CN204068731U - 马达驱动装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种马达驱动装置，其具有稳压电源装置和马达驱动控制部。稳压电源装置具有：交流/直流转换部，其将交流电压转换为第一直流电压；零交叉检测部，其检测交流电压的零交叉点，并且输出零交叉检测信号；开关控制部，其基于零交叉检测信号输出开关控制信号；以及开关调节器，其具有开关元件。马达驱动控制部向驱动马达的逆变器输出马达驱动信号。交流/直流转换部具有整流电路和平滑电容器。开关调节器在与交流电压的零交叉点对应的时机，根据开关控制信号对第一直流电压进行开关。由此，既能够改善功率因数又能够抑制效率下降。

Description

马达驱动装置

技术领域

本实用新型涉及一种马达驱动装置。

背景技术

以往，公知有一种具有稳压电源装置的马达驱动装置，该稳压电源装置为了使用交流电压源驱动无刷直流马达，将从交流电压源提供的交流电压转换为直流电压。并且，以往还公知有一种具有对交流电压进行整流的整流电路和平滑电容器的稳压电源装置。

例如在日本特开平07-123721号公报中记载了以往的稳压电源装置。如日本特开平07-123721号公报所记载的那样，在只组合了对交流电压进行整流的整流用桥接电路和平滑用电容器的稳压电源装置中存在有功率因数下降的问题（0002段、0005段，图4、图5）。

因此，在日本特开平07-123721号公报所记载的稳压电源装置中，通过使用变压器改善功率因数（0020段）。

专利文献1：日本特开平07-123721号公报

然而，若稳压电源装置具有变压器，则稳压电源装置变得大型化。并且，由于变压器产生发热等电力损失，而效率下降。因此，不适合作为马达驱动装置所使用的稳压电源装置。

实用新型内容

本实用新型的目的是提供一种具有既能够改善功率因数又能够抑制效率下降的稳压电源装置的马达驱动装置。

本申请所例示的第一方面为一种马达驱动装置，其具有向驱动马达的逆变器提供直流电压的稳压电源装置；以及马达驱动控制部，所述稳压电源装置包括：交流/直流转换部，其将从交流电压源提供的交流电压转换为直流电压，并且输出第一直流电压；零交叉检测部，其检测所述交流电压的零交叉点，并且输出零交叉检测信号；开关控制部，其在基于所述零交叉检测信号的时机，输出作为脉冲宽度调制信号的开关控制信号；开关调节器，其被输入所述第一直流电压，并且将通过对所述第一直流电压进行开关而生成的第二直流电压输出到所述逆变器，所述马达驱动控制部基于输入的旋转指令信号，向所述逆变器输出马达驱动信号，所述交流/直流转换部具有对所述交流电压进行整流的整流电路以及平滑电容器，所述开关调节器具有根据所述开关控制信号进行所述开关的开关元件。

根据本申请所例示的第一方面，能够在与交流电压的零交叉点对应的时机，调节通过开关调节器的电流。由此，能够提高功率因数。并且，由于没有为了改善功率因数而使用变压器，因此与具有使用变压器的功率因数改善电路的电源装置相比，能够提高效率。因此，在本实用新型的马达驱动装置的稳压电源装置中，既能够改善功率因数，又能够抑制效率下降。

附图说明

图1是示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置的结构的方框图。

图2是示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置的结构的电路图。

图3是示出第一实施方式所涉及的微控制器的结构的方框图。

图4是示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置的各部分的电压波形的图。

图5是示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置的各部分的电压波形的图。

图6是示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置的脉冲宽度调制特征的一个例子的图。

图7是示出变形例所涉及的马达驱动装置的结构的电路图。

符号说明

1,1A 马达驱动装置

3 交流/直流转换电路

4 开关调节器

5 零交叉检测部

6,6A 微控制器

7 反馈部

9,9A 马达

12，12A 逆变器

31 二极管电桥

33 第一平滑电容器

42 开关元件

51 半波整流电路

52 参照电压提供部

53 比较仪

71 电压反馈部

72 电流反馈部

81 开关控制部

82、82A 马达驱动控制部

621 脉冲宽度调制特征

721,721A 分流电阻

722,722A 增幅电路

S11 第一交流电压

S2 第二交流电压

S3 第一直流电压

S4 第二直流电压

S5 零交叉检测信号

S71 电压反馈信号

S72，S72A 电流反馈信号

S81 开关控制信号

S82，S82A 马达驱动信号

S91位置信息检测信号

S121A 位置检测电流

S721，S721A  分流电压

S821A 位置检测用脉冲信号

具体实施方式

以下参照附图对本实用新型所例示的实施方式进行说明。

<1.第一实施方式>

首先，对马达驱动装置1的整体结构进行说明。图1是概略示出第一实施方式所涉及的马达驱动装置1的结构的方框图。图2是示出马达驱动装置1的结构的电路图。图3是概略示出微控制器6的结构的方框图。图4以及图5是示出马达驱动装置1的各部分的电压波形的图。图6是示出马达驱动装置1的脉冲宽度调制特征的一个例子的图。

马达驱动装置1为用于向逆变器12提供直流电压，并且控制马达9的驱动的装置。如图1所示，马达驱动装置1具有滤波电路2、交流/直流转换电路3、开关调节器4、零交叉检测部5、微控制器6以及反馈部7。

在本实施方式中，作为马达驱动装置1的驱动对象的马达9为三相无刷直流马达。马达9具有U相、V相、W相的各相的定子绕组。若向各相的定子绕组提供驱动电流，则在定子与转子之间产生转矩，从而转子被驱动而旋转。但是，作为本实用新型所涉及的马达驱动装置的驱动对象的马达也可为单相马达或者有刷马达。

并且，如图2所示，马达9具有位置检测器91。位置检测器91检测马达9的转子的位置，并且将检测结果作为位置信息检测信号S91发送到后述的马达驱动控制部82。位置检测器91将从例如以电角度120度的间隔配置的三个磁性传感器输出的信号合成，从而检测转子的位置。

如图2所示，滤波电路2具有熔断器21、变阻器22以及线路滤波器23。熔断器21保护后续的电路不受过电流的损害。变阻器22保护安装在后续电路的各电子元件不受过电压的损害。线路滤波器23为除去包含在第一交流电压S11中的噪声的、所谓的交流电源线路滤波器。线路滤波器23具有两个电容器231、232和共模扼流圈233。

由此，如图4所示，滤波电路2除去从交流电压源11提供的第一交流电压S11中包含的噪声，而输出第二交流电压S2。

如图1所示，交流/直流转换电路3将第二交流电压S2转换为第一直流电压S3并输出。如图2所示，交流/直流转换电路3具有二极管电桥31、热敏电阻32、第一平滑电容器33以及电阻34。

二极管电桥31为具有四个二极管的全波整流电路。二极管电桥31被输入第二交流电压S2。二极管电桥31的两个输出端子中的一个与热敏电阻32的一端连接，另一个接地。如图4所示，若二极管电桥31被输入第二交流电压S2，则在二极管电桥31的两个输出端子之间被全波整流，并且输出只具有正电压的电压波形的全波整流电压S31。

热敏电阻32为冲击电流抑制元件。热敏电阻32的一端与二极管电桥31的输出端子中的一个连接，另一端与交流/直流转换电路3的输出端子35连接。

第一平滑电容器33将被二极管电桥31进行全波整流的全波整流电压S31平滑化，并且转换为直流电压。第一平滑电容器33的一端与热敏电阻32的另一端连接，第一平滑电容器33的另一端接地。电阻34与第一平滑电容器33并联连接。由此，如图4所示，全波整流电压S31被平滑化，而从交流/直流转换电路3输出作为大致稳定电压的第一直流电压S3。

开关调节器4通过对输入的第一直流电压S3进行开关而生成第二直流电压S4。如图2所示，开关调节器4具有输入端子41、开关元件42、电感43、二极管44、第二平滑电容器45、电阻46以及输出端子47。

输入端子41与交流/直流转换电路3的输出端子35连接。开关元件42的一侧与输入端子41连接。开关元件42的另一侧与电感43连接。通过从微控制器6向开关元件42输入后述的开关控制信号S81，开关元件42的通断得到控制。若开关元件42接通，则从开关元件42的一侧向另一侧流过电流。但是，若开关元件42断开，则开关元件42的一侧与另一侧之间的电连接被切断。由此，如图4所示，开关元件42的另一侧被输出具有脉冲状波形的开关输出电压S42。

通过由微控制器6的后述的开关控制部81接通或断开开关元件42，控制从输入端子41向输出端子47流过电流的时机。由此，能够改善从交流电压源11提供的电力的功率因数。

电感43被连接在开关元件42的另一侧与输出端子47之间。二极管44被连接在开关元件42和电感43之间的连接部与接地之间。并且，第二平滑电容器45以及电阻46被连接在输出端子47与接地之间。由此，开关输出电压S42被平滑化，如图4所示，第二直流电压S4从输出端子47输出到逆变器12。

本实施方式的开关调节器4为所谓的降压斩波器式开关调节器。因此，如图4所示，从开关调节器4输出的第二直流电压S4的平均电压值比输入到开关调节器4的第一直流电压S3的平均电压值小。

零交叉检测部5检测第二交流电压S2的电压值为零的零交叉点，并且输出零交叉检测信号S5。零交叉检测部5具有半波整流电路51、参照电压提供部52以及比较仪53。

半波整流电路51具有二极管511和两个电阻512、513。二极管511对第二交流电压S2进行半波整流。如图5所示，若向二极管511的正极侧输入第二交流电压S2，则第二交流电压S2的电压值不到零的部分被切断。因此，向二极管511的负极侧输出只具有零以上的电压值的第一半波整流电压S511。

电阻512的一端与二极管511的负极侧连接，另一端与电阻513连接。电阻513的一端与电阻512连接，另一端接地。并且，电阻512以及电阻513的连接部位与比较仪53的后述的运算放大器531连接。由此，从二极管511输出的第一半波整流电压S511根据电阻512与电阻513之间的电阻比而被分压，并作为第二半波整流电压S51输入到比较仪53。

参照电压供给部52具有第一稳定电压提供源521和两个电阻522、523。电阻522的一端被从第一稳定电压提供源521输入第一稳定电压S521，另一端与电阻523连接。电阻523的一端与电阻522连接，另一端接地。并且，电阻522以及电阻523的连接部位与比较仪53的后述的运算放大器531连接。由此，从第一稳定电压提供源521提供的第一稳定电压S521根据电阻522和电阻523的电阻比而被分压，并作为参照用电压S52输入到比较仪53。另外，在本实施方式中，第一稳定电压S521以及参照用电压S52为正的直流电压。但是，参照用电压S52的电压值比第二半波整流电压S51的极大值小很多。

比较仪53将为比较对象电压的第二半波整流电压S51和参照用电压S52的电压值进行比较，并且输出零交叉检测信号S5。比较仪53具有运算放大器531、第二稳定电压提供源532以及两个电阻533、534。

在本实施方式中，运算放大器531的反向输入端子被输入第二半波整流电压S51，非反向输入端子被输入参照用电压S52。运算放大器531的输出端子经由电阻533与第二稳定电压提供源532连接。并且，运算放大器531的输出端子与非反向输入端子经由电阻534连接。

由此，如图5所示，在第二半波整流电压S51的电压值比参照用电压S52的电压值大的情况下，零交叉检测信号S5为电压值L。并且，在第二半波整流电压S51的电压值比参照用电压S52的电压值小的情况下，零交叉检测信号S5为电压值H。如此，零交叉检测信号S5具有以第二交流电压S2的零交叉点附近为边界，电压值L和电压值H相互交替的波形。这里，电压值L以及电压值H都为零以上的电压值，电压值H为比电压值L大的电压值。另外，在图5中，在参照用电压S52的图中，用虚线重复示出第二半波整流电压S51。

微控制器6为用于控制开关元件42的动作以及逆变器12的动作的集成电路。如图3所示，微控制器6具有中央处理器61、存储部62、输入接口63、输出接口64以及基本频率发信器65。

中央处理器61为基于从输入接口63输入的各种信号和存储部62中存储的后述的脉冲宽度调制特征进行运算处理的运算处理部。中央处理器61作为开关控制部81以及马达驱动控制部82发挥作用。也就是说，开关控制部81以及马达驱动控制部82包含在一个微控制器6中。

在存储部62存储有多个事先确定的脉冲宽度调制特征621。脉冲宽度调制特征621为表示作为脉冲宽度调制信号的开关控制信号S81的占空比的历时变化的数据。

图6是脉冲宽度调制特征621的一个例子。在图6中，以T[ms]表示第一交流电压S11以及第二交流电压S2的周期。如图6所示，脉冲宽度调制特征621表示每二分之一周期的脉冲宽度调制占空的历时变化。在图6例子所示的脉冲宽度调制特征621中，其中的一部分包括占空比为100%的期间。如此一来，通过设置开关元件42不进行开关动作的期间，能够根据马达9的驱动状况更加适当地改善功率因数。

另外，脉冲宽度调制特征621中的一部分也可包括占空比为0%的期间。即使在那种情况下，也能够设置开关元件42不进行开关动作的期间。

输入接口63将从外部输入的各种信号发送到中央处理器61。输出接口64将被中央处理器61进行了运算处理的输出信号发送到外部。基本频率发信器65生成成为开关控制信号S81以及马达驱动信号S82的基本频率的时钟信号S65。

开关控制部81基于从输入接口63输送的零交叉检测信号S5和后述的电压反馈信号S71以及电流反馈信号S72，从多个脉冲宽度调制特征621中选择一个脉冲宽度调制特征621。

开关控制部81基于零交叉检测信号S5、选择的脉冲宽度调制特征621以及时钟信号S65，经由输出接口64输出开关控制信号S81。开关控制信号S81为控制开关元件42的接通和断开的脉冲宽度调制信号。

开关控制部81与零交叉检测信号S5从电压值H切换到电压值L的时机或者零交叉检测信号S5从电压值L切换到电压值H的时机相应地开始生成以选择的脉冲宽度调制特征621为基础的开关控制信号S81。

开关控制信号S81具有时钟信号S65的周期的整数倍的周期。开关控制部81根据参照脉冲宽度调制特征621得到的占空比，与时钟信号S65的时机相应地切换接通和断开，由此生成开关控制信号S81。

从开关控制部81输出的开关控制信号S81的电压值的范围经由第一电平移动电路66得到调整，并输入到开关元件42。

另外，在本实施方式中，开关控制部81基于电压反馈信号S71以及电流反馈信号S72双方确定一个脉冲宽度调制特征621，但是本实用新型并不限于此。也可基于电压反馈信号S71以及电流反馈信号S72中的任意一个确定一个脉冲宽度调制特征621。

如此，在本实施方式中，通过交流/直流转换电路3、开关调节器4、零交叉检测部5以及开关控制部81构成稳压电源装置10，所述稳压电源装置10将从交流电压源11经由滤波电路2提供的交流电压转换为第二直流电压S4，并提供给反馈部12。

开关控制部81通过控制开关元件42来控制稳压电源装置10内的电流的流动，并且，能够使输入到稳压电源装置10的输入电流的波形接近输入到稳压电源装置10的输入电压的波形。因此，通过开关控制部81控制开关元件42，不必使用为大型部件的变压器就能够提高稳压电源装置10的功率因数。并且，由于不必使用变压器就能够提高稳压电源装置10的功率因数，因此不会因为变压器而产生热量损失。因此，既能够改善功率因数又能够抑制稳压电源装置10的效率下降。

马达驱动控制部82基于从外部输入的旋转指令信号S0和后述的电压反馈信号S71、电流反馈信号S72以及位置信息检测信号S91输出马达驱动信号S82。马达驱动信号S82为控制逆变器12所具有的六个开关元件的接通和断开的六个脉冲宽度调制信号。从马达驱动控制部82输出的马达驱动信号S82的电压值的范围经由第二电平移动电路66得到调整，并且输出到逆变器12。

开关控制部81和马达驱动控制部82基于共同的时钟信号S65分别生成开关控制信号S81和马达驱动信号S82。在本实施方式中，开关控制信号S81的频率使用适合马达驱动的10kHz至30kHz的频率的脉冲宽度调制信号。由此，不必为了生成比马达驱动用的频率高的开关控制信号S81而除了马达驱动用的基本频率发信器65外还另外准备产生更高频率的时钟信号的频率发信器。因此，不必为了生成开关控制信号S81而除了生成马达驱动信号S82的微控制器外还另外准备微控制器，从而利用一个微控制器6就能够实现开关控制部81和马达驱动控制部82。

并且，本实施方式的开关调节器4，如上所述，为所谓的降压斩波器式开关调节器。因此，在输入到开关元件42的开关控制信号S81为适合马达驱动的10kHz至30kHz的频率的脉冲宽度调制信号的情况下，能够更加高效地动作。

反馈部7具有电压反馈部71和电流反馈部72。

电压反馈部71检测第二直流电压S4的电压值，并且将检测出的电压值输入到微控制器。如图1以及图2所示，电压反馈部71具有电压输入端子711、具有两个电阻712、713的分压电路714以及电压输出端子715。

电压输入端子711与开关调节器4的输出端子47连接。因此，电压输入端子711被输入第二直流电压S4。电阻712的一端与电压输入端子711连接，另一端与电阻713连接。电阻713的一端与电阻712连接，另一端接地。电压输出端子715与电阻712以及电阻713的连接部分连接。电压输出端子715与微控制器6的输入接口63连接。由此，从电压输出端子715向微控制器6的中央处理器61输出电压反馈信号S71，所述电压反馈信号S71通过第二直流电压S4根据电阻712、713的电阻值之比被分压而生成。

电流反馈部72检测流过逆变器12的电流值，并且将被检测出的电流值输入到微控制器6。如图2所示，电流反馈部72具有分流电阻721和增幅电路722。

分流电阻721的一端与逆变器12连接，另一端接地。若逆变器12的内部流过电流，则分流电阻721也流过电流。并且，分流电阻721的一端与增幅电路722的输入端子连接。由此，增幅电路722被输入具有与流过逆变器12的电流值对应的电压值的分流电压S721。增幅电路722将输入的分流电压S721增幅，并且将具有与流过逆变器12的电流值对应的电压值的电流反馈信号S72输出到微控制器6。

逆变器12基于从马达驱动控制部82输入的马达驱动信号S82向马达9提供驱动电流S12。逆变器12由六个开关元件构成。在逆变器12，针对马达9的U相、V相以及W相的各相输入有一对马达驱动信号S82。逆变器12切换各开关元件的驱动时机，而生成驱动电流S12。由此，控制马达9的旋转。

<2.变形例>

以上对本实用新型所例示的实施方式进行了说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式。

图7是示出一变形例所涉及的马达驱动装置1A的结构的电路图。马达驱动装置1A为进行作为无传感器马达的马达9A的驱动控制的装置。

作为马达驱动控制部82A的微控制器6A为了推测马达9A的转子的位置，取代用于使马达9A驱动的马达驱动信号，而将位置检测用脉冲信号S821A经由第二电平移动电路66A输出到逆变器12A。并且，若逆变器12A根据位置检测用脉冲信号S821A而向马达9A提供位置检测电流S121A，则在马达9A内产生电动势，在分流电阻721A流过电流。由此，向增幅电路722输入具有与流过逆变器12的内部的电流值对应的电压值的分流电压S721A。增幅电路722A将输入的分流电压S721A增幅，并将具有与流过逆变器12A的电流值对应的电压值的电流反馈信号S72A输出到微控制器6A。

马达驱动控制部82A基于向逆变器12A输出的位置检测用脉冲信号S821A和电流反馈信号S72A，推测马达9A的转子的位置。如此一来，马达9A也可为马达驱动控制部82A不具有位置检测器的无传感器马达。

并且，在上述实施方式中，开关控制部基于电压反馈信号以及电流反馈信号中的至少一个从多个脉冲宽度调制特征中选择一个脉冲宽度调制特征，但是本实用新型不限于此。开关控制部也可根据电压反馈信号以及电流反馈信号中的至少一个和事先确定的计算式来确定脉冲宽度调制特征。并且，开关控制部也可基于电压反馈信号以及电流反馈信号中的至少一个，通过规定的运算乘以系数等，校正事先确定的一个脉冲宽度特征的占空比。另外，开关控制部也可不根据电压反馈信号以及电流反馈信号中的任意一个，而使用事先确定的一个脉冲宽度调制特征。

并且，在上述实施方式中，在零交叉检测部中，输入到比较仪的比较对象电压为将第二交流电压进行半波整流后的电压，但是本实用新型不限于此。只要是第二交流电压本身等能够准确地把握第二交流电压的时机的电压信号，则比较对象电压也可为其他电压信号。

并且，在上述实施方式中，在零交叉检测部中，比较仪的反向输入端子被输入比较对象电压，比较仪的非反向输入端子被输入参照用电压，但是也可颠倒。如此一来，零交叉检测信号的电压值的H和L切换。即使在那种情况下，能够检测的时机也与上述实施方式相同。

并且，关于用于实现马达驱动装置的各部分的具体电路结构，也可与图2所示的电路结构不同。并且，在不产生矛盾的范围内，上述实施方式以及变形例中出现的各要素可以进行适当组合。

本实用新型能够利用于马达的驱动装置。

Claims (9)

1.一种马达驱动装置，其具有：向驱动马达的逆变器提供直流电压的稳压电源装置；和马达驱动控制部，其特征在于， 

所述稳压电源装置具有： 

交流/直流转换部，其将从交流电压源提供的交流电压转换为直流电压，并且输出第一直流电压； 

零交叉检测部，其检测所述交流电压的零交叉点，并且输出零交叉检测信号； 

开关控制部，其在基于所述零交叉检测信号的时机输出作为脉冲宽度调制信号的开关控制信号；以及 

开关调节器，其被输入所述第一直流电压，并且将通过对所述第一直流电压进行开关而生成的第二直流电压输出到所述逆变器， 

所述马达驱动控制部基于输入的旋转指令信号向所述逆变器输出马达驱动信号， 

所述交流/直流转换部具有： 

整流电路，其对所述交流电压进行整流；以及 

平滑电容器， 

所述开关调节器具有根据所述开关控制信号进行所述开关的开关元件。 

2.根据权利要求1所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述开关调节器具有： 

输入端子，其被输入所述第一直流电压； 

输出端子，其输出所述第二直流电压； 

所述开关元件，其一侧与所述输入端子连接； 

电感，其连接在所述开关元件的另一侧与所述输出端子之间； 

二极管，其连接在所述开关元件和所述电感的连接部与接地之间；以及 

第二电容器，其连接在所述输出端子与接地之间。 

3.根据权利要求1或者2所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述开关控制部确定表示所述脉冲宽度调制信号的占空比的历时变化的脉冲宽度调制特征，并且基于所述脉冲宽度调制特征输出所述开关控制信号。 

4.根据权利要求3所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述马达驱动装置具有： 

电压反馈部，其检测所述第二直流电压的电压值，并且将检测出的电压值输入到所述开关控制部；以及 

电流反馈部，其检测流过所述逆变器的电流值，并且将检测出的电流值输入到所述开关控制部， 

所述开关控制部根据所述电压值以及所述电流值中的至少一方确定所述脉冲宽度调制特征。 

5.根据权利要求4所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述开关控制部根据所述电压值以及所述电流值中的至少一方，从事先确定的多个所述脉冲宽度调制特征中选择一个所述脉冲宽度调制特征。 

6.根据权利要求4所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述开关控制部根据所述电压值以及所述电流值中的至少一方和事先确定的计算式确定所述脉冲宽度调制特征。 

7.根据权利要求1或者2所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述脉冲宽度调制特征中的一部分包括占空比为0％或者100％的期间。 

8.根据权利要求1或者2所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述零交叉检测部还具有： 

比较仪，其对比较对象电压和参照用电压的电压值进行比较；以及 

半波整流电路，其将所述第二交流电压进行半波整流并输出， 

所述比较仪将所述半波整流电路的输出作为所述比较对象电压， 

所述参照用电压为正的直流电压。 

9.根据权利要求1或者2所述的马达驱动装置，其特征在于， 

所述开关控制部和所述马达驱动控制部包含在一个微控制器中， 

所述开关控制部和所述马达驱动控制部基于共同的时钟信号分别生成所述开关控制信号和所述马达驱动信号。