压仅仅指漏极电压。所述过电流保护电路13根据在MOSFET 5为ON状态下的时间周期内施加于MOSFET 5的漏极电压，来检测流过马达1的负载电流。

接收由马达电压检测电路10产生的电压检测信号的第一过电流检测阈值电压设置电路14输出第一阈值电压Vth1，对于电压检测信号较高的电平范围而言，第一阈值电压Vth1被设置在了一个相对较小的值上。第一比较器15将第一阈值电压Vth1与漏极电压进行比较，并且当漏极电压超过第一阈值电压Vth1时，将比较结果输出为高电平的信号。

接收由马达电压检测电路10产生的电压检测信号的第二过流电检测阈值电压设置电路16输出第二阈值电压Vth2，对于电压检测信号较高的电平范围而言，第一阈值电压Vth1被设置在了一个相对较小的值上。然而，第二阈值电压Vth2被设置为高于第一阈值电压Vth1预定差值的电平。第二比较器17将第二阈值电压Vth1与漏极电压进行比较，并且当漏极电压超过第二阈值电压Vth1时，将比较结果输出为高电平的信号。

第一比较器15的输出端经NPN型双极性晶体管15a接地。具体而言，NPN型双极性晶体管15a的集电极连接到第一比较器15的输出端，而NPN型双极性晶体管15a的发射极接地。第二比较器17的输出端经NPN型双极性晶体管17a接地。具体而言，NPN型双极性晶体管17a的集电极连接到第一比较器17的输出端，而NPN型双极性晶体管17a的发射极接地。

NPN型双极性晶体管15a和NPN型双极性晶体管17a的基极接收由转换器电路18输出的信号，所述信号是由信号处理电路9产生的PWM信号的转换结果。由此，当将PWM信号设置为低电平时，即，在MOSFET 5处于OFF状态下的时间周期内，导通NPN型双极性晶体管15a和17a，并且NPN型双极性晶体管15a和NPN型双极性晶体管17a的ON状态把第一比较器15和第二比较器17的输出分别强制降低为低电平。

另一方面，在MOSFET 5处于ON状态下的时间周期内，根据比较结果来设置第一比较器15的输出。更具体而言，当流过MOSFET 5的负载电流的水平超过对应于第一阈值电压Vth1的第一过电流水平时，第一比较器15输出设置在高电平的信号。同样，在MOSFET 5处于ON状态下的时间周期内，根据比较结果来设置第一比较器17的输出。更具体而言，当流过MOSFET 5的负载电流的电平超过对应于第二阈值电压Vth2的第二过电流水平时，第二比较器17输出设置在高电平的信号。将第二阈值电压Vth2的电平设置的比第一阈值电压Vth1更高。

在MOSFET 5处于OFF状态下的时间周期内，忽略在由第一比较器15和第二比较器17执行的操作内漏极电压的增高，所述第一比较器15和第二比较器17检测到流过MOSFET 5的过大电流。另一方面，在MOSFET 5处于ON状态下的时间周期内，第一比较器15根据流过MOSFET 5且超过对应于第一阈值电压Vth1的第一过电流水平的负载电流来输出设置在高电平的信号。同样，在MOSFET 5处于ON状态下的时间周期内，第二比较器15根据流过MOSFET 5且超过对应于第二阈值电压Vth2的第二过电流水平的负载电流来输出设置在高电平的信号。

将由振荡电路11产生的基准时钟信号提供给第一ON计时器19的时钟端子CK和第一OFF计时器20的时钟端子CK。第一ON计时器19具有在ON时间周期t1内启动第一ON计时器操作以计算脉冲数的结构，所述ON时间周期t1设置在通过给触发器端子T的信号的上升沿处。随着第一ON计时器操作的完成，第一ON计时器19从其输出端Q输出设置在高电平的信号。所述计数脉冲是由于划分基准时钟信号频率而产生的信号。

同样，第一OFF计时器20具有在OFF时间周期t2内启动第一OFF计时器操作以计算脉冲数的结构，所述OFF时间周期t2设置在通过给触发器端子T的信号的上升沿处。随着第一OFF计时器操作的完成，第一OFF计时器20从其输出端Q输出设置在高电平的信号。所述计数脉冲是由于划分基准时钟信号频率而产生的信号。

值得注意的是，第一ON计时器19和第一OFF计时器20都具有一个禁用端N。当设置在高电平的信号提供给禁用端N时，禁止执行第一ON计时器和第一OFF计时器操作。第一ON计时器19和第一OFF计时器20的禁用端N都连接到第二比较器17的输出端。

在第一ON计时器19内，触发器端子T连接到第一比较器15的输出端，而输出端Q连接到用作第一锁存电路21的R-S触发器的置位输入端S。由此，当第一比较器15检测到过大电流时，第一ON计时器19在ON时间周期t1内启动第一ON计时器操作。随着第一ON计时器操作的完成，将第一锁存电路21置位以锁存检测到的过电流状态。

在稳定状态条件下，随着检测到的过电流状态的提升或从第一锁存电路21的释放，第一锁存电路21输出低电平信号。然而，依据锁存在第一锁存电路21的检测到的过电流状态，第一锁存电路21输出作为异常检测信号的高电平信号。由第一锁存电路21输出的信号被提供给了第一OFF计时器20的触发器端子T。所述信号分别通过或门22a和22b而分别提供给驱动电路12和输入信号转换电路8。第一OFF计时器20的输出端Q连接到第一锁存电路21的复位输入端R。

由此，当置位第一锁存电路21时，输出异常检测信号，第一OFF计时器20在OFF时间周期t2内启动第一OFF计时器操作。随着第一OFF计时器操作的完成，重置第一锁存电路21，以便提升或释放检测到的过电流状态。

由振荡电路11产生的基准时钟信号同样被提供给第二ON计时器23的时钟终端CK和第二OFF计时器24的时钟终端CK。第二ON计时器23具有在ON时间周期t1’内启动第二ON计时器操作以计算脉冲数的结构，所述ON时间周期t1’设置在通过给触发器端子T的信号的上升沿并且短于ON时间周期t1。随着第二ON计时器操作的完成，第二ON计时器23从其输出端Q输出设置在高电平的信号。所述计数脉冲是由于划分基准时钟信号频率而产生的信号。

同样，第二OFF计时器24具有在OFF时间周期t2’内启动第二OFF计时器操作以计算脉冲数的结构，所述OFF时间周期t2’设置在通过给触发器端子T的信号的上升沿处并且长于OFF时间周期t2。随着第二OFF计时器操作的完成，第二OFF计时器24从其输出端Q输出设置在高电平的信号。所述计数脉冲是由于划分基准时钟信号频率而产生的信号。

在第二ON计时器23内，触发器端子T连接到第二比较器17的输出端，而输出端Q连接到用作第二锁存电路25的R-S触发器的置位输入端S。由此，当第二比较器17检测到过大电流时，第二ON计时器23在ON时间周期t1’内启动第二ON计时器操作。随着第二ON计时器操作的完成，将第二锁存电路25置位，以便锁存检测到的过电流状态。

在稳定状态条件下，随着检测到的过电流状态的提升或从第二锁存电路25的释放，第二锁存电路25输出低电平信号。然而，依据锁存在第二锁存电路25的检测到的过电流状态，第二锁存电路25输出作为异常检测信号的高电平信号。由第二锁存电路25输出的信号被提供给了第二OFF计时器25的触发器端子T。所述信号分别通过或门22a和22b而分别提供给驱动电路12和输入信号转换电路8。第二OFF计时器24的输出端Q连接到第二锁存电路25的复位输入端R。

由此，当置位第二锁存电路25时，输出异常检测信号，第二OFF计时器24在OFF时间周期t2’(t2’＞t2)内启动第二OFF计时器操作。随着第二OFF计时器操作的完成，复位第二锁存电路25以便提升检测到的过电流状态。

驱动电路12具有当接收到异常检测电流时强制截止MOSFET 5并且当异常检测信号消失后提升MOSFET 5的被强制设置在OFF状态的结构。正如稍后将要描述的那样，输入信号转换电路8具有这样的结构，该结构包括一种使用异常检测信号的功能，所述异常信号是作为用在抑制突增或激增电流的操作中的信号。

在图3所示的输入信号转换电路8中，电源供应终端+Vcc通过上拉电阻器26而连接到引擎控制ECU4的输出端。以集电极开路的形式提供了未在图中出现的引擎控制ECU4。由引擎控制ECU4产生的脉冲序列电压命令信号Vc提供给比较器27的反相输入端(-)。另一方面，将基准电压Vref提供给比较器27的同相输入端(+)。比较器27具有用于比较电压命令信号和基准电压Vref的结构。在由引擎控制ECU4产生的脉冲序列电压命令信号Vc超过基准电压Vref的时间周期内，比较器27输出设置在低电平的信号。

由比较器27输出的、作为表明比较结果的信号在由反相器28反相后被提供给了NPN型双极性晶体管29的基极。由此，在由引擎控制ECU4产生的脉冲序列电压命令信号Vc超过基准电压Vref的时间周期内，NPN型双极性晶体管29处于ON状态。

NPN型双极性晶体管29的集电极和发射极分别通过电阻器30连接到电源端+Vcc，且通过电阻器31接地。由此，NPN型双极性晶体管29的发射极根据NPN型双极性晶体管29的ON和OFF状态来输出脉冲序列电压Va，即，根据由引擎控制ECU4产生的脉冲序列电压命令信号Vc来输出上述电压。脉冲序列电压Va具有由电源端+Vcc决定的峰值以及电阻器30和电阻器31阻值的标度比(divisionratio)。

以上述方式输出的脉冲序列电压Va被提供给一包含电阻器32和电容器33的积分电路，以便被转换为直流电压信号Vb。继而，将所述直流电压信号Vb提供给信号处理电路9。电阻器34和NPN型双极性晶体管35的串连电路并联到电容器33。具体而言，NPN型双极性晶体管35的集电极和发射极分别连接到电阻器34和地。如图2所示，从第一锁存电路21和第二锁存电路25的输出端Q产生的信号通过过电流保护电路13中的或门22b而被提供给NPN型双极性晶体管35的基极，其中上述两个锁存电路组成了过电流保护电路的输出级。每一个从第一锁存电路21和第二锁存电路25的输出端Q产生的信号都是设置在高电平的异常信号或设置在低电平的信号。

由此，当设置在高电平的、充当异常检测信号的信号从过电流保护电路13输出时，异常检测信号强制的将MOSFET 5置于OFF状态而且导通NPN型双极性晶体管35。其结果是，提供给信号处理电路9的直流电压信号Vb被降低到地电位的0V电平。另一方面，当过电流保护电路13停止输出异常检测信号时，即，当过电流保护电路13输出设置在低电平的信号时，NPN型双极性晶体管35恢复到OFF状态。由此，在驱动电路12强制截止MOSFET 5后，过电流保护电路13停止输出异常检测信号而驱动电路12再次导通MOSFET 5。随着MOSFET5的再次导通，重新启动马达1，从0V开始逐渐的提高提供给信号处理电路9的直流电压信号Vb。

图4示出了图1结构中的电压和电流的典型波形的模型。更具体来讲，(a)示出了由电池3输出的电压+B的波形。(b)示出了由输入信号转换电路8提供给信号处理电路9的直流电压信号的波形。(c)示出了MOSFET 5的漏极电压VDS的波形。(d)示出了马达电压VM的波形，所述马达电压VM是出现在马达1的接线端之间的电压。(e)示出了马达电流IM的波形，所述马达电流IM是流过马达1的负载电流。值得注意的是，(c)仅仅示出了忽略了时基的漏极电压VDS的波形。实践中，上述波形是反映MOSFET 5的切换频率的更复杂波形。

图4所示的时间周期是预定的时间间隔，所述间隔紧随由电池3供给电力的引擎控制ECU4输出的脉冲序列电压命令信号Vc的起始。在时间周期A内，直流电压信号Vb在输入信号转换电路8内，根据由电阻器32和电容器33决定的时间常数而逐渐的上升，稳定在由脉冲序列电压命令信号Vc设置的电压电平处。所述信号处理电路9基于直流电压信号Vb和从振荡电路11处接收到的基准时钟信号而产生PWM信号。更具体而言，所产生的PWM信号具有一个逐渐提升的占空比，以便跟随由直流电压信号Vb表明的电压命令值。

信号处理电路9将PWM信号提供给驱动电路12。所述驱动电路12放大所述PWM信号以产生用于切换MOSFET 5的放大信号。通过由放大后的PWM信号进行切换，MOSFET 5显示出带有其波形的漏极电压VDS，所述波形依(c)中所示的模型而变化。以此种方式切换MOSFET5，马达电压VM逐渐升高，稳定在由脉冲序列电压命令信号Vc设置的电压电平处。此外，在达到稳定前，马达电流IM同样不断地升高。

在图4中示出的时间周期B是在马达电压VM稳定在由引擎控制ECU4输出的脉冲序列电压命令信号Vc设置的电压电平，并且由于马达电压VM的稳定而导致的马达电流IM也保持在稳定值时的时间间隔。

在图4中示出的时间周期C是以由于异常而引起的过大电流开始，以所述电流的消逝而结束，所述的异常是指诸如马达的旋转锁定状态或者在稳定态下的负载短路电路。

万一出现了诸如马达的旋转锁定状态或者在稳定态下的负载短路电路这样的异常，马达电流IM的电平，即，流过MOSFET 5的负载电流的电平就会升高。随着马达电流IM在时间T0超过了如图4所示的电流上限Imax，那么第一比较器15输出设置为高电平的信号。电流上限Imax是对应于第一阈值电压Vth1的第一过电流水平。

将设置在高电平的信号输出到第一ON计时器19的触发器端子T，触发第一ON计时器19以开始前述第一ON计时器操作。随着稍后在ON时间周期t1的终了处完成了第一ON计时器操作，第一ON计时器19输出用于设置第一锁存电路21的信号，以锁存检测到的过电流状态。

锁存了检测到的过电流状态的第一锁存电路21通过或门22a输出异常信号到驱动电路12。驱动电路12在接收到异常检测信号的同时，强制截止MOSFET 5。由此，切断马达电流IM。

当输出异常检测信号导致MOSFET 5被强制截止时，所示异常检测信号同时导通位于输入信号转换电路8内的NPN型双极性晶体管35，从而导致由输入信号转换电路8提供给信号处理电路9的直流电压信号Vb被下拉到地电位的0V电平。

稍后，当异常检测信号消失时，直流电压信号Vb再次以预定时间常数从0V电平上升到由电压命令信号Vc表示的值。由信号处理电路9提供给驱动电路12的PWM信号的占空比同样逐渐上升到由直流电压信号Vb表示的值，即，由电压命令信号Vc表示的值。其结果是，马达电流IM也逐渐从马达电流IM曾经所处的切断状态处升高。

如上所述，第一锁存电路21也输出异常检测信号到第一OFF计时器20的触发端T，以触发所述第一OFF计时器20以启动第一OFF计时器操作。

当稍后在OFF时间周期t2的终了处完成了第一OFF计时器操作时，第一OFF计时器20输出用于复位第一锁存电路21的信号。当复位第一锁存电路21时，提升锁存在其中的检测到的过电流状态。据此，第一锁存电路21停止将异常检测信号输出给驱动电路12。

ON时间周期t1设置为第一ON计时器19在其中执行第一ON计时器操作的时间周期，ON时间周期t1同样起到监控马达电流IM的时间周期的作用。当马达电流IM没有超过响应于在电流监控时间周期内的第二阈值电压Vth2的第二过电流水平时，第二比较器17不会将其输出反相成一个设置在高电平的信号。

值得注意的是，第二过电流水平高于第一过电流水平。由于第二比较器17不会将其输出反相成一个设置在高电平的信号，所以第二ON计时器23不会启动第二计时器操作，而且第二锁存电路25实际上仍保持提升的锁存状态(即，将检测到的过电流状态从第二锁存电路25提升)。

由此，当马达电流IM没有超过第二过电流水平时，在紧随强制截止MOSFET 5的操作的OFF时间周期终了处，第一OFF计时器20输出的信号提升锁存在第一锁存电路21的检测到的过电流状态，导致第一锁存电路21停止输出异常检测信号。由此，驱动电路12恢复切换MOSFET 5的操作，即，在马达1上执行PWM驱动操作。当马达电流IM再次超过第一过电流水平时，第一比较器15将设置在高电平的信号输出给第一ON计时器19的触发器端T，触发第一ON计时器19以恢复第一ON计时器操作。

由此，当马达电流IM增加、超过了第一过电流水平但没有超过第二过电流水平时，在如图4所示的暂停后，重复执行由第一ON计时器19和第一OFF计时器连续执行的ON计时器操作和OFF计时器操作。在预先产生用于OFF时间周期t2的信号前，通过终止在提前设置的OFF时间周期t1内的异常检测信号来执行第一ON计时器操作和OFF计时器操作。由于在暂停周期τ后重复执行这些操作，因此在ON时间周期t1和暂停周期τ的总的周期内终止异常检测信号。照此，重复执行第一实施例的第一ON计时器操作和OFF计时器操作。值得注意的是，暂停周期τ是马达电流IM从0电平上升到过电流水平的时间周期。

由此，当马达电流IM增加、超过了第一过电流水平但没有超过第二过电流水平时，在紧随初始电流监控周期t1的OFF时间周期t2内强制截止MOSFET 5，并且在ON时间周期t1和暂停周期τ的总的周期内再次导通MOSFET 5，其中在t1周期内MOSFET 5处于ON状态。

另一方面，当马达电流IM增加、在电流监控周期内超过了响应于第二阈值电压Vth2的第二过电流水平时，第二比较器将设置在高电平的信号输出给第二ON计时器23的触发器端T，触发第二ON计时器23以启动第二ON计时器操作。随着稍后在ON时间周期t1’的终了处完成所述的第二计时器操作，第二ON计时器23输出一用于在第二锁存电路25内设置第二锁存电路25，以锁存检测到的过电流状态的信号。

锁存了检测到的过电流状态的第二锁存电路25通过或门22a将异常检测信号输出给驱动电路12。在接收到异常检测信号的同时，驱动电路12强制截止MOSFET 5。由此，切断了马达电流IM。值得注意的是，由第二比较器17输出的高电平信号被提供给了第一ON计时器19和第一OFF计时器20的禁止端N。由此，就分别禁止了第一ON计时器19和第一OFF计时器20的第一ON计时器操作和第一OFF计时器操作。

如上所述，第二锁存电路25将异常检测信号同样输出给第二OFF计时器24的触发器端T，触发第二OFF计时器24以启动第二OFF计时器操作。随着稍后在OFF时间周期t2’的终了处完成所述的第二计时器操作，第二OFF计时器24输出用于复位第二锁存电路25的信号。当复位第二锁存电路25时，提升检测到的锁存于此的过电流状态。据此，第二锁存电路25停止向驱动电路12输出异常检测信号。

在提前设置的OFF时间周期t2’产生信号前，通过终止在提前设置的On时间周期t1’内的异常检测信号而执行第二ON计时器操作和第二OFF计时器操作。由于在暂停周期τ后重复执行这些操作，因此在ON时间周期t1’和暂停周期τ的总的周期内终止异常检测信号。照此，重复执行第一实施例的第二ON计时器操作和OFF计时器操作。

由此，当马达电流IM增加、超过了响应于第二阈值电压Vth2的第二过电流水平时，接收来自第二锁存电路25的异常检测信号的驱动电路12将MOSFET 5一直保持在OFF状态，直到在第二OFF计时器24内设置的OFF时钟周期t2’的终了时刻。由于OFF时间周期t2’大于设置在第一OFF计时器20中的OFF时钟周期t2，所以当马达电流IM超过第二过电流水平时，延长MOSFET 5的所述OFF时间周期。即，执行所述控制以将由计时器函数设置的OFF时间周期延长至相对于由计时器函数设置的ON时间周期长一点的某个值，以使得流过马达的电流越大，则在OFF时间周期和ON时间周期的差值也越大。

如上所述，按照超过了第二过电流水平的马达电流IM，在OFF时间周期t2’(＞t2)内强制将MOSFET 5置于OFF状态下之后，则在ON时间周期t1’(＜t1)和暂停周期τ的总的周期内将MOSFET 5置于ON状态，并且重复执行上述操作。

在图4中示出的时间周期D是这样的时间周期，即：在此周期内解除了马达1的旋转锁定状态，负载的短路状态，或者其它可能导致流过马达1的过大电流的因素，以至于可以将马达电流IM减小到低于响应于第一阈值电压Vth1的第一过电流水平的幅度。

图5A和5B均是表示在图4所示的时间周期C内MOSFET 5的典型温度变化图。图5A和5B所示的时间周期B与图4所示的时间周期B是相同的。即，在此周期内，马达电压VM和马达电流IM每个都有一个稳定值。在此期间内，MOSFET 5的温度变化稳定在预定的水平。

图5A示出了时间周期C，在此周期内马达电流IM升高，超过了第一过电流水平但没有超过第二过电流水平。在此周期内，在由第一ON计时器19和暂停周期τ设置的总的ON时间周期t1的时间内再次驱动前，在由第一OFF计时器20设置的OFF时间周期t2内重复执行操作以停止MOSFET 5。由此，在时间周期(t1+τ)内MOSFET 5的温度持续升高而在OFF时间周期t2内下降，在能够保持MOSFET 5性能的电平上达到最终饱和。

另一方面，图5B示出了时间周期C，在该周期内，马达电流IM升高，甚至超过了第二过电流水平。在此时间周期内，在由第二ON计时器23和暂停周期τ设置的总的ON时间周期t1’(＜t1)的时间内再次驱动前，在由第二OFF计时器24设置的OFF时间周期t2’(＞t2)内重复执行操作以终止MOSFET 5。在时间周期C内，如上所述，马达电流在此周期内超过了第二过电流水平，温度增长率比在如图5A所示的当驱动MOSFET 5时温度的增长率要大。结果，MOSFET 5的温度最终饱和在能够保持MOSFET 5性能的电平上。

当连续截止和导通MOSFET 5时，具有按照本实施例的结构的过电流保护电路13执行过电流保护操作。在执行所述过电流保护操作的时间周期内，在本结构内执行控制以将MOSFET 5的OFF时间周期延长到相对于MOSFET 5的ON时间周期而言长出下述一个差值，以至于马达电流IM越大，在OFF时间周期和ON时间周期的差值越大。由此，在所述的过电流保护电路操作中，OFF时间周期和ON时间周期的比值随着马达电流IM的升高而增长。因此，通过所述过电流保护操作，即使是马达电流IM增长时，也可以将MOSFET 5达到饱和温度时的值限制在相对低的水平。

其结果是，当执行保护马达1和马达控制装置2免受由过大电流产生的热所引起的损坏时，前述的饱和温度被限制在可以保持MOSFET5性能的水平上，而无需考虑马达电流IM的幅度。由此，提高了过电流保护操作的可靠性。

此外，在此过电流保护操作中，尽管是间歇地，但可以保持马达1的操作状态。由此，本发明适于在如本发明实施例一样的过电流保护操作中应用。所述应用的一个例子便是用于汽车引擎的冷却装置中的电驱动风扇系统。

此外，当过电流保护电路输出一个异常检测信号以强制截止MOSFET 5时，所述异常检测信号同样导通位于输入信号转换电路中的NPN型双极性晶体管35。这就导致了由输入信号转换电路8提供给信号处理电路9的直流电压信号Vb下拉到地的0V电平。由此，当过电流保护电路13停止输出异常检测信号时，直流电压信号Vb的电平从0V电平逐渐上升。

因此，由信号处理电路9提供给驱动电路12的PWM信号的脉宽也会逐渐的上升到响应于电压命令信号Vc的值。其结果是，能够提供的有益效果便是在马达1激活时，让将流过马达1的突增电流限制在低电平。

(第一实施例的修正)

第一实施例可以按如下方式修正。

尽管第一实施例仅有ON计时器和OFF计时器组合而成的两级，即，第一ON计时器19和第一OFF计时器20的组合以及第二ON计时器23和第二OFF计时器24的组合，但是所述组合的级数可以提高到3或者更大值。在包括较大级数的结构中，能够以根据马达电流IM幅度的高准确性来执行所述的过电流保护操作。

此外，在第一ON计时器19中设置计时器操作ON时间周期t1被设置为比在第二ON计时器23中设置的计时器操作ON时间周期t1’大以满足t1＞t1’这一关系。另一方面，在第一OFF计时器20中设置的计时器操作OFF时间周期t2被设置为比在第二OFF计时器24设置的计时器操作OFF时间周期t2’大以满足t2＜t2’这一关系。然而，计时器操作ON时间周期t1和t1’，以及计时器操作OFF时间周期t2和t2不必满足上述关系，但相反，只要在以第二ON计时器23和第二OFF计时器24的组合中的计时器操作时间周期t2’与计时器操作时间周期t1’的比值大于在以第一ON计时器19和第一OFF计时器20的组合中的计时器操作时间周期t2与计时器操作时间周期t1的计时器的比值，就可以将其设置为任何值。

此外，尽管第一实施例具有作为分离组件的第一锁存电路21和第二锁存电路25，但是同样可以将其结构修改为如下的结构，即：在其中，第一锁存电路21和第二锁存电路25的功能由单个锁存电路来实现。

(第二实施例)

在图6中示出的第二实施例基本上与图1中示出的第一实施例相同。然而，在第二实施例中，电阻器100连接在马达1的负极端和位于MOSFET 5与续流二极管7之间的连接点之间。此外，将出现在电阻器100末端间的电压提供给过电流保护电路13。

在图7所示的过电流保护电路13中，将马达电流IM作为出现在电阻器100末端的电流电压(图8中的S3)而检测。所述过电流保护电路13包括低端过电流检测阈值电压设置电路140，用于设置响应于低端阈值电流的低端过电流检测阈值电压Va(图8中的S1)。低端判断比较器150将由低端过电流检测阈值电压设置电路140输出的低端过电流检测阈值电压Va和表示马达电流IM的检测到的电压进行比较，以判断所述过大的电流是否大于正在流动的所述低端阈值电流。

当过大的电流大于正在流动的所述低端阈值电流时，低端判断比较器150将一信号提供给检测计时器180，触发检测计时器180以便在检测计时器180预置的ON时间周期T内启动ON计时器操作。在ON时间周期的末端，检测计时器80输出信号(图8中的S7)。

所述过电流保护电路13同样包括低端过电流检测阈值电压设置电路160，用于设置响应于高端阈值电流的高端过电流检测阈值电压Vb(图8中的S2)。高端判断比较器170将由高端过电流检测阈值电压设置电路160输出的高端过电流检测阈值电压Vb和表示马达电流IM的检测到的电压S3进行比较，以判断所述过大的电流是否大于正在流动的所述高端阈值电流。

当检测到大于高端阈值电流的过大的电流时(图8中的S5)，过大的电流作为由低端判断比较器150、高端判断比较器170和检测计时器180产生的信号逻辑(图8中的S2，S5，S6，S7)而被锁存于锁存电路21中。当所述过大的电流的检测被锁存在锁存电路21中时，锁存电路21提供给驱动电路12异常检测信号，驱动电路12强制截止MOSFET 5。

将所述异常检测信号同样提供给OFF计时器20，触发所述OFF计时器20在OFF计时器20预置的OFF时间周期内启动OFF计时器操作。此外，将所述异常检测信号同样提供给输入信号转换电路8。在OFF时间周期的末端，提升锁存在锁存电路21中的检测到的过电流状态，重新导通MOSFET 5，并且表示已经提升检测到的过电流状态的信号被提供给输入信号转换电路8。

根据上述操作，所述过电流保护电路13只有在计时器180的时间周期T内马达1超过高端阈值Vb后才限制驱动电路5驱动MOSFET5。

可以将图7中所示的过电流保护电路13应用到许多用来检测过大电流的方法的结构中。由此，实现了适应电流起始时间的过电流检测方法。

图9示出了表示流过马达1的旋转锁定状态和负载短路状态的电流的不同波形。

本发明不应局限于前述的实施例及其修正，而是可以在不脱离本发明精神的前提下以多种方式应用。

Claims

1、一种马达控制设备，包括：

在马达(1)的电流导通路径中提供的半导体转换装置(5)；

驱动电路(12)，用于执行产生用来导通和截止所述半导体转换装置(5)的控制信号的操作；以及

过电流保护电路(13)，用于当流过马达(1)的电流超过预定阈值时，输出用来终止驱动电路(12)所执行的操作的异常检测信号，

其特征在于，

所述过电流保护电路(13)是用于

当流过马达(1)的电流超过预定阈值时，在预先设置的OFF时间周期内产生异常检测信号前，在预先设置的ON时间周期内重复执行终止异常检测信号的计时器操作；以及

用于控制以便将OFF时间周期延长到大于ON时间周期如下差值的一个相对长的值以便流过马达(1)的电流越大，则在计时器操作的操作周期内所述差值就越大。

2、如权利要求1所述的马达控制设备，其中：

过电流保护电路(13)包括：

锁存电路(21，25)，用于在置位状态输出异常检测信号；

第一ON计时器(19)和第一OFF计时器(20)，用于当流过马达(1)的电流超过第一预定阈值时，分别交替地执行第一ON计时器操作和第一OFF计时器操作；以及

第二ON计时器(23)和第二OFF计时器(24)，用于当流过马达(1)的电流超过大于第一预定阈值的第二预定阈值时，分别交替地执行第二ON计时器操作和第二OFF计时器操作；

所述第一ON计时器(19)具有下述结构：当流过马达(1)的电流超过第二预定阈值时，所述第一ON计时器(19)在第一ON计时器操作的末端置位锁存电路(21，25)并且停止第一ON计时器操作；

第一OFF计时器(20)具有下述结构：当流过马达(1)的电流超过第二预定阈值时，所述第一OFF计时器在第一OFF计时器操作的末端复位锁存电路(21，25)并且停止第一OFF计时器操作；

所述第二ON计时器具有下述结构：在第二ON计时器操作的末端置位锁存电路；

第二OFF计时器(24)具有下述结构：在第二OFF计时器操作的末端复位锁存电路；以及

所述第二OFF计时器操作的持续时间与所述第二ON计时器操作的持续时间的比值大于所述第一OFF计时器操作的持续时间与所述第一ON计时器操作的持续时间的比值。

3、如权利要求1或2所述的马达控制设备，进一步包括：

信号处理电路(9)，用于将具有根据输入电压的占空比的脉宽调制信号输出给驱动电路(12)；以及

输入信号转换电路(8)，用于将作为从外部源(4)接收到的脉冲序列输出电平命令信号的积分结果而得到的直流电压信号提供给信号处理电路(9)，

其中，所述输入信号转换电路(8)具有如下结构：其包括放电电路(35)，当过电流保护电路(13)输出所述异常检测信号时，所述放电电路(35)将直流电压信号下拉到零电平。

4、一种马达控制设备，包括：

在马达(1)的电流导通路径中提供的半导体转换装置(5)；

其特征在于，

所述过电流保护电路(13)包括

第一比较装置(150)，用于当电流超过第一阈值时将马达(1)的电流与第一阈值进行比较以产生第一信号；以及

第二比较装置(170)，用于当电流超过第二阈值时将马达(1)的电流与高于第一阈值的第二阈值进行比较以产生第二信号；

计时器装置(180)，用于测量响应于第一信号的预定时间周期；以及

锁存装置(21)，用于当在由计时器装置(180)测量的预定时间周期内从第二比较装置(170)中产生第二信号时锁存马达(1)的电流异常以产生异常检测信号。