DE10049385B4 - Motorsteuergerät - Google Patents

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    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/34—Modelling or simulation for control purposes

Abstract

Motorsteuergerät, mit: – einer Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungs-steuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, beinhaltet, wobei die Kommutierungs-steuerschaltung Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten; – einem PWM-Signal-Generator, der PWM-Signale erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten Sätze der Schalt-elemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; – einer Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, in der das PWM-Signal auf einem aktiven Pegel liegt, um die Schaltelemente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt, dass eines der Schaltelemente des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und – einer Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal reagiert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, bevor die Einschaltzeit des einen Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente erreicht ist.

Description

  • Die vorliegende Erfindung betrifft im allgemeinen ein Motorsteuergerät, das den Betrieb eines bürstenlosen Motors über eine Wechselrichterschaltung steuert, und insbesondere ein Motorsteuergerät, das dazu ausgelegt ist, ein Fehlverhalten in dem Gerät zu überwachen.
  • Im Stand der Technik sind Motorsteuergeräte bekannt, welche dazu ausgelegt sind, den Betrieb eines bürstenlosen Motors über eine Wechselrichterschaltung zu steuern, die aus Leistungsschaltelementen in Brückenschaltung besteht, und die Drehzahl des Motors unter Verwendung von PWM-(pulsbreitenmodulierten)-Signalen zu steuern.
  • Ein typisches Motorsteuergerät des zuvor genannten Typs wird unter Bezugnahme auf die 6 und 7 beschrieben. Die 6 und 7 zeigen ein Beispiel, in dem ein Motor 1 drei Wicklungen (Statorspulen) L1, L2 und L3 beinhaltet, die erste, zweite und dritte Phasen (nachstehend auch als U-, V-, und W-Phasen bezeichnet) aufweisen, die in einer Dreiecksform verbunden sind.
  • Wie es in 6 gezeigt ist, beinhaltet das Motorsteuergerät ein Schaltnetz 6, das eine Dreiphasen-Brückenschaltung ist, die aus den positiven Schaltelementen 3p, 4p und 5p und den negativen Schaltelementen 3n, 4n und 5n besteht. Die positiven Schaltelemente 3p bis 5p sind zwischen einem positiven Anschluss (d. h. einer Seite einer höheren Spannung) einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle 2 und Anschlüssen Ju, Jv und Jw der Wicklungen L1 bis L3 angeschlossen. Auf ähnliche Weise sind die negativen Schaltelemente 3n bis 5n zwischen einem negativen Anschluss (d. h. einer Seite einer niedrigeren Spannung) der Energieversorgungsquelle 2 und den Anschlüssen Ju, Jv und Jw der Wicklungen L1 bis L3 angeschlossen. Die Schaltelemente 3p, 4p, 5p, 3n, 4n, und 5n bestehen jeweils aus einem N-Kanal-MOSFET.
  • Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso eine Kommutierungssteuerschaltung 7, die Ansteuersignale Up, Un, Vp, Vn, Wp bzw. Wn in Abhängigkeit von eine Rotorposition anzeigenden Signalen (nicht gezeigt) des Motors 1 liefert, um die Schaltelemente 3p, 3n, 4p, 4n, 5p und 5n in einer gegebenen Reihenfolge einzuschalten. Die Kommutierungssteuerschaltung 7 bildet zusammen mit dem Schaltnetz 6 eine Wechselrichterschaltung 8 aus.
  • Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso einen PWM-Signal-Generator 9 und UND-Gatter 13, 14 und 15. Der PWM-Signal-Generator 9 liefert ein PWM-Signal zum Steuern der Drehzahl des Motors 1. Die UND-Gatter 13 bis 15 nehmen die Ansteuersignale Un, Vn und Wn, die aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben werden, und das PWM-Signal auf, das aus dem PWM-Signal-Generator 9 ausgegeben wird.
  • Die Ansteuersignale Up, Vp und Wp, die von der Kommutierungssteuerschaltung 7 erzeugt werden, werden in Gates der Schaltelemente 3p, 4p bzw. 5p eingegeben. Ausgangssignale der UND-Gatter 13, 14 und 15 werden in Gates der Schaltelemente 3n, 4n bzw. 5n eingegeben.
  • Jedes der Schaltelemente 3p, 4p und 5p wird eingeschaltet, wenn sich ein entsprechendes der Ansteuersignale Up, Vp oder Wp an einem höheren Pegel befindet, während jedes der Schaltelemente 3n, 4n und 5n eingeschaltet wird, wenn sich ein logisches Produkt des PWM-Signals von dem PWM-Signal-Generator 9 und eines entsprechenden der Ansteuersignale Un, Vn oder Wn an dem höheren Pegel befindet (siehe 7).
  • Wie es in 7 gezeigt ist, schaltet die Kommutierungssteuerschaltung 7 die Ansteuersignale Up, Un, Vp, Vn, Wp und Wn zwischen dem hohen Pegel und dem niedrigen Pegel in einem Zyklus, um den Motor 1 zu drehen. In 7 zeigt jedes der Ansteuersignale Un, Vn, und Wn, die in die Schaltelemente 3n, 4n und 5n einzugeben sind, die im Pegel auf einer niedrigeren Seite liegen, wie es in der Darstellung gezeigt ist, den hohen Pegel. Das Gleiche gilt für 2, auf die später verwiesen wird.
  • Das positive Schaltelement 3p und das negative Schaltelement 3n, die mit dem U-Phasenwicklungs-Anschluss Ju verbunden sind, werden jeweils für eine Zeitdauer eingeschaltet, die zu einem elektrischen Winkel von 120° äquivalent ist, und werden abwechselnd in einem Zeitintervall aktiv, das 60° voneinander entfernt ist. Das positive Schaltelement 4p und das negative Schaltelement 4n, die mit dem V-Phasenwicklungs-Anschluss Jv verbunden sind, und das positive Schaltelement 5p und das negative Schaltelement 5n, die mit dem W-Phasenwicklungs-Anschluss Jw verbunden sind, werden in einem Phasenintervall aktiv, das 120° von dem positiven Schaltelement 3p und dem negativen Schaltelement 3n entfernt ist. Insbesondere während einer Zeit, zu der die positiven und negativen Schaltelemente, die mit einem der Phasenwicklungs-Anschlüsse Ju, Jv und Jw verbunden sind, beide ausgeschaltet sind (d. h. ein elektrisches Winkelintervall von 60°), ist ein anderes der positiven Schaltelemente, die mit dem zweiten der Phasenwicklungs-Anschlüsse Ju, Jv und Jw verbunden sind, eingeschaltet, während eines der negativen Schaltelemente, die mit dem dritten der Phasenwicklungs-Anschlüsse Ju, Jv oder Jw verbunden sind, in Übereinstimmung mit dem PWM-Signal eingeschaltet ist.
  • Die 6 und 7 stellen den Fall dar, in dem die negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n PWM-gesteuert sind, wenn sich die Ansteuersignale Un, Vn, und Wn an dem hohen Pegel befinden, jedoch können die Elemente 3p, 4p und 5p oder alle der positiven und negativen Schaltelemente 3n, 4n, 5n, 3p, 4p und 5p PWM-gesteuert werden.
  • Wenn aufgrund eines Kurzschlusses ein Fehlverhalten in einem der Schaltelemente der Wechselrichterschaltung 8 auftritt, verursacht ein Einschalten des fehlerhaften Schaltelements und eines damit gepaarten Schaltelements, dass ein Überstrom durch sie fließt. Zum Beispiel wird in einem Fall, in dem das negative U-Phasen-Schaltelement 3n kurzgeschlossen ist, wenn das positive U-Phasen-Schaltelement 3p eingeschaltet wird, dies verursachen, dass ein Überstrom durch beide der Schaltelemente 3n und 3p fließt.
  • Um ein derartiges Fehlverhalten zu erfassen, weist das Motorsteuergerät, das in 6 gezeigt ist, einen Stromerfassungs-Nebenschlusswiderstand 16 auf, der zwischen den Sources der negativen Schaltelemente 3n, 4n, und 5n und dem Minus-(–)-Anschluss der Gleichstrom-Energieversorgung 2 angeordnet ist, um die Potentialdifferenz zwischen Anschlüssen des Nebenschlusswiderstands 16 zu überwachen. Wenn die Potentialdifferenz größer als ein gegebener Wert wird, bestimmt das Motorsteuergerät, dass irgendeines der Schaltelemente kurzgeschlossen worden ist und zwingt alle der Schaltelemente in einen Sperrzustand (wie es in den Japanischen Patenterstveröffentlichungen JP H06-209 581 A und JP H07-274 580 A gelehrt wird).
  • Ein derartiges System erfasst jedoch das Auftreten eines Fehlverhaltens eines Schaltelements erst nach einem Einschalten eines damit gepaarten Schaltelements, so dass der Strom durch das fehlerhafte Schaltelement und das damit gepaarte Schaltelement fließt, und weist den Nachteil auf, dass der Stromfluss zu einem Fehlverhalten des damit gepaarten Schaltelements führen kann, das normal arbeitet. Das System weist weiterhin den Nachteil auf, dass der Strom auch dann durch den Nebenschlusswiderstand 16 fließt, wenn das System normal arbeitet, was zu einem Verlust von elektrischer Energie führt.
  • Die Japanische Patenterstveröffentlichung JP H02-266 891 A offenbart ein System, welches bestimmt, dass ein Fehlverhalten aufgetreten ist, wenn sich die Spannung, die an den Wicklungsanschlüssen eines Motors auftritt, während eines Betriebs des Motors nicht zyklisch ändert, und alle Schaltelemente sperrt. Das System weist jedoch ebenso die Nachteile auf, dass es unmöglich ist, das Auftreten des Fehlverhaltens zu erfassen, bevor Strom durch die Schaltelemente fließt, und der Stromfluss kann zu einem weiteren Fehlverhalten führen.
  • Die obige Japanische Patenterstveröffentlichung JP H07-274 580 A ist weiterhin derart ausgelegt, dass die Spannung an jedem der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw unmittelbar nach einem Schalten eines entsprechenden der Ansteuersignale Up bis Wn mit einer Referenzspannung verglichen wird, bestimmt wird, dass ein Fehlverhalten aufgetreten ist, wenn das Vergleichsergebnis nicht mit einem der Ansteuersignale Up bis Wn übereinstimmt, und alle Schaltelemente 3p bis 5n gesperrt werden. Dieses System weist jedoch den Nachteil auf, dass in einem Fall, in dem irgendeines der Schaltelemente während einer Zeit von einem Erfassen des Fehlverhaltens (d. h. vorhergehenden Kommutierung) bis zu der nachfolgenden Kommutierung kurzgeschlossen ist, ein damit gepaartes der Schaltelemente kurzgeschlossen werden kann, wenn es eingeschaltet wird. Zum Beispiel wird, wenn das negative U-Phasen-Schaltelement 3n während einer Zeit von da an, wenn sich, wie es in 7 gezeigt ist, das Ansteuersignal Un von einem hohen zu einem niedrigen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Up von einem niedrigen zu einem hohen Pegel ändert, kurzgeschlossen ist, das positive U-Phasen-Schaltelement 3p zu der Zeit der nächsten Kommutierung eingeschaltet, bevor das System den Kurzschluss des Schaltelementes 3n erfasst, was verursachen kann, dass das Schaltelement 3p ebenso kurzgeschlossen wird.
  • Das System, das in der Japanischen Patentveröffentlichung JP H07-274 580 A offenbart ist, betreibt jedes der Schaltelemente 3p bis 5n, wenn sich ein entsprechendes der Ansteuersignale Up bis Wn an einem hohen oder niedrigen Pegel befindet, so dass die Spannungen Vu, Vv und Vw an den Wicklungsanschlüssen Ju, Jv und Jw von den Pegeln der Ansteuersignale Up bis Wn abhängen. Da jedoch einer oder beide eines Satzes der positiven Schaltelemente 3p bis 5p und eines Satzes der negativen Schaltelemente 3n bis 5n PWM-gesteuert werden, sind die Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente 3p bis 5n nicht immer zu den Ansteuersignalen Up bis Wn synchronisiert, was zu einer Schwierigkeit bei einem zu allen Zeiten genauen Erfassen eines Fehlverhaltens der Schaltelemente 3p bis 5n führt.
  • Außerdem offenbart die Druckschrift DE 198 00 580 A1 eine Leistungsumwandlervorrichtung, bestehend aus einer Wechselrichtereinheit, dargestellt durch ein Halbleiterschaltelement (51a) für einen oberen Zweig und ein weiteres Halbleiterschaltelement (51d) für einen unteren Zweig, und um die Halbleiterschaltelemente AN/AUS zu schalten, um dadurch durch eine Gleichspannungs-Energieversorgung gelieferte Gleichspannung in eine Wechselspannung umzuwandeln; und einer Steuervorrichtung (10a), um zu beurteilen, ob ein fehlerhafter Betrieb vorliegt oder nicht, basierend auf einer Ausgabe von einem Vergleicher (11a), um zu beurteilen, ob eine durch eine Spannungs-Erfasungsschaltung (61) erfaßte Erfassungsspannung im Wesentlichen gleich einer Spannung der positiven Polarität ist oder nicht; einer Ausgabe von einem Vergleicher (11b), um zu beurteilen, ob eine durch die Spannungs-Erfassungsschaltung (61) erfasste Spannung im Wesentlichen gleich einer Spannung der negativen Polarität ist oder nicht; und einem Ausgabesignal für ein AN/AUS-Schalten der Halbleiterschaltelemente, wobei die Spannungs-Erfassungsschaltung (61) eine Ausgangsspannung der Wechselrichtereinheit über einen spannungsteilenden Widerstand erfasst, unter Verwendung eines Potentials an der positiven Polarität der Gleichspannungsversorgung oder eines Potentials an der negativen Polarität davon als einen Referenzwert. Bei dieser bekannten Anordnung erfolgt die Sperrung eines Schaltelements erst, während ein Einschaltsignal bereits vorliegt.
  • Der Erfindung liegt daher als eine Aufgabe zugrunde, die Nachteile im Stand der Technik zu vermeiden.
  • Darüber hinaus soll die Erfindung ein Motorsteuergerät schaffen, das imstande ist, die Beschädigung des Geräts zu minimieren, wenn ein Fehlverhalten in dem Gerät auftritt.
  • Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe gelöst durch ein Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 1, und alternativ gelöst durch ein Motorsteuergerät mit den Merkmalen des Anspruchs 6. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind Gegenstand der beigefügten Unteransprüche.
  • Gemäß einem ersten Aspekt der Erfindung wird somit ein Motorsteuergerät geschaffen, mit einer Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, beinhaltet, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten; einem PWM-Signal-Generator, der PWM-Signale erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten Sätze der Schalt-elemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; einer Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, in der das PWM-Signal auf einem aktiven Pegel liegt, um die Schaltelemente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt, dass eines der Schaltelemente des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und einer Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehl-verhalten anzeigendes Signal reagiert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, bevor die Einschaltzeit des einen Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente erreicht ist.
  • In der bevorzugten Ausführung der Erfindung beinhaltet die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung einen Komparator und eine Verriegelungsschaltung. Der Komparator vergleicht die Spannung, die an dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung, um ein Ausgangssignal an einem eines hohen und eines niedrigen Pegels zu liefern, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist. Die Verriegelungsschaltung beinhaltet einen Gateanschluss, in den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluss, in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben wird, und einen Ausgangsanschluss, der das Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist, wenn sich das PWM-Signal an dem aktiven Pegel befindet, und das Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven zu einem passiven Pegel geändert hat, was die Schaltelemente ausschaltet, wenn sich das PWM-Signal an dem passiven Pegel befindet. Die Schaltvorgang-Sperrschaltung sperrt, dass das eine der Schaltelemente des ersten Satzes eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal, das aus dem Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung ausgegeben wird, an dem einen des hohen und niedrigen Pegels des Ausgangssignals des Komparators befindet.
  • Weiterhin ist eine zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung vorgesehen, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei sie bestimmt, dass eines der Schaltelemente des ersten Satzes, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszugeben, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist. Es ist eine zweite Schaltvorgang-Sperrschaltung vorgesehen, die auf das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert, um eines des zweiten Satzes der Schaltelemente zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, eingeschaltet zu werden.
  • Außerdem kann ebenso ein Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator vorgesehen sein, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn eine oder beide der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung und der zweiten Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmen, dass ein Fehlverhalten in dem Schaltelement aufgetreten ist, um alle der Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet zu werden.
  • Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Motorsteuergerät geschaffen, mit einer Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, beinhaltet, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten; einem PWM-Signal-Generator, der PWM-Signale erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; einer Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, in der das PWM-Signal auf einem aktiven Pegel liegt, um die Schaltelemente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt, dass ein Schaltelement des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und einer Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines Schaltelements des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, bevor die Einschaltzeit des einen Schaltelements des zweiten Satzes der Schaltelemente erreicht ist.
  • In der bevorzugten Ausführung der Erfindung beinhaltet die Schaltung zum Erkennen von Fehlern der Schaltelemente einen Komparator und eine Verriegelungsschaltung. Der Komparator vergleicht die Spannung, die an dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung, um ein Ausgangssignal mit einem eines hohen oder niedrigen Pegel zu liefern, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist. Die Verriegelungsschaltung beinhaltet einen Gateanschluss, in den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluss, in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben wird, und einen Ausgangsanschluss, der das Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist, wenn sich das PWM-Signal an dem aktiven Pegel befindet, und das Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven Pegel zu dem passiven Pegel geändert hat, was die Schaltelemente ausschaltet, wenn sich das PWM-Signal an dem passiven Pegel befindet. Die Schaltvorgang-Sperrschaltung sperrt, dass das eine des ersten Satzes der Schaltelemente eingeschaltet wird, wenn sich ein Signal, das aus dem Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung ausgegeben wird, an dem einen des hohen und niedrigen Pegels des Ausgangssignals des Komparators befindet.
  • Es ist eine zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung vorgesehen, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine vorgegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei sie bestimmt, dass eines des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszugeben, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist. Es ist eine zweite Schaltvorgang-Sperrschaltung vorgesehen, die auf das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert, um eines des ersten Satzes der Schaltelemente zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, eingeschaltet zu werden.
  • Außerdem kann ein Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator vorgesehen sein, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn eine oder beide der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung und der zweiten Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmen, dass ein Fehlverhalten in dem Schaltelement aufgetreten ist, um alle der Schaltelemente zu sperren, eingeschaltet zu werden.
  • Die Erfindung ist vollständiger aus der nachstehenden detaillierten Beschreibung und aus der beiliegenden Zeichnung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung entnehmbar.
  • In der Zeichnung ist:
  • 1 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 2 ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Betrieb eines durch das Motorsteuergerät in 1 zu steuernden Motors zeigt;
  • 3 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät gemäß der zweiten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 4 ein Blockschaltbild, das eine Motorstrom-Erfassungsvorrichtung gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung zeigt;
  • 5 ein Zeitablaufsdiagramm, das eine Beziehung zwischen der Spannung Vo, die den Strom anzeigt, der durch einen Motor fließt, und einem Betrieb des Motors zeigt;
  • 6 ein Blockschaltbild, das ein Motorsteuergerät im Stand der Technik zeigt; und
  • 7 ein Zeitablaufsdiagramm, das einen Betrieb eines durch das Motorsteuergerät in 6 zu steuernden Motors zeigt.
  • Es wird nun auf die Zeichnung, in der gleiche Bezugszeichen gleiche Teile in mehreren Ansichten bezeichnen, insbesondere auf 1 verwiesen in der ein Motorsteuergerät gemäß der ersten Ausführungsform der Erfindung gezeigt ist. Die gleichen Bezugszeichen und -symbole wie in 6 beziehen sich auf die gleichen Teile und daher wird eine detaillierte Erläuterung hier weggelassen.
  • Das Motorsteuergerät beinhaltet einen Komparator 20 und zwei Verriegelungsschaltungen 21p und 21n. Der Komparator 20 ist an einem invertierenden Eingang (–Anschluss) mit dem Wicklungsanschluss Ju des Motors 1 (z. B. eines bürstenlosen Gleichstrommotors), an dem die Spannung Vo auftritt und an einem nichtinvertierenden Eingang (+Anschluss) mit einem Ausgangsanschluss des Referenzspannungsgenerators 18 verbunden, an dem die Referenzspannung Vref entwickelt wird. Der Komparator 20 weist ebenso einen Ausgang auf, der durch einen Widerstand 19 auf die Quellenspannung VD hochgezogen wird. Jede der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n weist den Gateanschluss, als G bezeichnet, in den ein PWM-(pulsbreitenmoduliertes)-Signal von dem PWM-Signal-Generator 9 eingegeben wird, und den Datenanschluss, als D bezeichnet, auf, in den ein Ausgangssignal des Komparators 20 eingegeben wird. Wenn das PWM-Signal aktiv ist oder sich an einem hohen Pegel befindet, gibt jede der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n das Ausgangssignal des Komparators 20 aus dem Ausgangsanschluss, als Q bezeichnet, aus wie es ist. Alternativ gibt, wenn das PWM-Signal passiv ist oder sich an einem niedrigen Pegel befindet, jede der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n aus dem Q-Ausgangsanschluss das Ausgangssignal des Komparators 20 aus, das zu dem Zeitpunkt verriegelt worden ist, zu dem sich das PWM-Signal von einem hohen zu einem niedrigen Pegel geändert hat. Jede der Verriegelungsschaltungen 21b und 21 ist dazu ausgelegt, ein Signal von einem invertierenden Ausgangsanschluss, als QB bezeichnet, auszugeben, das einen zu einem aus dem Q-Ausgangsanschluss umgekehrten Pegel aufweist.
  • Der Referenzspannungsgenerator erzeugt, wie es durch eine gestrichelte Linie in 2 gezeigt ist, zusammen mit der U-Phasenwicklungsspannung Vu die Referenzspannung Vref, welche während einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Up, das von der Kommutierungssteuerschaltung 7 an das positive U-Phasenschaltelement 3p angelegt wird, zu einem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Un, das an das negative U-Phasenschaltelement 3n angelegt wird, zu dem hohen Pegel ändert geringfügig höher als die Hälfte einer Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung) ist, und welche währen einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Un zu dem hohen Pegel ändert, bis zu dahin, wenn sich das Ansteuersignal Up zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig niedriger als die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform ein Viertel (1/4) der Ausgabespannung der Gleichstromenergieversorgung 2) ist.
  • Das Motorsteuergerät beinhaltet außerdem UND-Gatter 22p und 22n. Das UND-Gatter 22p gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Up, das von der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate des positiven U-Phasenschaltelements 3p aus. Auf ähnliche Weise gibt das UND-Gatter 22n ein logisches Produkt eines Ausgangssignals des UND-Gatters 13 (d. h. ein logisches Produkt des Ansteuersignals Un, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9 ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen U-Phasenschaltelements 3n aus.
  • 1 zeigt zur Vereinfachung der Darstellung lediglich die Schaltungsstruktur für den U-Phasenwicklungsanschluss Ju des Motors 1, jedoch ist die gleiche Schaltungsstruktur (d. h. der Referenzspannungsgenerator 18, der Widerstand 19, der Komparator 20, die Verriegelungsschaltungen 21p und 21n und die UND-Gatter 22p und 22n) in der Praxis für jeden des V-Phasenwicklungsanschlusses Jv und des W-Phasenwicklungsanschlusses Jw vorgesehen.
  • Genauer gesagt wird in der Schaltung, die für den V-Phasenwicklungsanschluss Jv vorgesehen ist, die aus dem Referenzspannungsgenerator 18, dem Widerstand 19, dem Komparator 20, den Verriegelungsschaltungen 21p und 21n und den UND-Gattern 22p und 22n besteht, die Spannung Vv, die an dem V-Phasenwicklungsanschluss Jv auftritt, in den invertierenden Eingang des Komparators 20 eingegeben. Der Referenzspannungsgenerator 18 arbeitet, um die Referenzspannung Vref auszugeben, die während einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Vp, das von der Kommutierungssteuerschaltung 7 zu dem positiven V-Phasenschaltelement 4p geliefert wird, zu dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Vn, das zu dem negativen V-Phasenschaltelement 4n geliefert wird, zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig höher als die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2) ist, und die während einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Vn zu dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Vp zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig niedriger ist als die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform ein Viertel (1/4) der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2) ist. Das UND-Gatter 22p gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Vp, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate des positiven V-Phasenschaltelements 4p aus. Das UND-Gatter 22n gibt ein logisches Produkt eines Ausgangssignals des UND-Gatters 14 (d. h. ein logisches Produkt des Ansteuersignals Vn, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9 ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen V-Phasenschaltelements 4n aus.
  • Auf ähnliche Weise wird in der Schaltung, die für den W-Phasenwicklungsanschluss Jw vorgesehen ist, die aus dem Referenzspannungsgenerator 18, dem Widerstand 19, dem Komparator 20, den Verriegelungsschaltungen 21p und 21n und den UND-Gattern 22p und 22n besteht, die Spannung Vw, die an dem W-Phasenwicklungsanschluss Jw auftritt, in den invertierenden Eingang des Komparators 20 eingegeben. Der Referenzspannungsgenerator 18 arbeitet, um die Referenzspannung Vref auszugeben, die während einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Wp, das von der Kommutierungssteuerschaltung 7 zu dem positiven W-Phasenschaltelement 5p geliefert wird, zu dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Wn, das zu dem negativen W-Phasenschaltelement 5n geliefert wird, zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig höher als die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform drei Viertel (3/4) der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2) ist, und die während einer Zeit, von da an, wenn sich das Ansteuersignal Wn zu dem hohen Pegel ändert, bis dahin, wenn sich das Ansteuersignal Wp zu dem hohen Pegel ändert, geringfügig niedriger ist als die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (in dieser Ausführungsform ein Viertel (1/4) der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2) ist.
  • Das UND-Gatter 22p gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Wp, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines Signals, das aus dem QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, zu einem Gate des positiven W-Phasenschaltelements 5p aus. Das UND-Gatter 22n gibt ein logisches Produkt eines Ausgangssignals des UND-Gatters 15 (d. h. ein logisches Produkt des Ansteuersignals Wn, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und des PWM-Signals, das aus dem PWM-Signal-Generator 9 ausgegeben wird) und eines Signals, das aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, zu einem Gate des negativen W-Phasenschaltelements 5n aus.
  • Die Funktionsweise des Motorsteuergeräts wird nachstehend unter Bezugnahme auf die Schaltung, die für den U-Phasenwicklungsanschluss Ju vorgesehen ist, als ein Beispiel erörtert.
  • Der Komparator 20 vergleicht die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju entwickelt wird, im Pegel mit der Referenzspannung Vref, die von dem Referenzspannungsgenerator 18 eingegeben wird, und gibt ein Signal eines hohen Pegels aus, wenn die Spannung Vu niedriger als die Referenzspannung Vref ist.
  • Die Verriegelungsschaltung 21p gibt aus dem Q-Ausgangsanschluss das Ausgangssignal des Komparators 20 aus wie es ist, wenn das PWM-Signal hoch ist, während sie das Ausgangssignal des Komparators 20 ausgibt, das zu dem Zeitpunkt verriegelt wird, zu dem sich das PWM-Signal von dem hohen zu dem niedrigen Pegel ändert, wenn sich das PWM-Signal an dem niedrigen Pegel befindet. Die Verriegelungsschaltung 21p gibt aus dem QB-Ausgangsanschluss immer ein Signal zu dem UND-Gatter 22p aus, das im Pegel umgekehrt zu dem aus dem Ausgangsanschluss Q ist.
  • Wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss ausgibt, das heißt wenn das Signal eines hohen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss ausgegeben wird, legt das UND-Gatter 22p das Ansteuersignal Up, das von der Kommutierungssteuerschaltung 7 erzeugt wird, an das Gate des positiven U-Phasen-Schaltelements 3p an. Alternativ wird, wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgabeanschluss ausgibt, das heißt wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss ausgegeben wird, das Ausgangssignal des UND-Gatters 22p auf niedrig gehalten, so dass das Gate des positiven U-Phasenschaltelements 3p unberücksichtigt des Ansteuersignals Up aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 niedrig gehalten wird, um dadurch zu sperren, dass das positive Schaltelement 3p eingeschaltet wird.
  • Insbesondere bestimmt das Motorsteuergerät bei jedem Zyklus des PWM-Signals über den Komparator 20 und die Verriegelungsschaltung 21p, ob die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auftritt, niedriger als die Referenzspannung Vref ist oder nicht, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu niedriger als die Referenzspannung Vref ist, das heißt wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, arbeitet das UND-Gatter 22p, um das Einschalten des positiven U-Phasenschaltelements 3p zu sperren.
  • Der Komparator 20 gibt das Signal eines niedrigen Pegels aus, wenn die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju höher als die Referenzspannung Vref ist. Die Verriegelungsschaltung 21n gibt wie die Verriegelungsschaltung 21p das Ausgangssignal des Komparators 20 aus dem Q-Ausgangsanschluss aus wie es ist, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, und gibt, wenn sich das PWM-Signal an dem niedrigen Pegel befindet, das Ausgangssignal des Komparators 20 aus, das zu dem Zeitpunkt verriegelt wird, wenn sich das PWM-Signal von dem hohen zu dem niedrigen Pegel ändert.
  • Wenn das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, liefert das UND-Gatter 22n ein logisches Produkt des Ansteuersignals Un und des PWM-Signals (d. h. das Ausgangssignal des UND-Gatters 13) zu dem Gate des negativen U-Phasenschaltelements 3n. Alternativ wird, wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, das Ausgangssignal des UND-Gatters 22n niedrig gehalten, so dass das Gate des negativen U-Phasenschaltelements 3n unberücksichtigt des Ansteuersignals Un aus der Kommutierungssteuerschaltung niedrig gehalten wird, um dadurch ein Einschalten des negativen Schaltelements 3n zu sperren.
  • Insbesondere bestimmt das Motorsteuergerät bei jedem Zyklus des PWM-Signals über den Komparator 20 und die Verriegelungsschaltung 21n, ob die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auftritt, höher als die Referenzspannung Vref ist oder nicht, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu höher als die Referenzspannung Vref ist, das heißt wenn das Signal eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21n ausgegeben wird, arbeitet das UND-Gatter 22n, um ein Einschalten das negativen U-Phasenschaltelements 3n zu sperren.
  • Wenn alle der Schaltelemente 3p bis 5n des Schaltnetzes 6, wie es in 2 vor einer Zeit t1 gezeigt ist, normal arbeiten, wird das positive W-Phasenschaltelement 5p als Reaktion auf das Ansteuersignal Wp eingeschaltet und wird das negative V-Phasenschaltelement 4n als Reaktion auf ein logisches Produkt des Ansteuersignals Vn und des PWM-Signals in einer Auszeit K1, während welcher sich zum Beispiel die Ansteuersignale Up und Un beide an dem niedrigen Pegel befinden, und kurz, bevor das positive Schaltelement 3p eingeschaltet wird, eingeschaltet. In einer Auszeit K2, während welcher sich zum Beispiel die Ansteuersignale Up und Un beide an dem niedrigen Pegel befinden und kurz bevor das negative Schaltelement 3n eingeschaltet wird, wird das positive V-Phasenschaltelement 4p als Reaktion auf das Ansteuersignal Vp eingeschaltet, und das negative W-Phasenschaltelement 5n wird als Reaktion auf ein logisches Produkt des Ansteuersignals Wn und des PWM-Signals eingeschaltet.
  • Somit ist, wenn das PWM-Signal in der Auszeit K1 hoch ist, ist die Spannung Vu, di an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju entwickelt wird, ungefähr die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (die höher als die Referenzspannung Vref ist), so dass der Komparator 20 das Signal eines niedrigen Pegels ausgibt und die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss ausgibt. Dies verursacht, dass das positive U-Phasenschaltelement 3p durch das UND-Gatter 22p auf eine Änderung des Ansteuersignals Up auf einen hohen Pegel eingeschaltet wird. In der Auszeit K1 und einer Einschaltzeit, während der das positive Schaltelement 3p eingeschaltet ist (d. h. wenn das Ansteuersignal Up an dem hohen Pegel befindet) gibt die Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss Q aus, aber diese Zeitdauern sind keine Zeitdauer, in der das negative U-Phasenschaltelement 3n einzuschalten ist, wodurch der Betrieb des Schaltnetzes 6 nicht beeinflusst wird.
  • Wenn das PWM-Signal in der Auszeit K2 hoch ist, ist die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju entwickelt wird, ungefähr die Hälfte der Ausgangsspannung der Gleichstromenergieversorgung 2 (die niedriger als die Referenzspannung Vref ist), so dass der Komparator 20 das Signal eines hohen Pegels ausgibt und die Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss ausgibt. Die verursacht, dass das negative U-Phasenschaltelement 3n durch das UND-Gatter 22n auf eine Änderung des Ansteuersignals Un auf den hohen Pegel eingeschaltet wird. In der Auszeit K2 und einer Einzeit, während der das negative Schaltelement 3n eingeschaltet ist (d. h. wenn sich das Ansteuersignal Un an dem hohen Pegel befindet), gibt die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgabeanschluss QB aus, aber diese Zeitdauern sind keine Zeitdauer, zu der das positive U-Phasenschaltelement 3p eingeschaltet wird, wodurch der Betrieb des Schaltnetzes 6 nicht beeinflusst wird.
  • Wenn das negative U-Phasenschaltelement 3n zu der Zeit t1 in 2 kurzgeschlossen wird, wird dies verursachen, dass die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju unter einen normalen Pegel verringert wird. In einer Auszeit K3, kurz bevor das positive Schaltelement 3p eingeschaltet wird, fällt die Spannung Vu zu jeder Zeit, zu der das PWM-Signal hoch wird, unter die Referenzspannung Vref, so dass der Komparator 20 das Signal eines hohen Pegels ausgibt und die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines niedrigen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss ausgibt. Es ist anzumerken, dass der rechte Abschnitt von 2 nach der Zeit t1 den Fall darstellt, in dem das negative Schaltelement 3n nicht vollständig kurzgeschlossen sondern, sondern in einem sogenannten Beinahekurzschluss unterzogen wird, in dem das negative Schaltelement 3n normal arbeitet, aber die Spannung Vu verringert ist.
  • Wenn das Signal eines niedrigen Pegels von der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, wird das Gate des positiven U-Phasenschaltelements 3p, wie es in 2 gezeigt ist, durch das UND-Gatter 22p auch dann niedrig gehalten, wenn sich das Ansteuersignal Up, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, zu dem hohen Pegel ändert, wodurch ein Einschalten des positiven Schaltelements 3p gesperrt wird. Dies verursacht, dass die Drehzahl des Motors 1 allmählich zu Null verringert wird, so dass die Kommutierungssteuerschaltung 7 ein Erzeugen der Ansteuersignale Up bis Wn stoppt.
  • 2 zeigt den Fall, in dem das negative Schaltelement 3n in einer Einzeit von ihm kurzgeschlossen ist, aber ein Einschaltendes positiven Schaltelements 3p ebenso gesperrt ist, wenn das negative Schaltelement 3n kurzgeschlossen wird, unmittelbar bevor sich das Ansteuersignal von dem niedrigen zu dem hohen Pegel ändert.
  • Insbesondere wenn das negative Schaltelement 3n vor der Einzeit des positiven Schaltelements 3p kurzgeschlossen wird, erfasst das Motorsteuergerät eine derartige Fehlfunktion zuverlässig und hält das positive Schaltelement 3p auch dann ausgeschaltet, wenn die Einzeit erreicht ist. Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform verhindert somit, dass der Strom durch das kurzgeschlossene negative Schaltelement 3n und das dem negativen Schaltelement 3n zugehörige positive Schaltelement 3p fließt, wenn sie eingeschaltet sind, wodurch eine Fehlfunktion des Schaltelements 3p aufgrund des Kurzschlusses des negativen Schaltelementes 3n vermieden wird. Das gleiche gilt für die V-Phasenschaltelemente 4p und 4n und die W-Phasenschaltelemente 5p und 5n.
  • Wenn, obgleich es in 2 nicht dargestellt ist, das positive U-Phasenschaltelement 3p kurzgeschlossen wird, wird dies verursachen, dass die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju über den normalen Pegel erhöht wird. In einer Auszeit kurz bevor das negative Schaltelement 3n eingeschaltet wird, steigt die Spannung Vu zu jeder Zeit, zu der das PWM-Signal hoch wird, über die Referenzspannung Vref, so dass der Komparator 2Q das Signal eines niedrigen Pegels ausgibt und die Verriegelungsschaltung 21n das Signal eines niedrigen Pegels aus dem Q-Ausgabeanschluss ausgibt.
  • Wenn das Signal eines niederen Pegels aus der Verriegelungsschaltung 21 ausgegeben wird, wird dies verursachen, dass das Gate des negativen U-Phasenschaltelements 3n durch das UND-Gatter 22n auch niedrig gehalten wird, wenn sich das Ansteuersignal Un, das aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben wird, zu dem hohen Pegel ändert, wodurch ein Einschalten des negativen Schaltelement 3n gesperrt wird. Das Sperren eines Einschaltens des negativen Schaltelements 3n wird ebenso erzielt, wenn es unmittelbar bevor sich das Ansteuersignal Un von dem niedrigen zu dem hohen Pegel ändert, kurzgeschlossen wird.
  • Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform verhindert somit, dass der Strom durch das kurzgeschlossene positive Schaltelement 3p und das dem positiven Schaltelement 3p zugehörige negative Schaltelement 3n fließt, wenn diese eingeschalten werden, wodurch eine Fehlfunktion des Schaltelements 3n aufgrund des Kurzschlusses des Schaltelements 3p verhindert wird. Das gleiche gilt für die V-Phasenschaltelemente 4p und 4n und die W-Phasenschaltelemente 5p und 5n.
  • Während diese Ausführungsform nur einen einzigen Komparator 20 für die Verriegelungsschaltungen 21p und 21n verwendet und die Referenzspannungen Vref, die in den Komparator 20 einzugeben sind, unter Verwendung des Referenzspannungsgenerators 18 ändert, können zwei Komparatoren, einer für jede der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n, vorgesehen sein, und können Referenzspannungen in die Komparatoren eingegeben werden.
  • Das UND-Gatter 22n kann ein UND-Gatter mit drei Eingängen sein, in das das PWM-Signal aus dem PWM-Signalgenerator 9 und die Ansteuersignale aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 eingegeben werden, wodurch die Notwendigkeit nach den UND-Gattern 13 bis 15 beseitigt ist.
  • Die zwei Verriegelungsschaltungen 21p und 21n sind für jeden der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw vorgesehen, aber eine der Verriegelungsschaltungen 21p und 21n, zum Beispiel die Verriegelungsschaltung 21p kann am Q-Ausgangsanschluss Q mit dem UND-Gatter 22n verbunden werden, was die Verwendung der Verriegelungsschaltung 21n beseitigt.
  • 3 zeigt ein Motorsteuergerät nach einer zweiten Ausführungsform der Erfindung. Die gleichen Bezugszeichen und -symbole, wie sie in der ersten Ausführungsform verwendet werden, bezeichnen die gleichen Teile und eine Erläuterung von ihnen im Detail wird hier weggelassen.
  • Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform ist zu dem in 1 gezeigten in den zwei folgenden Punkten unterschiedlich: 1. Die Verriegelungsschaltung 21n ist weggelassen. Die Verriegelungsschaltung 21p ist an dem Q-Ausgangsanschluss mit dem UND-Gatter 22n verbunden. Der invertierende QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ist ähnlich der ersten Ausführungsform mit dem UND-Gatter 22p verbunden. 2. Das Motorsteuergerät beinhaltet ebenso UND-Gatter 23p und 23n, ein ODER-Gatter 24 und eine Fehlverhaltenerfassungssignal-Ausgabeschaltung 25. Das UND-Gatter 23p gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Up, das aus der Kommutierungssignalsteuerschaltung 7 ausgegeben wird, und eines Signals aus, das aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird. Das UND-Gatter 23n gibt ein logisches Produkt des Ansteuersignals Up und eines Signals aus, das aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird. Das ODER-Gatter 24 gibt eine logische Summe des Ausgangssignals des UND-Gatters 23p und des Ausgangssignals des UND-Gatters 23n aus. Die Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 verriegelt das Signal eines hohen Pegels, das aus dem ODER-Gatter 24 ausgegeben wird, und gibt es als ein Fehleranzeigesignal zu der Kommutierungssteuerschaltung 7 aus.
  • Die Kommutierungssteuerschaltung 7 reagiert auf Fehleranzeigesignal, das aus der Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 ausgegeben wird, um alle der Ansteuersignale Up bis Wn auf den niedrigen Pegel zu bringen.
  • 3 zeigt lediglich die Schaltungsstruktur, die dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju des Motors 1 zugehörig ist, und die Ansteuersignale Up und Un zur Vereinfachung der Darstellung, jedoch ist in der Praxis die gleiche Schaltungsstruktur (einschließlich der UND-Gatter 23p und 23n und des ODER-Gatters 24) ähnlich der ersten Ausführungsform für jeden des V-Phasenwicklungsanschlusses (die Ansteuersignale Vp und Vn) und des W-Phasenwicklungsanschlusses (die Ansteuersignale Wp und Wn) vorgesehen. Insbesondere gibt die Fehlverhaltenanzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 nach einem Ausgeben des Signals eines hohen Pegels aus irgendeinem der drei ODER-Gatter 24 das Fehleranzeigesignal zu der Kommutierungssteuerschaltung 7 aus. Die Kommutierungssteuerschaltung 7 hält alle der Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel, um ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Die Funktionsweisen des Komparators 20 und der Verriegelungsschaltung 21p sind im Wesentlichen die gleichen wie diejenigen in den ersten Ausführungsformen.
  • Insbesondere arbeiten sie, wenn als ein Beispiel der Komparator 20 und die Verriegelungsschaltung 21p genommen werden, die für den U-Phasenwicklungsanschluss vorgesehen ist, um zu bestimmen, ob die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss auftritt Ju, niedriger als die Referenzspannung Vref ist oder nicht, zu jeder Zeit, zu der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu niedriger als die Referenzspannung Vref ist, gibt die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss aus. Der Komparator 20 und die Verriegelungsschaltung 21p bestimmen ebenso, ob die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auftritt, höher als die Referenzspannung Vref ist oder nicht, zu jeder Zeit, zu der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet. Wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu höher als die Referenzspannung Vref ist, gibt die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluss aus.
  • Wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss Q zu einer Zeit ausgibt, wenn sich das Ansteuersignal Up aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 von dem niedrigen zu dem hohen Pegel ändert, das heißt wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auftritt, niedriger als die Referenzspannung Vref ist, gibt das UND-Gatter 23p das Signal eines hohen Pegels durch das ODER-Gatter 24 zu der Fehlverhaltenanzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 aus. Dies verursacht, wie es zuvor beschrieben worden ist, dass alle der Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel gehalten werden, um ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Deshalb gibt die Verriegelungsschaltung 21p, wenn das negative U-Phasenschaltelement 3n in einer Zeitdauer von dem Beginn der Auszeit K2, wie es in 2 gezeigt ist, bis zu dem Ende der Auszeit K3 kurzgeschlossen wird, das heißt von da an, wenn das U-Phasenschaltelement 3p eingeschaltet wird, bis dahin, wenn es in dem nächsten Zyklus erneut eingeschaltet wird, das Signal eines hohen Pegels aus dem Q-Ausgangsanschluss zu dem Zeitpunkt aus, zu dem sich das Ansteuersignal Up, das für das Schaltelement 3p vorgesehen ist, nach der Auszeit K3 zu dem hohen Pegel ändert. Das UND-Gatter 23p gibt dann das Signal eines hohen Pegels aus, das den Kurzschluss des Schaltelements 3n anzeigt, um dadurch, wie es zuvor beschrieben worden ist, ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Auf ähnliche Weise gibt das UND-Gatter 23n, wenn die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem QB-Ausgangsanschluss zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das Ansteuersignal Un aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 von dem niedrigen zu dem hohen Pegel ändert, das heißt wenn es bestimmt wird, dass die Spannung Vu, die an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auftritt, höher als die Referenzspannung Vref ist, das Signal eines hohen Pegels durch das ODER-Gatter 24 zu der Fehleranzeigesignal-Ausgebeschaltung aus, um alle der Ansteuersignale Up bis Wn an dem niedrigen Pegel zu halten, um dadurch ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Deshalb gibt die Verriegelungsschaltung 21p, wenn das positive U-Phasenschaltelement 3p in einer Zeitdauer von dem Beginn der Auszeit K1, wie es in 2 gezeigt ist, bis zu dem Ende der Auszeit K2 kurzgeschlossen wird, das heißt von da an, wenn das U-Phasenschaltelement 3n eingeschaltet wird, bis dahin, wenn es in dem nächsten Zyklus erneut eingeschaltet wird, das Signal eines hohen Pegels aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluss zu dem Zeitpunkt aus, zu dem sich das Ansteuersignal Un, das für das Schaltelement 3n vorgesehen ist, nach der Auszeit K2 zu dem hohen Pegel ändert. Das UND-Gatter 23n gibt dann das Signal eines hohen Pegels aus, das den Kurzschluss des Schaltelements 3p anzeigt, um dadurch, wie es zuvor beschrieben worden ist, ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Insbesondere ist das Motorsteuergerät der zweiten Ausführungsform dazu ausgelegt, unter Verwendung des Komparators 20, der Verriegelungsschaltung 21p und des UND-Gatters 23p die Spannung, die an irgendeinem der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw des Motors 1 auftritt, zu jeder Zeit zu überwachen, zu der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, und die überwachte Spannung, wenn sich eines der positiven Schaltelemente 3p, 4p und 5p, die für den einen der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw vorgesehen sind, zu dem aktiven Pegel (d. h. den hohen Pegel) ändert, das heißt den logischen Pegel eines Signals zu überprüfen, das aus dem Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob ein Fehlverhalten in einem der positiven Schaltelemente 3p, 4p und 5p aufgetreten ist oder nicht.
  • Das Motorsteuergerät der zweiten Ausführungsform überwacht ebenso die Spannung, die an irgendeinem der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw des Motors 1 auftritt, zu jeder Zeit, zu der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, unter Verwendung des Komparators 20, der Verriegelungsschaltung 21p, und des UND-Gatters 23n und überprüft die überwachte Spannung, wenn sich eines der negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n, die für den einen der Wicklungsanschlüsse Ju, Jv und Jw vorgesehen sind, zu dem aktiven Pegel (d. h. den hohen Pegel) ändert, das heißt den logischen Pegel eines Signals, das aus dem invertierenden Q-Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung 21p ausgegeben wird, um zu bestimmen, ob ein Fehlverhalten in einem der negativen Schaltelemente 3n, 4n oder 5n aufgetreten ist oder nicht.
  • Wenn ein Fehlverhalten von irgendeinem der Schaltelemente 3p bis 5n erfasst wird, wird ein Einschalten alle der Schaltelemente 3p bis 5n gesperrt, um dadurch eine Vergrößerung der Beschädigung zu vermeiden.
  • Es ist ebenso möglich, dass das Motorsteuergerät eine Leerlaufschaltung der Schaltelemente erfasst. Wenn sich das positive U-Phasenschaltelement 3p im Leerlauf befindet, wird dies verursachen, dass sich die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auch dann nicht über die Referenzspannung Vref erhöht, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, wenn sich das Ansteuersignal Up an dem hohen Pegel befindet. Die Verriegelungsschaltung 21p gibt daher das Signal eines hohen Pegels aus dem Ausgangsanschluss Q aus, so dass das UND-Gatter 23p das Signal eines hohen Pegels ausgibt, um dadurch ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Umgekehrt wird dies, wenn sich das negative U-Phasenschaltelement 3n im Leerlauf befindet, verursachen, dass sich die Spannung Vu an dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju auch dann nicht unter die Referenzspannung Vref verringert, wenn sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, wenn sich das Steuersignal Un an dem hohen Pegel befindet. Daher gibt die Verriegelungsschaltung 21p das Signal eines hohen Pegels aus dem invertierenden QB-Ausgangsanschluss aus, so dass das UND-Gatter 23n das Signal eines hohen Pegels ausgibt, um dadurch ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n zu sperren.
  • Anstelle der Funktion, alle Ansteuersignale Up bis Wn durch die Kommutierungssteuerschaltung zu dem niedrigen Pegel zu ändern, um ein Einschalten aller der Schaltelemente 3p bis 5n nach einem Ausgeben des Fehleranzeigesignals aus der Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 zu sperren, kann eine Logikschaltung verwendet werden, die die Gates der Schaltelemente 3p bis 5n nach einem Ausgeben des Fehleranzeigesignals aus der Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 unberücksichtigt der Ansteuersignale Up bis Wp, die aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 ausgegeben werden an dem niedrigen Pegel hält. Eine derartige Logikschaltung kann durch ein UND-Gatter durch derartiges Entwerfen der Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 verwirklicht werden, dass sie das Signal eines niedrigen Pegels als das Fehleranzeigesignal ausgibt.
  • Eine Warnlampe kann verwendet werden, die als Reaktion auf das Fehleranzeigesignal das aus der Fehleranzeigesignal-Ausgabeschaltung 25 ausgegeben wird, eingeschaltet wird und/oder ein Warnsignal oder einen Warnton ausgibt.
  • Das Ansteuersignal Up kann aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 direkt in das Gate des positiven Schaltelements 3p eingegeben werden, und das Ausgangssignal des UND-Gatters 13 kann direkt in das Gate des negativen Schaltelements 3n eingegeben werden. Dies beseitigt die Notwendigkeit nach den UND-Gattern 22p und 22n nicht mehr benötigt.
  • 4 zeigt ein Motorsteuergerät gemäß der dritten Ausführungsform der Erfindung, das beim Steuern der Drehzahl eines bürstenlosen Gleichstrommotors für einen Ventilator einer Automobilklimaanlage verwendet werden kann, der beim Regeln der Luftmenge, die in die Fahrgastzelle geblasen wird, verwendet wird, und das dazu ausgelegt ist, dass der Strom durch den Motor zum Überwachen eines Fehlverhaltens in dem Motor, wie zum Beispiel eines Kurzschlusses oder eines Leerlaufs, zu messen. Die gleichen Bezugszeichen und -symbole, wie sie in den ersten und zweiten Ausführungsformen verwendet werden, beziehen sich auf die gleichen Teile und eine Erläuterung von diesen im Detail wird hier weggelassen.
  • Das Motorsteuergerät beinhaltet im allgemeinen einen Drehzahlsensor 18, einen F/V-Wandler 30 und eine Steuerschaltung 12, die eine Rotation des Motors 1 steuert, der ein bürstenloser Gleichstrommotor ist, der aus einem Rotor mit Permanentmagneten und einem Rotor besteht, um den in Dreieck geschaltete Ankerwicklungen L1, L2 und L3 gewickelt sind, die nachstehend auch als U-, V- bzw. W-Phasenspulen bezeichnet werden.
  • Der Drehzahlsensor 18 erzeugt ein Winkelsignal Vθ; synchronisiert zu der Rotation des Motors 1 durch einen gegebenen Winkel. Der F/V-Wandler 30 wandelt die Frequenz des Winkelsignals Vθ; in ein Spannungssignal und gibt es als ein Drehzahlsignal Vn aus, das die Drehzahl des Motors 1 anzeigt. Das Winkelsignal Vθ; und das Drehzahlsignal Vn werden zusammen mit einem Soll-Drehzahl-Signal, das von einer externen Vorrichtung (nicht gezeigt) ausgegeben wird, in die Steuerschaltung 12 eingegeben.
  • Die Steuerschaltung 12 reagiert auf das Winkelsignal Vθ;, das eine Winkelposition des Motors 1 anzeigt, um einen Stromfluss zwischen den U-, V- und W-Phasenwicklungen L1, L2 und L3 zu schalten, und steuert die Höhe eines Stroms, der den U-, V- und W-Phasenwicklungen L1, L2 und L3 zugeführt wird, um eine Ist-Drehzahl des Motors 1, die durch das Drehzahlsignal Vn angezeigt wird, mit der Zieldrehzahl in Übereinstimmung zu bringen. Genauer gesagt steuert die Steuerschaltung 12 die Ein- und Ausschaltvorgänge der Schaltelemente 3p bis 5n. Zum Beispiel schaltet die Steuerschaltung 12, wenn es erforderlich ist, die W-Phasenwicklung L3 zu erregen, das positive Schaltelement 3p ein, das mit einem Ende der W-Phasenwicklung L3 verbunden ist und schaltet das negative Schaltelement 5n, das mit dem anderen Ende der W-Phasenwicklung L3 verbunden ist, unter Verwendung des PWM-Signal, dessen Pulsbreite als eine Funktion der Stromhöhe moduliert ist, die der W-Phasenwicklung L3 zuzuführen ist, ein und aus, um dadurch die Höhe des Stroms zu steuern, der durch die W-Phasenwicklung L3 fließt.
  • Das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform beinhaltet weiterhin drei Widerstände R0 und eine Schaltung zur Stromerfassungsschaltung 40.
  • Die Widerstände R0 dienen dazu, die Nullspannung V1 des Motors 1 zu messen. Genauer gesagt ist der Motor 1, wie es zuvor beschrieben worden ist, ein bürstenloser Dreiphasen-Gleichstrommotor, der aus den drei Wicklungen L1, L2 und L3 besteht, die in Dreieck geschaltet sind, und weist somit physikalisch keinen Nullpunkt auf, wie er üblicherweise bei Wicklungen in Y-Schaltung vorkommt. Daher verwendet das Motorsteuergerät dieser Ausführungsform die drei Widerstände R0, die den gleichen Widerstandswert aufweisen und die an einer Seite mit dem U-Phasenwicklungsanschluss Ju, dem V-Phasenwicklungsanschluss Jv bzw. dem W-Phasenwicklungsanschluss Jw und an der anderen Seite miteinander verbunden sind, um einen virtuellen Nullpunkt des Motors 1 zu schaffen, und misst die Spannung, die an einem Knotenpunkt der Widerstände R0 auftritt, als die Nullspannung V1.
  • Die Stromerfassungsschaltung 40 ist dazu ausgelegt, die Spannung Vo als eine Funktion des Stroms, der durch den Motor 1 fließt, in Übereinstimmung mit einer nachstehenden Gl. (1) zu erzeugen. Vo = VB – V1 – V2 (1) wobei VB die Spannung der Energieversorgung 2 ist und V2 die Spannung ist, die proportional zu der Drehzahl des Motors 1 ist und die durch eine nachstehende Gl. (2) gegeben ist. V2 = A·N (2) wobei A eine Proportionalitätskonstante ist, die durch die Beziehung A = k·ϕ;/2 gegeben ist, wobei k eine Konstante der elektromotorischen Kraft ist und ϕ; der magnetische Fluss über die Ankerwicklung des Motors 1 ist und N die Drehzahl des Motors 1 ist, die von dem Drehzahlsensor 18 gemessen wird.
  • Das Verhalten typischer Gleichstrommotoren kann durch eine nachstehende Gl. (3) ausgedrückt werden. VM = k·ϕ·N + Ia·Ra (3) wobei VM die Spannung ist, die an den Motor angelegt ist, k die elektromotorische Kraft ist, ϕ; der magnetische Fluss über eine Ankerwicklung des Motors ist, N die Drehzahl des Motors ist, Ia der Strom ist, der durch die Ankerwicklung fließt, und Ra ein Gesamtwiderstand eines Motorantriebssystems einschließlich der Ankerwicklungen ist.
  • Üblicherweise wird in einem bürstenlosen Dreiphasenmotor die Spannung über einen Wechselrichter an jede Spule angelegt. Es ist daher unmöglich, die Spannung VM, die an den Motor angelegt ist, direkt zu messen. Wenn die Nullspannung des bürstenlosen Dreiphasenmotors als die zuvor beschriebene Spannung V1 definiert ist, kann jedoch die Spannung VM, die an den Motor angelegt ist, durch eine nachstehende Gl. (4) ausgedrückt werden. VM = 2(VB – V1) (4)
  • Durch Einsetzen von Gl. (4) in Gl. (3), um den Motorstrom Ia unter Verwendung der Energieversorgungsspannung VB und der Nullspannung auszudrücken, erzielen wir Ia = (VB – V1 – k·ϕ·N/2)·2/Ra (5)
  • Der Dreiphasengleichstrommotor weist üblicherweise Permanentmagnete auf, die auf einem Rotor angeordnet sind, so dass der magnetische Fluss konstant ist, der von dem Rotor auf den Stator ausgeübt wird. Die elektromotorische Kraft k ist ebenso konstant. Daher kann Gleichung (5) zu einer nachstehenden Gleichung (6) umgeschrieben werden. Ia = (VB – V1 – A·N)·2/Ra = (VB – V1 – V2)·2/Ra ... = Vo·2/Ra (6)
  • Es ist somit festgestellt worden, dass die Spannung Vo, die durch Gl. (1) bestimmt wird, proportional zu dem Motorstrom Ia ist, das heißt dass es möglich ist, den Motorstrom Ia durch Bestimmen der Spannung Vo zu kennen.
  • Die Stromerfassungsschaltung 40 enthält einen Operationsverstärker OP1, der an seinem nichtinvertierenden Eingang (+) über einen Widerstand R1 an einen nichtinvertierenden Eingang (+) mit dem positiven Anschluss (d. h. der Seite einer höheren Spannung) der Energieversorgung 2 verbunden ist und über einen Widerstand R2 mit dem negative Anschluss (d. h. der Seite einer niedrigeren Spannung) der Energieversorgung 2 (d. h. Masse) verbunden ist. Die Spannung, die an dem nichtinvertierenden Eingang auftritt, ist daher ein Teil der dem Schaltnetz 6 zugeführten Energieversorgungsspannung VB, die durch die Gleichung VB·R2/(R1 + R2) gegeben.
  • Der Operationsverstärker OP1 ist ebenso an seinem invertierenden Eingang (–) über einen Widerstand R3 mit einem Ausgangsanschluss eines Puffers BF1, über einen Widerstand R6 mit einem Ausgangsanschluss eines Puffers BF2 und über einen Widerstand R7 mit einem Ausgangsanschluss des Operationsverstärkers OP1 verbunden.
  • Der Puffer BF1 ist mit einem Eingangsanschluss mit dem Knotenpunkt der Widerstände R0 verbunden, um die Nullspannung V1 zu speichern, die dort entwickelt wird.
  • Ein Kondensator C0 ist zwischen einer Leitung angeordnet, die sich von dem Knotenpunkt des Widerstands zu dem Puffer BF1 und den negativen Anschluss der Energieversorgung 2 ausdehnt, um eine Spannungsänderung an dem virtuellen Nullpunkt zum Eingeben der stabilen.
  • Nullspannung in den Operationsverstärker OP1 zu absorbieren.
  • Der Puffer BF2 ist mit einem Eingangsanschluss von ihm über einen Widerstand R5 mit dem negativen Anschluss der Energieversorgung 2 und über einen Widerstand R4 mit einem Ausgangsanschluss des F/V-Wandlers 30 verbunden und speichert die drehzahlproportionale Spannung V2, die aus den Widerständen R4 und R5 ausgegeben wird. Die Widerstände R4 und R5 dienen dazu, einen Teil des von dem F/V-Wandler 30 ausgegebenen Drehzahlsignals Vn zu liefern, das durch die Gleichung R5/(R4 + R5) gegeben ist, um die drehzahlproportionale Spannung V2 zu erzeugen, die durch die vorhergehende Gl. (2) gegeben ist.
  • Insbesondere wandelt der F/V-Wandler 30 die Frequenz eines Signals, das aus dem Drehzahlsensor 18 ausgegeben wird, synchronisiert zu der Rotation des Motors 1, in die Spannung, um das Drehzahlsignal Vn zu erzeugen. Das Drehzahlsignal Vn ist daher proportional zu der Drehzahl N des Motors 1. Wenn eine Proportionalitätskonstante des Drehzahlsignals Vn zu der Drehzahl N als α (d. h. Vn = α·N) definiert ist, kann die drehzahlproportionale Spannung V2, wie es nachstehend gezeigt ist, unter Verwendung des Drehzahlsignals Vn in der vorhergehenden Gleichung (1) ausgedrückt werden. V2 = A·N = (k·ϕ/2)·(Vn/α) = Vn·R5/(R4 + R5)
  • Damit können die Werte der Widerstände R4 und R5 wie folgt bestimmt werden: R5(R4 + R5) = (k·ϕ)/(2·α) (7)
  • Insbesondere bestimmt diese Ausführungsform die Werte der Widerstände R4 und R5, um Gl. (7) zu erfüllen, um dadurch die über den Puffer BF2 in den Operationsverstärker OP1 eingegebene Spannung auf die drehzahlproportionale Spannung V2 einzustellen, die in Gl. (2) definiert ist.
  • Bezüglich der Widerstände R1, R2, R3, R6 und R7, die mit dem Operationsverstärker OP1 verbunden sind, werden die Werte der Widerstände R1 und R2, die mit dem nichtinvertierenden Eingang (+) des Operationsverstärkers OP1 verbunden sind, derart bestimmt, dass sie die Beziehung R2 = R1/2 erfüllen, und die Werte der anderen Widerstände R3, R6 und R7 werden alle gleich dem Widerstand R1 eingestellt (d. h. R1 = R3 = R6 = R7).
  • Daher erzeugt der Operationsverstärker OP1 die Spannung Vo, wie es aus der folgenden Gleichung zu sehen ist, die durch Gl. (1) definiert ist. Vo = VB·R2/(R1 + R2) + VB·R2/(R1 + R2) – V1 + VB·R2/(R1 + R2) – V2 = 3·VB·R2/(R1 + R2) – V1 – V2 = VB – V1 – V2
  • Das Spannungssignal Vo wird von dem Operationsverstärker OP1 in die Steuerschaltung 12 eingegeben. Die Steuerschaltung 12 verwendet das Spannungssignal Vo, um den Überstrom zu überwachen, der durch den Motor 1 fließt, während die Drehzahl des Motors 1 gesteuert wird, um mit der Ziel-Drehzahl in übereinzustimmen
  • Die Funktion des Schutzes des Motors 1 und des Schaltnetzes 6 gegen den Überstrom, die von der Steuerschaltung 12 durchgeführt wird, wird im Folgenden unter Bezugnahme auf 5 beschrieben.
  • Wenn ein Fehlverhalten in dem Motor 1 auftritt, der den Motorstrom erhöht, wird dies verursachen, dass das Spannungssignal Vo steigt, das aus dem Operationsverstärker OP1 ausgegeben wird. Die Steuerschaltung 12 bestimmt während der Motorgeschwindigkeitskontrolle, ob das Spannungssignal Vo eine Überstrom-Schwellwertspannung Vth überschritten hat oder nicht. Wenn es zu der Zeit t1 bestimmt wird, dass das Spannungssignal Vo größer als die Überstrom-Schwellwertspannung Vth ist, was bedeutet, dass der Überstrom durch den Motor 1 fließt, unterbricht dann die Steuerschaltung 12 das Steuern der Motordrehzahl und nimmt das Steuern der Motordrehzahl nach einer im Voraus ausgewählten Zeit wieder auf. Dies ist so, da der Motor 1 zu einer normalen Betriebsbedingung zurückkehren kann, wenn der Motor 1 nach einer kurzen Zeitdauer wieder eingeschaltet wird. Wenn jedoch der Überstrom immer noch durch den Motor 1 fließt, nachdem das Steuern der Motordrehzahl wieder aufgenommen worden ist, bestimmt die Steuerschaltung 12, dass das Spannungssignal Vo immer noch größer ist als der Überstromschwellwert Vth ist, und unterbricht das Steuern der Motordrehzahl wieder für die im Voraus ausgewählte Zeit.
  • Wenn die Anzahl der Male, die das Steuern der Motordrehzahl für die im Voraus ausgewählte Zeit unterbrochen worden ist, zu der Zeit t2 eine gegebene Anzahl erreicht, bestimmt die Steuerschaltung 12, dass der Motor 1 vollständig ausgefallen ist, und stoppt den Motor 1. Die Steuerschaltung 12 kann einen Bediener zum Beispiel unter Verwendung einer Warnlampe oder eines Summers von einem solchen Ausfall unterrichten.
  • Während die vorliegende Erfindung mittels bevorzugten Ausführungsformen offenbart worden ist, um ein besseres Verständnis von ihr zu erleichtern, sollte es wahrgenommen werden, dass die Erfindung auf verschiedene Weisen ausgeführt werden kann, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen. Die Erfindung sollte daher als alle möglichen Ausführungsformen und Ausgestaltungen bezüglich der gezeigten Ausführungsformen beinhaltend verstanden werden, die ausgeführt werden können, ohne das Prinzip der Erfindung zu verlassen, wie es in den beiliegenden Ansprüchen definiert ist.
  • Zum Beispiel können die Ein- und Ausschaltvorgänge von jedem der negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n unter Verwendung eines logischen Produkts des Ansteuersignals aus der Kommutierungssteuerschaltung 7 und des PWM-Signals, das von dem UND-Gatter erzeugt wird, nutzen alternativ unter Verwendung von Komparatoren erzielt werden.
  • Die vorhergehenden Ausführungsformen sind dazu ausgelegt, lediglich eine Reihe der negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n mittels PWM-Signalen per PWM zu steuern, sie können jedoch genauso dazu ausgelegt sein, entweder eine oder beide von Reihen der negativen Schaltelemente 3n, 4n und 5n und der positiven Schaltelemente 3p, 4p und 5p per PWM zu steuern.
  • Der PWM-Signal-Generator 9 kann eine bekannte Struktur aufweisen, die aus einem Dreieckswellengenerator, der eine Dreieckswelle von zum Beispiel 20 kHz erzeugt, und einer Schwellwert-Bestimmungsschaltung besteht, die einen Schwellwert bestimmt, der mit der Dreieckswelle als eine Funktion des Motordrehzahl-Steuersignals verglichen wird, das die Drehzahl des Motors 1 anzeigt. Der PWM-Signalgenerator 9 gibt das Signal eines hohen Pegels aus, wenn die Dreieckswelle einen größeren Pegel als den Schwellwert aufweist, und gibt das Signal eines niedrigen Pegels aus, wenn die Dreieckswelle einen kleineren Pegel als den Schwellwert aufweist, um das PWM-Signal zu erzeugen, das ein Tastverhältnis als eine Funktion der Motordrehzahl-Steuersignals zu erzeugen. In diesem Fall kann anstelle der Verriegelungsschaltungen 21p und 21 eine Signalverarbeitungsschaltung vorgesehen sein, die das Ausgangssignal des Komparators 20 immer dann verriegelt, wenn die Dreieckswelle, die vom dem Dreieckswellengenerator ausgegeben wird, eine Spitze eines maximalen Pegels erreicht, um das verriegelte Signal und ein Signal, das den umgekehrten Pegel wie das verriegelte Signal aufweist, auszugeben. Insbesondere verriegelt die Signalverarbeitungsschaltung das Ausgangssignal des Komparators 20 in der Mitte einer Zeitdauer, während der sich das PWM-Signal an dem hohen Pegel befindet, und gibt es zu den UND-Gattern 22p, 22n, 23p und 23n aus, wodurch im Wesentlichen die gleichen Vorgänge wie in den vorhergehenden Ausführungsformen verwirklicht werden.
  • Die Signalverarbeitungsschaltung kann alternativ dazu ausgelegt sein, dass sie ihr Ausgangssignal lediglich dann ändert, wenn sie zum Beispiel die Ausgangssignale des Komparators 20 viermal der Reihe nach verriegelt hat, wodurch zusätzlich Filtereffekte zum Verringern des Rauschens erreicht wird.
  • Somit wurde zusammenfassend ein Motorsteuergerät offenbart, das das Versagen eines Mehrphasengleichstrommotors überwacht. Das Motorsteuersystem enthält einen Inverter, der die Arbeit des Motors steuert, eine Schaltung zur Fehlererkennung, die die Spannung überwacht, die zu jeder aktiven Zeit, wenn ein PWM-Signal auf einem aktiven Pegel ist, an einer der Anschlussklemmen der Ankerwicklungen des Motors anliegt, um Schaltelemente des Inverters einzuschalten, und auf Grundlage der überwachten Spannung das Auftreten eines Versagens erkennt, und eine Schaltung zur Verhinderung des Einschaltens, die eines der Schaltelemente, das mit einer der Anschlussklemmen der Spulen des Motors verbunden ist, vom Einschalten abhält, um dadurch zusätzliche Schäden des Motorsteuersystems zu vermeiden.

Claims (10)

  1. Motorsteuergerät, mit: – einer Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungs-steuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, beinhaltet, wobei die Kommutierungs-steuerschaltung Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten; – einem PWM-Signal-Generator, der PWM-Signale erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten Sätze der Schalt-elemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; – einer Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, in der das PWM-Signal auf einem aktiven Pegel liegt, um die Schaltelemente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt, dass eines der Schaltelemente des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und – einer Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal reagiert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, bevor die Einschaltzeit des einen Schaltelements des ersten Satzes der Schaltelemente erreicht ist.
  2. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, wobei die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung einen Komparator und eine Verriegelungsschaltung beinhaltet, wobei der Komparator die Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung vergleicht, um ein Ausgangssignal auf einem hohen oder einem niedrigen Pegel zu liefern, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, wobei die Verriegelungsschaltung einen Gateanschluss, in den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluss, in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben wird, und einen Ausgangsanschluss aufweist, der das Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist, wenn das PWM-Signal auf dem aktiven Pegel liegt, und das Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven Pegel auf einen passiven Pegel geändert und dadurch die Schaltelemente ausgeschaltet hat, wenn das PWM-Signal auf dem passiven Pegel liegt, und wobei die Schaltvorgang-Sperrschaltung das Einschalten des einen des ersten Satzes der Schaltelemente sperrt, wenn ein Signal, das aus dem Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung ausgegeben wird, auf dem hohen oder dem niedrigen Pegel des Ausgangssignals des Komparators liegt.
  3. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, das weiterhin einen Fehlverhaltensanzeigesignal-Generator aufweist, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die Schaltelementverhaltens-Erfassungsschaltung das ein Schaltelement-fehlverhalten anzeigende Signal ausgibt, um ein Einschalten aller der Schaltelemente zu sperren.
  4. Motorsteuergerät nach Anspruch 1, das weiterhin eine zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung enthält, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, und bestimmt, dass eines des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszugeben, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist, und eine zweite Schaltvorgang-Sperrschaltung aufweist, die auf das zweite ein Schaltelement-fehlverhalten anzeigende Signal reagiert, um ein Einschalten eines des zweiten Satzes der Schaltelemente zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist.
  5. Motorsteuergerät nach Anspruch 4, das weiterhin einen Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator aufweist, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal ausgibt, um ein Einschalten aller der Schaltelemente zu sperren.
  6. Motorsteuergerät, mit: – einer Wechselrichterschaltung, die ein Schaltnetz und eine Kommutierungssteuerschaltung beinhaltet, wobei das Schaltnetz einen ersten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem positiven Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem von Anschlüssen von Wicklungen eines Mehrphasenmotors verbunden sind, und einen zweiten Satz von Schaltelementen, von denen jedes an einem Ende mit einem negativen Anschluss einer Gleichstrom-Energieversorgungsquelle und an dem anderen Ende mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Mehrphasenmotors verbunden ist, beinhaltet, wobei die Kommutierungssteuerschaltung Ansteuersignale erzeugt, um die Schaltelemente zum Drehen des Motors der Reihe nach einzuschalten; – einem PWM-Signal-Generator, der PWM-Signale erzeugt, welche mindestens einen der ersten und zweiten Sätze der Schaltelemente zum Steuern der Drehzahl des Motors zyklisch einschalten; – einer Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung, die zu jeder aktiven Zeit, in der das PWM-Signal auf einem aktiven Pegel liegt, um die Schaltelemente einzuschalten, bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, höher als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, wobei dann, wenn die Spannung höher als die gegebene Referenzspannung ist, die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung bestimmt, dass ein Schaltelement des ersten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, und ein ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal ausgibt; und – einer Schaltvorgang-Sperrschaltung, die auf das ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal reagiert, das aus der Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung ausgegeben wird, um das Einschalten eines Schaltelements des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist, zu sperren, bevor die Einschaltzeit des einen Schaltelements des zweiten Satzes der Schaltelemente erreicht ist.
  7. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, wobei die Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung einen Komparator und eine Verriegelungsschaltung beinhaltet, wobei der Komparator die Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, mit der gegebenen Referenzspannung vergleicht, um ein Ausgangssignal auf einem hohen oder einem niedrigen Pegels zu liefern, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, wobei die Verriegelungsschaltung einen Gateanschluss, in den das PWM-Signal eingegeben wird, einen Datenanschluss, in den ein Ausgangssignal des Komparators eingegeben wird, und einen Ausgangsanschluss aufweist, der das Ausgangssignal des Komparators ausgibt wie es ist, wenn das PWM-Signal auf dem aktiven Pegel liegt, und das Ausgangssignal des Komparators verriegelt zu einer Zeit ausgibt, zu der sich das PWM-Signal von dem aktiven Pegel auf einen passiven Pegel geändert und dadurch die die Schaltelemente ausgeschaltet hat, wenn das PWM-Signal auf dem passiven Pegel liegt, und wobei die Schaltvorgang-Sperrschaltung das Einschalten des einen des ersten Satzes der Schaltelemente sperrt, wenn ein Signal, das aus dem Ausgangsanschluss der Verriegelungsschaltung ausgegeben wird, auf dem hohen oder dem niedrigen Pegel des Ausgangssignals des Komparators liegt.
  8. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, das weiterhin einen Fehlverhaltensanzeigesignal-Generator aufweist, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die Schaltelementverhaltens-Erfassungsschaltung das ein Schaltelement-fehlverhalten anzeigende Signal ausgibt, um ein Einschalten aller der Schaltelemente zu sperren.
  9. Motorsteuergerät nach Anspruch 6, das weiterhin eine zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung enthält, die zu jeder aktiven Zeit bestimmt, ob eine Spannung, die an einem der Anschlüsse der Wicklungen des Motors auftritt, niedriger als eine gegebene Referenzspannung ist oder nicht, und bestimmt, dass eines des zweiten Satzes der Schaltelemente, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen verbunden ist, ein Fehlverhalten aufweist, um ein zweites ein Schaltelementfehlverhalten anzeigendes Signal auszugeben, wenn die Spannung niedriger als die gegebene Referenzspannung ist, und eine zweite Schaltvorgang-Sperrschaltung aufweist, die auf das zweite ein Schaltelement-fehlverhalten anzeigende Signal reagiert, um ein Einschalten eines des ersten Satzes der Schaltelemente zu sperren, das mit dem einen der Anschlüsse der Wicklungen des Motors verbunden ist.
  10. Motorsteuergerät nach Anspruch 9, das weiterhin einen Fehlverhaltenanzeigesignal-Generator aufweist, der ein Fehlverhaltenanzeigesignal erzeugt, wenn die zweite Schaltelementfehlverhaltens-Erfassungsschaltung das zweite ein Schaltelementfehlverhalten anzeigende Signal ausgibt, um ein Einschalten aller der Schaltelemente zu sperren.
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