CN1691490A - 无刷dc电机的驱动装置 - Google Patents

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Abstract

提供一种在无传感器型的电机的驱动装置中，可以进行最佳的超前角控制的无刷DC电机的驱动装置。具有检测流向变换器电路16的负载电流值的过电流检测电路30，在由该过电流检测电路30检测出的负载电流值变低时，提升超前角基准电位而输出，在检测出的负载电流的值变高时降低超前角基准电位而输出，按照无刷DC电机10的各相的定子线圈14的端子间电压和上述超前角基准电位的交叉时刻，超前角控制电路32生成相位信号，根据该相位信号，位置检测电路34生成位置检测信号。

Description

无刷DC电机的驱动装置
技术领域
本发明涉及可以进行超前色控制的无刷DC电机的无传感型的驱动装置。
背景技术
为了检测无刷DC电机(以下，只称为电机)的转子的位置，在转子周围部分安装霍尔IC或者霍尔元件等的位置检测元件(例如，参照专利文献1)。
该位置检测元件的最佳的安装位置根据电枢反作用等的影响和负载电流等不同。因此，在以往的电机中，预先按照使用的负载将位置检测元件移动到最佳位置而安装在布线基板上。
但是，当相位角从使用点脱离的情况下，出现相位延迟或者超前，存在电机产生噪音，电机效率变差的问题。
特别是在风扇装置中使用的电机中，负载扭矩和转速成二次曲线的关系，另外，相对各转速最佳的相位角只有一点。可是，设定的使用点是一点，在此外的点上电机效率差，存在产生噪音的问题。
另外，因为电机的位置检测用位置检测元件进行，所以由于该位置检测元件的安装精度的影响，出现与设定相比超前角参差不一的现象。
[专利文献1]特开2002-101683公报
代替具有上述那样的缺陷的用位置检测元件进行的转子的位置检测，提出了用电机的感应电压检测位置的无传感器型的电机驱动装置。该无传感器型的驱动装置根据电机的感应电压和基准电压比较的结果生成相位信号。由此，不需要以往的用于电机位置检测的位置检测元件。
可是，该基准电位和具有位置检测元件的驱动装置同样，因为基准电位固定所以超前角也被固定，在与该超前角对应的转速以外，存在电机效率下降、产生噪音的问题。
因而，本发明鉴于上述问题提供一种在无传感器型的电机驱动装置中，可以进行最佳的超前角控制的无刷DC电动机的驱动装置。
发明内容
本发明的第1是一种无刷DC电机的驱动装置，具有：根据来自直流电源的负载电流向三相无刷DC电机的各相的定子线圈提供驱动电流的变换器电路；根据上述各相的定子线圈的端子间电压输出表示转子旋转位置的位置检测信号的位置检测单元；根据从外部输入的速度指令信号和上述位置检测信号进行PWM控制，生成PWM信号的PWM信号生成单元；根据上述PWM信号输出用于开/关构成上述变换器电路的各开关元件的开关信号的驱动单元，其特征在于：具有检测从上述直流电源向上述变换器电路流入的负载电流值的负载电流检测单元；在上述负载电流检测单元检测出的负载电流值变低时提升并生成超前角基准电位，在上述检测出的负载电流值变高时降低并生成上述超前角基准电位，由上述生成的超前角基准电位和上述端子间电压的交叉时刻生成相位信号的超前角控制单元，上述位置检测单元根据该相位信号生成位置检测信号。
本发明的第2如第1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：上述超前角控制单元按照上述每个相位的定子线圈的端子间电压和上述超前角基准电压的交叉时刻生成每个相的相位信号。
本发明的第3如第1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：上述超前角控制单元由合成上述各相的定子线圈的端子间电压得到的中性点电压和上述超前角基准电压的交叉时刻生成相位信号。
本发明的第4如第1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：上述超前角控制单元把上述直流电源的1/2的电位作为主基准电位，在上述负载电流的值比基准负载电流还低时提升并生成上述超前角基准电位，在上述检测出的负载电流值比上述基准负载电流规定值还高时降低并生成上述超前角基准电位，使其比上述主基准电位还低。
本发明的第5如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：上述超前角控制单元具有可变电阻元件，上述可变电阻元件的一端与上述直流电源的正极一侧连接，其另一端与第2电阻元件的一端和上述位置检测单元连接，上述第2电阻元件的另一端接地，在上述负载电流检测单元检测出的负载电流的值变低时降低上述可变电阻元件的阻值，当上述检测出的负载电流的值变高时提高上述可变电阻元件的阻值。
本发明的第6如第1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：上述负载电流检测单元在上述检测出的负载电流的值大于等于过电流保护基准值时停止或者减速上述无刷DC电机的转动。
说明与本发明第1有关的无刷DC电机的驱动装置。
驱动装置从变换器电路将驱动电流提供给三相定子线圈中的二相以产生扭矩，把剩下的一相的定子线圈作为传感器使用。在驱动电流未流过定子线圈的相的一周期二次的区间中感应电压露出。因此比较与该露出的感应电压相当的端子间电压和超前角基准电位，由该交叉时刻生成相位信号。以往该相位基准电位固定，但在本申请发明中使该相位基准电位变化。即，在负载电流检测单元检测出的负载电流的值变低时(负载变轻时)，提升相位基准电位并输出，生成超前角延迟的相位信号。另外，当检测出的负载电流的值变高时(负载变大时)降低超前角基准电位并输出，使超前角超前生成相位信号。由此，可以根据各负载进行最佳的超前角控制。
在本发明第2的无刷DC电机的驱动装置中，按照各相的定子线圈的端子间电压和超前角基准电位的交叉时刻生成各相的相位信号，根据各相的相位信号生成位置检测信号。
在本发明第3的无刷DC电机的驱动装置中，按照合成了各项的定子线圈的端子间电压得到的中性点电压和超前角基准电位的交叉时刻生成相位信号，根据该相位信号生成位置检测信号。
在本发明第4的无刷DC电机驱动装置中，如以下那样生成超前角基准电位。把直流电源的1/2的电位作为主基准电位，在负载电流的值比规定值低时提升并输出超前角基准电位，使其比主基准电位还高。当检测出的负载电流的值比规定值还高时降低并输出超前角基准电位，使其比主基准电位还低。由此，可以使超前角基准电位以直流电源的1/2电位为中心上升或者下降地进行超前角的控制。
在本发明第5的无刷DC电机驱动装置中，因为当负载电流检测单元检测出的负载电流的值变低时降低可变电阻的阻值以提升超前角基准电位，当检测出的负载电流的值变高时提高可变电阻的阻值以降低超前角的基准电位，所以其构造简单。
在本发明第6的无刷DC电机驱动装置中，负载电流检测单元兼作过电流检测单元，在检测出的负载电流大于等于规定值时停止无刷DC电机的旋转，或者使其减速。
附图说明
图1是展示本发明实施方式1的驱动装置的方框图。
图2(a)是驱动装置的时序图，图2(b)是PWM信号和端子间电压和相位信号的时序图。
图3是本发明实施方式2的驱动装置的方框图的一部分的图。
具体实施方式
(实施方式1)
以下，根据图1和图2说明本发明实施方式1的无刷DC电机(以下，只称为电机)10的驱动装置12。
电机10是三相无刷DC电机，具有U相、V相、W相的星型连结的定子线圈14，该电机10是风扇装置的驱动源。
(1)驱动装置12的构成
根据图1说明驱动装置12的构成。
驱动装置12由变换器电路16、由微机组成的控制单元18、PWM控制电路20、三角波振荡电路22、通电信号形成电路24、上臂驱动电路26、下臂驱动电路28、过电流检测电路30、超前角控制电路32、位置检测电路34、定时控制电路23组成。
变换器电路16由6个MOSEFT构成，2个MOSFT串连连接，这些2个MOSFET分别并联连接。在各并联连接的上级的MOSFET的漏极端子上连接直流电压+Vm，在下级的3个MOSFET的源极端子上经由检测电阻元件R0接地。上级的MOSFET的源极端子和下级的MOSFET的漏极端子连接，这些各连接点和三相定子线圈14分别连接。
过电流检测电路30测定检测电阻元件R0两端的电压，由该两端的电压计算出流过的负载电流，把与该计算出的负载电流相应的负载电流信号输出到控制单元18。
控制单元18是兼作风扇装置的主控制单元的电机10的主控制单元。该单元18向PWM控制电路20输出速度指令信号。
PWM控制电路20根据从三角波振荡电路22发出的三角波生成PWM信号输出到定时控制电路23。在定时控制电路23中根据从位置检测电路34输出的位置检测信号和PWM信号输出定时信号。通电信号形成电路24根据定时信号生成转速信号，把该生成的转速信号输出到控制单元18。另外，在通电信号形成电路24中，根据已生成的转速信号，分别向上臂驱动电路26和下臂驱动电路28输出驱动信号。上臂驱动电路26向变换器电路16的上级的MOSFET的栅极端子输出开关信号，下臂驱动电路28向变换器电路16的下级的3个MOSFE的栅极端子输出开关信号。
超前角控制电路32根据三相定子线圈14的端子间电压和来自控制单元18的超前角指令信号生成相位信号输出到位置检测电路34。
具体地说，在三相定子线圈14上分别连接电阻元件R1～R3的一端，把这些电阻元件R1～R3的另一端连接到3个比较器38、40、42的正极端子上。
另外，超前角控制电路32具有可变电阻元件44，该可变电阻元件44的一端与直流电源+Vm连接，另一端与电阻元件R4的一端以及3个比较器38、40、42的负极端子连接。电阻元件R4的另一端被接地。该可变电阻元件44可以根据来自控制单元18的超前角指令信号改变其阻值。
比较器38、40、42的输出分别与相位检测电路34连接，输出各相的相位信号。
位置检测电路34根据该相位信号生成位置检测信号，输出到上述定时控制电路23。
(2)超前角控制电路32的构成和位置检测电路34的动作状态
根据图2的时序图说明该超前角控制电路32和相位检测电路34的动作状态。
图2(a)是展示开关信号、端子间电压、相位信号、位置检测信号的波形的时序图。图2(b)是展示PWM信号和端子间电压和位置信号的放大的波形图。
如图2(a)所示，靠来自上臂驱动电路26和下臂驱动电路28的开关信号开/关6个MOSFET。
通过开/关各MOSFET，三相的端子间电压也变动。以下，主要说明U相。
在U相的开关信号中，上级的MOSFET在30°和150°之间为通状态，在150°～390°之间是关状态，下级的MOSFET在-30°～210°之间是关状态，在210°～330°之间是开状态。
通过该开关信号的作用在U相的端子间电压中，从-30°开始上升，在+30°为最大值，从150°开始再次下降，在210°换向。进而，在该端子间电压的波形中，在换向位置用黑粗线记述是表示在和MOSFET并列安装的回流二极管上流过电流期间的换向过渡状态的影响。在该换向状态中的U相的端子间电压的放大图是图2(b)，在PWM信号的PWM周期中开关。而后，用U相用的比较器38比较该端子间电压和用可变电阻元件44生成的超前角基准电位，把大于等于超前角基准电位的端子间电压作为相位信号PDU输出。
位置检测电路34检测该U相的相位信号PDU的上升沿和下降沿，同样检测其他的V相和W相的相位信号PDV、PDW的上升沿和下降沿，合成这些各三相的上升沿和下降沿，生成脉冲状的位置检测信号。由回流二极管产生的换向过渡状态的电压的影响用该位置检测电路34除去。
而后，如图2(a)所示，在各相中，只在开关信号是开状态时处于检测其位置检测信号的状态。
(3)超前角控制方法
说明在上述那样的超前角控制电路32中进行超前角控制方法的情况。
如上所述那样，控制单元18从过电流检测电路30中输入负载电流信号。当该负载电流信号超过了过电流检测用的第1基准值I1的情况下，控制单元18就指示降低速度指令信号、或者停止。
在用比上述第1基准值I1还低的值输入负载电流信号的情况下，输出超前角控制指令信号。即，负载电流信号以第2基准值I2(其中，I2＜I1)为基准，当负载电流信号比该第2基准值I2还大时输出超前角指令信号，使得负载增大超前角超前。用该超前角指令信号提高可变电阻元件44的阻值，把超前角基准电位降低到低于主基准电位。
另外，该主基准电位是直流电源+Vm的1/2，当负载电流信号和I2相等时，控制超前角指令信号，使可变电阻元件44的阻值和电阻元件R4相等。
当按照超前角指令信号使超前角超前的情况下，因为可变电阻44的阻值上升，所以超前角基准电位降低到低于主基准电位。于是，如图2(b)所示，因为超前角基准电位下降，所以相位信号的上升沿比主基准电位还快致使超前角超前。因而，位置检测信号的定时脉冲也加快，即使负载变高，也不会使该电机的特性降低，可以在最佳的位置使电机10旋转。
另一方面，当负载电流信号的值比I2还低的情况下，意味着负载减小，超前角指令信号指示延迟超前角。降低可变电阻元件44的阻值，使超前角基准电位上升。如图2(b)所示，如果超前角基准电位上升，则相位信号的上升沿延迟，超前角延迟。由此，即使负载减轻也可以得到与之对应的电机10的特性。
如上所述，因为可以根据负载电流值来生成与基准位置的相位信号相比超前角超前的相位信号和超前角滞后的相位信号，所以可以与负载状态相应地进行相位控制。
另外，该超前角控制电路不是用软件而是用硬件简单地实现。
(实施方式2)
根据图3说明实施方式2的驱动装置12。
在实施方式1中，把各相的端子间电压和超前角基准电位进行了比较，在本实施方式的情况下，如图3所示，比较把各相的端子间电压合成为一个的中性点电压和超前角基准电位。
具体地说，连接与各相的定子线圈连接的电阻元件R1～R3的另一端，经由电阻元件R5与比较器46的正极端子连接。该比较器46的负极端子与可变电阻元件44的另一端连接。另外，比较器46的输出端子与位置检测电路34连接，输出经合成的相位信号。
即使是本实施方式的驱动装置12，也可以和实施方式1一样进行与负载电流相应的超前角控制。
(变更例)
本发明并不限于上述实施方式，只要不脱离其主旨可以有各种变更。
例如，在上述实施方式中作为风扇装置的驱动源使用电机10，但并不限于此，也可以作为其他装置的驱动源使用。
本发明适用于风扇装置等的驱动源的无刷DC电机的驱动装置。

Claims (6)

1、一种无刷DC电机的驱动装置，具有：
根据来自直流电源的负载电流向三相无刷DC电机各相的定子线圈提供驱动电流的变换器电路；
根据上述各相的定子线圈的端子间电压输出表示转子的旋转位置的位置检测信号的位置检测单元；
根据从外部输入的速度指令信号和上述位置检测信号进行PWM控制，生成PWM信号的PWM信号生成单元；以及
根据上述PWM信号输出用于开/关构成上述变换器电路的各开关元件的开关信号的驱动单元，其特征在于：
具有检测从上述直流电源向上述变换器电路流入的负载电流的值的负载电流检测单元；和
在上述负载电流检测单元检测出的负载电流的值变低时提升而生成超前角基准电位，在上述检测出的负载电流值变高时降低而生成上述超前角基准电位，按照上述生成的超前角基准电位和上述端子间电压的交叉时刻生成相位信号的超前角控制单元，且
上述位置检测单元根据该相位信号生成位置检测信号。
2、如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：
上述超前角控制单元按照上述每个相的定子线圈的端子间电压和上述超前角基准电位的交叉时刻生成每个相的相位信号。
3、如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：
上述超前角控制单元按照合成上述各相的定子线圈的端子间电压得到的中性点电压和上述超前角基准电位的交叉时刻生成相位信号。
4、如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：
上述超前角控制单元把上述直流电源的1/2的电位作为主基准电位，在上述负载电流的值比基准负载电流还低时提升而生成上述超前角基准电位，使其比上述主基准电位还高，在上述检测出的负载电流值比上述基准负载电流的规定值还高时降低而生成上述超前角基准电位，使其比上述主基准电位还低。
5、如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：
上述超前角控制单元具有可变电阻元件，上述可变电阻元件的一端与上述直流电源的正极一侧连接，其另一端与第2电阻元件的一端和上述位置检测单元连接，上述第2电阻元件的另一端接地，
在上述负载电流检测单元检测出的负载电流的值变低时降低上述可变电阻元件的阻值，在上述检测出的负载电流的值变高时提高上述可变电阻元件的阻值。
6、如权利要求1所述的无刷DC电机的驱动装置，其特征在于：
上述负载电流检测单元在上述检测出的负载电流的值大于等于过电流保护基准值时停止上述无刷DC电机的转动，或者使其减速。
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