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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Lasttreibervorrichtung, die eine elektrische Last durch Anlegen einer Spannung von einer Energieversorgung her betreibt.
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Ein herkömmlicher Lasttreiberschaltkreis, der die Schaltsteuerung einer elektrischen Last durchführt, beispielsweise eines Motors, verwendet einen Rauschfilter, um Störrauschen zu verringern, welches beim Schalten der Last auftritt. In einem solchen Rauschfilter wirkt jedoch eine Spule als ein Widerstand, so dass eine der Last zuzuführende Versorgungsspannung verringert wird.
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Im Hinblick hierauf wurde in der
JP 2001-23809A und der
JP 2001-23811A ein Verfahren zum Senken der Verluste im Rauschfilter vorgeschlagen. Genauer gesagt, ein Pulver einer weichmagnetischen Legierung auf Fe-Ni-Basis, welche eine Zusammensetzung einer magnetischen Substanz hoher Permeabilität ist, wird als Magnetmetall-Materialzusammensetzung hoher Leistungsfähigkeit für den Rauschfilter verwendet und ein gepresster Pulvermagnetkern, der durch Pressformen des Pulvers hergestellt wird, wird verwendet.
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Bei dem Verfahren gemäß der
JP 2001-23809A wird der Verlust im Rauschfilter gesenkt, indem die Materialeigenschaften des für den Rauschfilter verwendeten magnetischen Materials verbessert wird. Jedoch ist die Ausgestaltung des Rauschfilters, der die Spule verwendet, gleich wie bei einem herkömmlichen Rauschfilter und somit kann der Widerstand der Spule nicht vollständig auf Null gebracht werden. Folglich wird die Versorgungsspannung, die der Last zuzuführen ist, von der Spule im Rauschfilter verringert.
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Die
JP 04244735A beschreibt eine Vorrichtung, bei der beim Anschließen einer Energieversorgung an eine Last ein Filter zwischen Last und Energieversorgung geschaltet wird. Nach dem Anschließen wird auf einen zweiten Filter umgeschaltet.
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Die gattungsgemäße
JP 06147046 A beschreibt eine Lasttreibervorrichtung zum Betreiben einer Last mit einer Energieversorgung, die einen Rauschfilter mit einer Spule in Serienverbindung zwischen der Energieversorgung und der Last aufweist. Weiter sind erste Schaltmittel zur Steuerung der Energiezufuhr von der Energieversorgung an die Last und ein Steuerschaltkreis zum Betreiben der Last durch Ein- oder Ausschalten der ersten Schaltmittel offenbart. Der Rauschfilter weist zweite Schaltmittel auf, die parallel mit der Spule verbunden sind und durch den Steuerschaltkreis abschaltbar sind, um auf einem Energieversorgungspfad, der die Spule enthält, auftretendes Rauschen zu filtern und einschaltbar sind, um damit die Spule zwischen der Energieversorgung und der Last kurzzuschließen.
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Da hier die beiden Enden der Spule im Rauschfilter vollständig kurzgeschlossen werden, kann die Funktion der Rauschbeseitigung im Rauschfilter nicht zu einem gewissen Betrag beibehalten werden.
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Bei einer Verwendung der Lasttreibervorrichtung für einen dreiphasigen Motor tritt jedoch Rauschen dieses Betrags aufgrund eines dreiphasigen Schaltbetriebs auf.
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Die vorliegende Erfindung hat es daher als Aufgabe, eine Lasttreibervorrichtung für einen dreiphasigen Motor zu schaffen, bei der die Verluste im Rauschfilter gesenkt werden können.
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Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist eine Lasttreibervorrichtung, die eine Last mittels einer Energieversorgung betreibt, einen Rauschfilter und einen Steuerschaltkreis für den Rauschfilter und die Last auf. Ein erster Schalter ist für einen Voll-Ein-Betrieb oder Schaltbetrieb der Last durch Steuern der Leistungszufuhr von der Energieversorgung an die Last vorgesehen. Der Rauschfilter enthält eine Spule und einen zweiten Schalter. Die Spule ist in Serie zwischen die Energieversorgung und die Last geschaltet und der zweite Schalter ist parallel zumindest mit einem Teil der Spule geschaltet. Der Steuerschaltkreis treibt die Last durch Ein- oder Abschalten des ersten Schalters. Der Steuerschaltkreis schaltet den zweiten Schalter ab, um damit Rauschen auszufiltern, das auf einem Energieversorgungspfad auftritt, der die Spule enthält. Der Steuerschaltkreis schaltet den zweiten Schalter ein, um damit zumindest einen Teil der Spule zwischen der Energieversorgung und der Last kurzzuschließen.
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Es sei festzuhalten, dass der Schaltbetrieb sowohl einen PWM-Betrieb als auch einen getakteten Betrieb umfassen kann. Im PWM-Betrieb wird eine Pulsbreite geändert, wobei das Pulsintervall konstant gehalten wird. Im Taktbetrieb wird der Zyklus der Ein- und Ausschaltung in einem bestimmten Zyklus geändert.
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Weitere Einzelheiten, Aspekte und Vorteile der vorliegenden Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen und der folgenden Beschreibung unter Bezugnahme auf die beigefügte Zeichnung.
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In der Zeichnung ist:
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1 ein Schaltkreisdiagramm einer Gleichstrommotor-Steuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform der vorliegenden Erfindung;
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2 ein Flussdiagramm eines Treiberprozesses zum Betreiben eines PWM-Steuertransistors gemäß einem Treibersignal in der ersten Ausführungsform;
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3 ein Signaldiagramm von Wellenformen einer Spannung und eines Stroms, die an eine Last angelegt werden, wenn die Last einem PWM-Betrieb oder einem Voll-Ein-Betrieb in der ersten Ausführungsform unterworfen wird;
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4 ein Schaltkreisdiagramm einer Gleichstrommotor-Steuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung;
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5 ein Blockdiagramm einer Gleichstrommotor-Steuervorrichtung gemäß einer dritten Ausführungsform der Erfindung;
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6 ein Schaltkreisdiagramm einer Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß einer vierten Ausführungsform der Erfindung;
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7a und 7b Spannungswellenformen, die an Gates von individuellen Transistoren in einer Invertereinheit angelegt werden, wenn bei der vierten Ausführungsform eine Last einem Schaltbetrieb in drei Phasen unterworfen wird;
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8 ein Charakteristikdiagramm einer Beziehung zwischen einer Induktivität einer Spule und einem Funkrauschen und einer Beziehung zwischen der Induktivität der Spule und der Wärmeerzeugungsmenge der Spule, wenn ein Schalttransistor bei der vierten Ausführungsform ein- und ausgeschaltet wird; und
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9 ein Blockdiagramm einer Steuervorrichtung für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor gemäß einer fünften Ausführungsform der Erfindung:
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(Erste Ausführungsform)
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Gemäß 1, wo eine erste Ausführungsform dargestellt ist, enthält ein Gleichstrommotor-Steuersystem S1 eine Energieversorgung (Gleichspannungs-Speicherbatterie) 10, eine Lasttreibervorrichtung 20 und eine Last (Gleichstromelektromotor) 30.
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Die Lasttreibervorrichtung 20 ist vorgesehen, eine PWM-Steuerung im Schaltbetrieb der Last 30 durchzuführen und Schaltrauschen zu beseitigen, das auf Grund der PWM-Steuerung an der Last 30 auftritt. Vorgesehen sind ein Rauschfilter 21, ein Steuerschaltkreis 22, eine Diode 23 und ein Transistor 24 für die PWM-Steuerung. Der Transistor 24 arbeitet als erste Schaltvorrichtung.
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Der Rauschfilter 21 dient der Beseitigung von Schaltrauschen, das auf Grund des Schaltbetriebs in dem PWM-Steuertransistor 24 auftritt. Folglich ist der Rauschfilter 21 zwischen die Energieversorgung 10 und die Last 30 gesetzt und dient dazu, das Rauschen aus einer Verdrahtungsleitung zu beseitigen, die zum Anlegen der Gleichspannung von der Energieversorgung 10 dient. Der Rauschfilter 21 weist Kondensatoren 21a und 21b, eine Spule 21c und einen Schalttransistor 21d auf. Der Schalttransistor 21d arbeitet als zweite Schaltvorrichtung.
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Insbesondere ist im Rauschfilter 21 ein Rauschfilter des CLC-π-Typs, gebildet aus den beiden Kondensatoren 21a und 21b und der Spule 21c. Die Rauschbeseitigung erfolgt durch den Rauschfilter des π-Typs. Weiterhin ist die Spule 21c in Serie zwischen die Energieversorgung 10 und die Last 30 geschaltet.
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Der Schalttransistor 21d ist zumindest mit einem Teil der Spule 21c verbunden. Genauer gesagt, Drain und Source des Schalttransistors 21d sind jeweils mit den beiden Enden der Spule 21c verbunden und das Gate hiervon ist mit dem Steuerschaltkreis 22 verbunden. Zusätzlich wird ein Schaltsignal vom Steuerschaltkreis 22 dem Gate des Schalttransistors 2d eingegeben, wodurch der Schalttransistor 21d ein/aus-geschaltet wird. In dieser Ausführungsform wird als Beispiel ein N-Kanal MOSFET als Schalttransistor 21d verwendet.
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Der Steuerschaltkreis 22 wird mit dem Treibersignal zum Betreiben der Last 30 von außen her versorgt, um so die Last 30 zu betreiben. Insbesondere in einem Fall, wo der Steuerschaltkreis 22 mit einem Treibersignal versorgt wird, um die Last 30 mit einem Voll-Ein-Betrieb (duty ratio oder relative Einschaltdauer von 100%) zu betreiben, gibt dieser ein Schaltsignal zum Einschalten des Schalttransistors 21d aus. Das heißt, die beiden Enden der Spule 21c sind kurzgeschlossen.
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Für den Fall, dass der Steuerschaltkreis 22 mit einem Treibersignal versorgt wird, um die Last 30 in einem Pulsbreitenmodulationsbetrieb (PWM) zu betreiben, erzeugt dieser ein Lastsignal entsprechend der Pulsbreite im PWM-Betrieb und gibt das Lastsignal an den PWM-Steuertransistor 24 aus, so dass der PWM-Steuertransistor 24 mit dem PWM-Betrieb gefahren wird. Da weiterhin ein Schaltrauschen oder Schaltgeräusche bei der PWM-Steuerung im PWM-Steuertransistor 24 auftreten, gibt der Steuerschaltkreis 22 ein Schaltsignal zum Abschalten des Schalttransistors 21d aus, um das Rauschen durch den Rauschfilter 21 zu beseitigen.
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Der Steuerschaltkreis 22 mit den obigen Funktionen ist so ausgelegt, dass er einen Mikrocomputer enthält, der seinerseits eine CPU, einen Speicher mit einem abgespeicherten Treiberprogramm zum Betrieb des PWM-Steuertransistors 24 etc. enthält. Das Treibersignal, das von außen dem Steuerschaltkreis 22 eingegeben wird, kann beispielsweise ein Einschaltsignal sein, dessen Betriebsfrequenz 25 Hz bis 5 kHz beträgt. Die Diode 23 ist über die beiden Enden der Last 30 geschaltet und dient dazu, einen Rückwärtsfluss eines durch die Last 30 fließenden Stroms zu verhindern.
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Der PWM-Steuertransistor 24 dient dazu, die Last 30 mit einer PWM-Steuerung zu versorgen. Dieser PWM-Steuertransistor 24 ist zwischen die niedrige Seite der Last 30 und Masse des Schaltkreises geschaltet und das Gate hiervon ist mit dem Steuerschaltkreis 22 verbunden. Zusätzlich wird das Lastsignal vom Steuerschaltkreis 22 dem Gate des PWM-Steuertransistors 24 eingegeben, so dass der PWM-Steuertransistor 24 die Last 30 einem Schaltbetrieb entsprechend der relativen Einschaltdauer oder dem Schaltverhältnis (duty ratio) des Lastsignals unterwirft. In dieser Ausführungsform kann als Beispiel ein MOSFET des N-Kanaltyps als PWM-Steuertransistor 24 verwendet werden.
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Die Last 30 wird dem Voll-Ein-Betrieb oder dem PWM-Betrieb durch den Steuerschaltkreis 22 unterworfen und als Last 30 kann ein Gleichstrommotor dienen, beispielsweise der Motor für ein Kühlgebläse, der Motor für eine Kraftstoffpumpe, der Motor für ein Klimaanlagengebläse etc.
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Die Arbeitsweise des Gleichstrommotor-Steuersystems S1 wird nun anhand des Ablaufs von 2 beschrieben. Dieses Programm dient zum Betrieb des PWM-Steuertransistors 24 gemäß dem Treibersignal und wird vom Steuerschaltkreis 22 abgearbeitet. Der Treibersteuerprozess beginnt, wenn der Lasttreibervorrichtung 20 eine Versorgungsspannung zugeführt wird.
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Zunächst erfolgt im Schritt 110 eine Initialisierung, so dass der Schalttransistor 21d des Rauschfilter 21 abgeschaltet wird. Insbesondere wird ein Schaltsignal zum Abschalten des Schalttransistors 21d vom Steuerschaltkreis 22 erzeugt und dem Schalttransistor 21d ausgegeben, so dass dieser abschaltet.
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Im Schritt 120, der als Energieversorgungsmittel wirkt, wird die Last 30 gemäß dem Treibersignal mit Energie versorgt. Genauer gesagt, das Lastsignal, mit dem die Last 30 in den Voll-Ein-Betrieb oder den PWM-Betrieb versetzt wird, wird entsprechend dem Schaltverhältnis des Treibersignals erzeugt, das von außen dem Steuerschaltkreis 22 eingegeben wird und wird dem PWM-Steuertransistor 24 ausgegeben, so dass die Last 30 abhängig von dem Lastsignal betrieben wird.
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Gemäß 3 werden eine Spannung (VM) und ein Strom (IM) der Last 30 angelegt, wenn die Last 30 dem PWM-Betrieb oder dem Voll-Ein-Betrieb unterworfen ist. Für den Fall eines PWM-Betriebs der Last 30 wird der PWM-Steuertransistor 24 in den Schaltbetrieb versetzt, so das eine pulsförmige Spannung der Last 30 zugeführt wird und ein Strom fließt durch die Last 30 entsprechend dieser Spannung. In einem solchen Fall tritt Schaltrauschen auf und somit ist eine Rauschbeseitigung durch den Rauschfilter 21 notwendig.
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Gemäß 3 wird im Fall eines Voll-Ein-Betriebs der Last 30 der PWM-Steuertransistor 24 ununterbrochen eingeschaltet, so dass die Last 30 ununterbrochen in einem Energieversorgungszustand ist und ein maximaler Strom fließt durch die Last 30. In einem solchen Fall tritt ein dem PWM-Steuertransistor 24 zuschreibbares Schaltrauschen nicht auf und somit ist der Rauschfilter 21 nicht notwendig. In diesem Fall muss ein Verlust im Rauschfilter 21 abgesenkt werden.
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Es wird daher im Schritt 130, der als Schaltbetriebentscheidungsmittel arbeitet, entschieden, ob die Last 30 sich im Schaltbetrieb (PWM-Betrieb) befindet oder nicht. Wenn die Last 30 sich in dem Voll-Ein-Betrieb und nicht im PWM-Betrieb befindet, wird Schritt 140 durchgeführt. Für den Fall, das die Last 30 sich im PWM-Betrieb befindet, wird Schritt 150 durchgeführt.
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Im Schritt 140, der als Voll-Ein-Treibermittel wirkt, werden beide Enden der Spule 21c des Rauschfilters auf Grund des Voll-Ein-Betriebs der Last 30 kurzgeschlossen. Genauer gesagt, das Schaltsignal zum Einschalten des Schalttransistors 21d wird vom Steuerschaltkreis 22 ausgegeben, so dass der Schalttransistor 21d eingeschaltet wird. Somit wird ein Pfad, der die beiden Enden der Spule 21c des Rauschfilters 21 kurzschließt, zwischen der Energieversorgung 10 und der Last 30 gebildet, so dass ein Verlust der Energieversorgung 10, der dem Widerstand der Spule 21c zuzuschreiben ist, verringert werden kann. Das heißt, da der Einschaltwiderstand des Transistors 21d niedriger als der Widerstand der Spule 21c ist, können Verluste der Energieversorgung 10 abgesenkt werden.
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Im Schritt 150, der als Schalttreibermittel wirkt, wird ein Pfad, der sich über die Spule 21c des Rauschfilters 21 erstreckt, zwischen der Energieversorgung 10 und der Last 30 auf Grund des PWM-Betriebs der Last 30 gebildet. Genauer gesagt, nachdem das Lastsignal vom Steuerschaltkreis 22 erzeugt worden ist, wird es dem PWM-Steuertransistor 24 ausgegeben und der PWM-Steuertransistor 24 wird dem PWM-Betrieb unterworfen. Bei einem PWM-Betrieb des PWM-Steuertransistors 24 tritt ein Schaltrauschen im dem PWM-Steuertransistor 24 auf. Um dieses Rauschen durch den Rauschfilter 21 zu beseitigen, wird entsprechend das Schaltsignal zum Abschalten des Schalttransistors 21d im Rauschfilter 21 vom Steuerschaltkreis 22 erzeugt. Der Pfad, der sich durch den Rauschfilter 21 erstreckt, wird somit zwischen der Energieversorgung 10 und der Last 30 gebildet, so dass ein Schaltrauschen, das auf Grund des PWM-Steuertransistors 24 auftritt, beseitigt werden kann.
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Im Schritt 160 wird überprüft, ob das Treibersignal eingegeben wird. Das heißt, das Vorhandensein oder Nichtvorhandensein der Eingabe des externen Treibersignals an den Steuerschaltkreis 22 wird überwacht. Wenn in diesem Schritt bestimmt wird, dass das Treibersignal nicht eingegeben wird, endet der Betrieb der Last 30. Wenn andererseits im Schritt 160 bestimmt wird, dass das Treibersignal eingegeben wird, kehrt der Ablauf zum Schritt 120 zurück, wo die Last 30 entsprechend dem Treibersignal wieder mit Energie versorgt wird. Wenn somit das Treibersignal dem Steuerschaltkreis 22 eingegeben wird, werden die Schritte 120 bis 160 wiederholt. Ein Treiberzyklus, in dem der Schritt 160 zum Schritt 120 zurückführt, dauert beispielsweise 4 ms bis 40 ms.
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Gemäß der ersten Ausführungsform ist der Schalttransistor 21d parallel zur Spule 21c des Rauschfilters 21 geschaltet und die Spule 21c wird immer dann kurzgeschlossen, wenn die Last in dem Voll-Ein-Betrieb ist, das heißt in einem kontinuierlich eingeschalteten Betrieb.
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Genauer gesagt, im Fall eines Voll-Ein-Betriebs der Last 30 ist der PWM-Steuertransistor 24 fortlaufend eingeschaltet und somit tritt kein Schaltrauschen auf Grund des PWM-Steuertransistors 24 auf. Folglich muss eine Rauschbeseitigung durch den Rauschfilter 21 nicht durchgeführt werden und somit wird der Schalttransistor 21d eingeschaltet, um die Spule 21c kurzzuschließen, so dass Verluste der Energieversorgung 10 auf Grund der Spule 21c verringert werden können.
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In dieser Ausführungsform wird als Schalttransistor 21d ein MOSFET verwendet, so dass ein niedriger Einschaltwiderstand realisiert werden kann.
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Falls die Last 30 dem PWM-Betrieb unterworfen wird, erfolgt am PWM-Steuertransistor 24 der Schaltbetrieb und somit treten Schaltgeräusche oder tritt Schaltrauschen auf Grund des PWM-Steuertransistors 24 auf. Folglich wird der Schalttransistor 21d abgeschaltet, so dass das Schaltrauschen durch den Rauschfilter 21 beseitigt werden kann.
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(Zweite Ausführungsform)
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In dieser Ausführungsform gemäß 4 wird als Schaltmittel zum Kurzschließen der beiden Enden der Spule 21c des Rauschfilters 21 ein Relais 21e verwendet. Dieses Relais 21e ist beispielsweise aus einem Schalter und einem Elektromagneten gebildet und ein Kontakt des Schalters wird gemäß der Betätigung des Elektromagneten geöffnet oder geschlossen.
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Genauer gesagt, der Steuerschaltkreis 22 erzeugt ein Signal, das als Schaltsignal das Relais 21e bzw. dessen Schalter ein- und ausschaltet. Zusätzlich bewirkt der Steuerschaltkreis 22 einen Stromfluss durch den Elektromagneten des Relais 21e basierend auf dem Schaltsignal, so dass der Schalter ein- und ausgeschaltet wird, um die beiden Enden der Spule 21c kurzzuschließen bzw. zu öffnen.
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(Dritte Ausführungsform)
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In dieser Ausführungsform ist gemäß 5 der Steuerschaltkreis 22 als üblicher integrierter Schaltkreis (IC) ausgelegt und nicht als Mikrocomputer. Genauer gesagt, die Lasttreibervorrichtung 20 enthält den Rauschfilter 21, den Steuerschaltkreis 22 und einen Treiberschaltkreis 25, der den PWM-Steuertransistor 24 enthält. Der Rauschfilter 21 ist gleich wie in der ersten Ausführungsform und ist so ausgelegt, dass der Schalttransistor 21d über die Spule 21c geschaltet ist.
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Der Steuerschaltkreis 22 ist so gestaltet, dass er einen Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a und einen Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b enthält. Der Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a erzeugt ein Ein-Signal zum Betrieb der Last 30 basierend auf dem von außen eingegebenen Treibersignal und gibt dieses Ein-Signal an den Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b. Der Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b erzeugt ein Lastsignal zum Betrieb der Last 30 entsprechend dem Ein-Signal, das vom Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a eingegeben wurde und gibt das Lastsignal an den Treiberschaltkreis 25 aus. Weiterhin erzeugt der Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b das Schaltsignal zum Ein- und Ausschalten des Schalttransistors 21b des Rauschfilters 21 und gibt dieses Schaltsignal an den Rauschfilter 21 aus.
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Der Treiberschaltkreis 25 unterwirft die Last 30 dem Voll-Ein-Betrieb oder dem PWM-Betrieb gemäß dem Lastsignal, das von dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b eingegeben wird. Der Treiberschaltkreis 25 enthält den PWM-Steuertransistor 24 und die Diode 23 gemäß 1 und vermag die Last 30 mit der Versorgungsspannung zu versorgen, die über den Rauschfilter 21 eingegeben wird.
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Im Betrieb wird das Treibersignal zum Betrieb der Last 30 von außen dem Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a des Steuerschaltkreises 22 eingegeben. Im Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a wird das Ein-Signal zum Versetzen der Last 30 in den Voll-Ein-Betrieb erzeugt und wird dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b eingegeben. In dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b wird somit das Schaltsignal zum Einschalten des Schalttransistors 21d des Rauschfilters 21 erzeugt und dem Rauschfilter 21 eingegeben. Im Rauschfilter 21 wird der Schalttransistor 21d gemäß dem vom Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b eingegebenen Schaltsignal eingeschaltet, so dass die beiden Enden der Spule 21c kurzgeschlossen werden.
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Weiterhin wird in dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b das Lastsignal zum normalen oder fortlaufenden Einschalten des PWM-Steuertransistors 24 gemäß dem eingegebenen Ein-Signal erzeugt und dem Treiberschaltkreis 25 eingegeben. Somit wird im Treiberschaltkreis 25 der Voll-Ein-Betrieb der Last 30, in welchem der PWM-Steuertransistor 24 normal eingeschaltet ist, entsprechend dem Lastsignal durchgeführt.
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Andererseits wird in einem Fall, in dem das von außen dem Steuerschaltkreis 30 eingegebene Treibersignal dasjenige ist, mit dem die Last 30 in den PWM-Betrieb versetzt wird, im Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a ein Ein-Signal zum Versetzen der Last 30 in den PWM-Betrieb erzeugt und dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b eingegeben. Dieses Ein-Signal enthält Informationen über die relative Einschaltdauer bei dem PWM-Betrieb der Last 30.
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Zusätzlich wird das Schaltsignal zum Abschalten des Schalttransistors 21d im Rauschfilter 21 in dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b erzeugt und dem Schalttransistor 21d eingegeben. Somit wird der Schalttransistor 21d im Rauschfilter 21 abgeschaltet, so dass der Betrieb des Rauschfilters aktiviert wird.
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In dem Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b wird das Lastsignal, mit dem die Last 30 in den PWM-Betrieb versetzt wird, erzeugt und dem Treiberschaltkreis 25 eingegeben. Somit wird im Treiberschaltkreis 25 der PWM-Betrieb der Last 30, in welchem der PWM-Steuertransistor 24 dem Schaltbetrieb entsprechend dem Lastsignal unterworfen wird, durchgeführt.
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Wie oben beschrieben, selbst wenn der Steuerschaltkreis 22 aus einem üblichen IC aufgebaut ist, kann der Schalttransistor 21d, der über die beiden Enden der Spule 21c im Rauschfilter 21 geschaltet ist, entsprechend dem Fall kurzgeschlossen oder geöffnet werden, bei dem die Last 30 dem Voll-Ein-Betrieb oder dem PWM-Betrieb unterworfen ist.
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(Vierte Ausführungsform)
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Diese Ausführungsform richtet sich auf ein Motorsteuersystem S2 für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor, wie in 6 gezeigt. Das Steuersystem S2 für den dreiphasigen bürstenlosen Motor hat einen Inverterschaltkreis 26, mit dem die Last 30 Schaltbetrieben in drei Phasen in der Lasttreibervorrichtung 20 unterworfen werden kann, mit dem Rauschfilter 21 und dem Steuerschaltkreis 22.
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Der Inverterschaltkreis 26 steuert das Einschalten/Ausschalten der Energieversorgung von der Energiequelle 10 an die Last 30 in drei Phasen. Genauer gesagt, der Inverterschaltkreis 26 legt Spannungen, deren Phasenverschiebung 120° im elektrischen Winkel beträgt, an den Motor an, der die Last 30 ist. Aufgebaut ist er aus drei hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e und drei niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f. Zusätzlich ist ein erster Pfad aus den Transistoren 26a und 26b gebildet, ein zweiter Pfad ist aus den Transistoren 26c und 26d gebildet und ein dritter Pfad ist aus den Transistoren 26e und 26f gebildet. Die Last 30 wird hierbei einem Voll-Ein-Betrieb oder einem PWM-Betrieb durch die Schaltbetriebe der jeweiligen niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f unterworfen. N-Kanal MOSFETs können jeweils als hochseitige Transistoren 26a, 26c, 26e bzw. niedrigseitige Transistoren 26b, 26d, 26f verwendet werden.
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Der Schalttransistor 21d im Rauschfilter 21 ist zumindest mit einem Teil der Spule 21c verbunden. Genauer gesagt ist jedoch der Schalttransistor 21d nicht über die beiden Enden der Spule 21c geschaltet, um die Spule 21c kurzschließen zu können, sondern die Drain des Schalttransistors 21d ist mit einem Mittelpunkt A auf dem Verlauf der Spule 21c verbunden, wie in 6 gezeigt. Somit ist die Spule 21c so aufgebaut, dass eine erste Spule B und eine zweite Spule C in Serie am Punkt A miteinander verbunden sind und der Schalttransistor 21d befindet sich in einem Zustand, in dem er parallel zur zweiten Spule C geschaltet ist. Folglich schließt der Schalttransistor 21d nur einen Teil der Spule 21c kurz, das heißt nur die zweite Spule C oder den zweiten Spulenanteil C.
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Dies deshalb, als die Last 30 durch den Inverterschaltkreis 26 dem dreiphasigen Schaltbetrieb unterworfen wird. Genauer gesagt, selbst wenn die Last 30 in einem Phasenabschnitt dem Voll-Ein-Betrieb unterworfen wird, wird diese Last 30 im dreiphasigen Schaltbetrieb gefahren und somit tritt Schaltrauschen auf Grund des dreiphasigen Schaltbetriebs auf. Um folglich die Situation zu vermeiden, bei der Schaltrauschen auf Grund des dreiphasigen Schaltbetriebs nicht dadurch beseitigt werden kann, dass die beiden Enden der Spule 21c im Rauschfilter 21 vollständig kurzgeschlossen werden, wird die Spule 21c durch den Schalttransistor 21d teilweise kurzgeschlossen, so dass der Spannungsabfall oder Spannungsverlust in der Spule 210 gesenkt wird, während die Funktion der Rauschbeseitigung im Rauschfilter 21 bis zu einem gewissen Betrag beibehalten wird.
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Da die Last 30 dem dreiphasigen Schaltbetrieb unterworfen wird, erzeugt der Steuerschaltkreis 22 die Lastsignale zum Fahren der Last 30 im dreiphasigen Schaltbetrieb gemäß dem Treibersignal, das von außen eingegeben wird und gibt die Lastsignale an die jeweiligen hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e und die jeweiligen niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d, 26f, um die Last 30 dem dreiphasigen Schaltbetrieb zu unterwerfen.
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Weiterhin erzeugt der Steuerschaltkreis 22 das Schaltsignal zum Einschalten/Ausschalten des Schalttransistors 21d im Rauschfilter 21 entsprechend jedem Fall, in dem die Last 30 dem Voll-Ein-Betrieb oder dem PWM-Betrieb unterworfen wird, was auf gleiche Weise wie in der ersten und zweiten Ausführungsform erfolgt. Das Motorsteuersystem S2 für den dreiphasigen bürstenlosen Motor kann die Last 30 gemäß dem Flussdiagramm von 2 im dreiphasigen Schaltbetrieb fahren.
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In einem solchen Steuersystem S2 für einen dreiphasigen bürstenlosen Motor werden die Lastsignale, die dem Inverterschaltkreis 26 eingegeben werden, durch den Steuerschaltkreis 22 in Wellenformen gemäß den 7a oder 7b erzeugt. 7a oder 7b zeigt Gatespannungs-Wellenformen, die den jeweiligen Gates der Transistoren im Inverterschaltkreis 26 angelegt werden, um die Last 30 im dreiphasigen Schaltbetrieb zu fahren. Die Spannungen U1, U2, V1, V2, W1 und W2 in 7a oder 7b entsprechend den Gatespannungen der Transistoren 26a bis 26f von 6. Somit werden die Gatespannungs-Wellenformen von 7a dem Inverterschaltkreis 26 für den Fall eines Voll-Ein-Betriebs der Last 30 eingegeben und die Gatespannungs-Wellenformen gemäß 7b werden dem Inverterschaltkreis 26 für den Fall eines PWM-Betriebs der Last 30 eingegeben.
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Im Fall eines Voll-Ein-Betriebs der Last 30 gemäß 7a werden Spannungen, deren Phasen um jeweils 120° verschoben sind, den jeweiligen hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e eingegeben. Nachdem die Spannungen den hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e eingegeben worden sind, werden die Spannungen, von denen jede in einem Phasenabschnitt normalerweise EIN wird, entsprechend den niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f eingegeben. Somit werden die niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f alle 120° dem Voll-Ein-Betrieb unterworfen.
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In diesem Fall ist der Schalttransistor 21d des Rauschfilters 21 in einem Zustand, in dem er vom Schaltsignal eingeschaltet wird, das vom Steuerschaltkreis 22 erzeugt wird, um die zweite Spule C der Spule 21c kurzzuschließen. Somit wird ein Pfad, der sich über die erste Spule B der Spule 21c und dem Schalttransistor 21d erstreckt, zwischen der Energieversorgung 10 und der Last 30 gebildet. Im Rauschfilter 21 wird folglich Störrauschen, das dem dreiphasigen Schaltbetrieb zuzuordnen ist, verringert, während Verluste der Energieversorgung 10 gesenkt werden.
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Im Fall des PWM-Betriebs der Last 30 gemäß 7 werden Spannungen, deren Phasen sich alle 120° verschieben, entsprechend den hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e auf gleiche Weise wie im Voll-Ein-Betrieb eingegeben. Zusätzlich werden, nachdem die Spannungen den hochseitigen Transistoren 26a, 26c und 26e eingegeben worden sind, in pulsförmige Spannungen, von denen jede dem PWM-Betrieb in einem Phasenabschnitt entspricht, den niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f eingegeben. Somit werden die niedrigseitigen Transistoren 26b, 26d und 26f alle 120° dem PWM-Betrieb unterworfen.
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In diesem Fall ist der Schalttransistor 21d des Rauschfilters 21 in einem Zustand, wo er durch das vom Steuerschaltkreis 22 erzeugte Schaltsignal abgeschaltet wird. Somit wird ein Pfad, der sich über die erste Spule B und die zweite Spule C in der Spule 21c erstreckt, zwischen der Energieversorgung 10 und der Invertereinheit 30 (Last) gebildet. Folglich dient der Rauschfilter 21 dazu, Schaltrauschen oder Schaltgeräusche zu beseitigen.
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Für den Fall, dass die Last 30 dem dreiphasigen Betrieb unterworfen wird, indem der dreiphasige bürstenlose Motor wie bei der vorliegenden Ausführungsform verwendet wird, konnte bestätigt werden, dass sich unter anderem die folgenden Vorteile ergeben: Zunächst sei angenommen, dass in dem Rauschfilter 21 gemäß 6 der Widerstand der ersten Spule B bei RL1 liegt, und der Einschaltwiderstand des Schalttransistors 21d bei RON liegt. In einem Fall, in dem die Beziehung RL1 >> RON erfüllt ist, wird Wärmeerzeugung in der Spule 21c auf Grund des Einschaltens des Transistors 21d im Rauschfilter 21 unterdrückt.
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8 zeigt eine Beziehung zwischen der Induktivität L der Spule 21c und dem Funkrauschen (dBm) und eine Beziehung zwischen der Induktivität L der Spule 21c und der Wärmeerzeugungsmenge (ΔT) der Spule 21c, wenn der Schalttransistor 21d ein- oder ausgeschaltet wird. In der Figur ist die Induktivität der ersten Spule B in der Spule 21c mit L1 bezeichnet und diejenige der zweiten Spule C mit L2. In einem Zustand, wo der Schalttransistor 21d EIN ist, wird der Pfad, der sich über die erste Spule B und den Schalttransistor d erstreckt, gebildet, und somit wird die Induktivität der Spule 21c zu L1. Andererseits erstreckt sich in dem Zustand, wo der Schalttransistor 21d AUS ist, der Pfad über die erste Spule B und die zweite Spule C und somit ist die Induktivität der Spule 21c gleich (L1 + L2).
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Gemäß 8 ist das Funkrauschen im Wesentlichen umgekehrt proportional zur Induktivität der Spule 21c. Wenn daher die Last 30 vom Voll-Ein-Betrieb (durchgezogene Linie) zum PWM-Betrieb (gestrichelte Linie) umgeschaltet wird, steigt das Funkrauschen an. Die Wärmeerzeugung der Spule 21c ist im Wesentlichen proportional zur Induktivität L der Spule 21c. Wenn daher die Last 30 vom PWM-Betrieb zum Voll-Ein-Betrieb umgeschaltet wird, nimmt die Wärmeerzeugungsmenge der Spule 21c zu.
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Genauer gesagt, in einem Fall, wo der Schalttransistor 21d nicht im Rauschfilter 21 enthalten ist und die Last 30 vom PWM-Betrieb in den Voll-Ein-Betrieb umgeschaltet wird, wird der gleiche Zustand fortgeführt, als ob der Schalttransistor 21d AUS ist (L = L1 + L2). und die Last 30 wird nicht dem Schaltbetrieb unterworfen, so dass das Schaltrauschen abnimmt, um den Wert des Störrauschens zu verbessern, wie mit dem Pfeil N1 in 8 gezeigt. Da jedoch ein durch die Last 30 fließender Strom zunimmt, nimmt die Wärmeerzeugung in der Spule 21c zu, wie mit dem Pfeil H1 in 8 gezeigt.
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Im Gegensatz hierzu, wenn der Schalttransistor 21d im Rauschfilter 21 wie bei der Ausführungsform enthalten ist, wird der Schalttransistor 21d eingeschaltet (L = L1), wenn die Last 30 vom PWM-Betrieb auf den Voll-Ein-Betrieb umschaltet und der Pfad, der sich über die erste Spule B in der Spule 21c und den Schalttransistor 21d erstreckt, wird gebildet. Folglich nimmt die Wärmeerzeugungsmenge in der Spule 21c wesentlich ab, wie mit dem Pfeil H2 gezeigt, während das Funkrauschen auf gleichem Wert gehalten wird, wie mit dem Pfeil N2 gezeigt, das heißt, wie in dem Fall, wo der Schalttransistor 21d AUS ist.
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Wie in 8 gezeigt können Funkrauschen und Wärmeerzeugung geeignet gesteuert werden, indem ein vorgeschriebener Schwellenwert für das Funkrauschen und ein vorgeschriebener Schwellenwert für die Wärmeerzeugung der Spule 21c festgelegt werden. Genauer gesagt, die Last 30 wird dem Voll-Ein-Betrieb unterworfen und die Spule 21c wird durch den Schalttransistor 21d kurzgeschlossen, um einen Induktivitätswert zu erhalten, der den vorgeschriebenen Schwellenwert des Funkrauschens erfüllt, wobei die Wärmeerzeugung durch die Spule 21c verringert werden kann, während der vorgeschriebene Schwellenwert des Funkrauschens erfüllt ist.
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Wie oben beschrieben werden für den Fall der Verwendung eines dreiphasigen bürstenlosen Motors als Last 30 auch dann, wenn die Last 30 dem Voll-Ein-Betrieb unterworfen ist, die anzutreibenden Transistoren in jedem Phasenabschnitt umgeschaltet und somit tritt Schaltrauschen auf. Die zweite Spule C der Spule 21c wird jedoch im Rauschfilter 21 durch den Schalttransistor 21d kurzgeschlossen, wie in 6 gezeigt, so dass der Verlust der Energieversorgung 10 gesenkt werden und die Rauschbeseitigungsfunktion beibehalten werden kann.
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Für den Fall des Betriebs der Last 30 in drei Phasen kann berücksichtigt werden, dass Umschaltrauschen, das der Frequenz des Umschaltens zwischen Einschalten/Ausschalten der einzelnen Transistoren 26a bis 26e des Inverterschaltkreises 26 in den jeweiligen Phasen zuzuschreiben ist, sowohl im Voll-Ein-Betrieb als auch im Schaltbetrieb auftritt. Die erste Spule B im Rauschfilter 21 kann folglich als Rauschfilter funktionierend in beiden Antriebsschemata verwendet werden, so dass Rauschen bei der Umschaltfrequenz beseitigt werden kann.
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(Fünfte Ausführungsform)
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Diese Ausführungsform ist ähnlich zur vierten Ausführungsform, jedoch ist der Steuerschaltkreis 22 als üblicher IC und nicht als Mikrocomputer aufgebaut, wie in 9 gezeigt. In dieser Ausführungsform enthält die Lasttreibervorrichtung 20 den Rauschfilter 21, den Steuerschaltkreis 22 und den Inverterschaltkreis 26. Der Rauschfilter 21 ist der gleiche wie in der vierten Ausführungsform und ist so aufgebaut, dass der Schalttransistor 21d zum Kurzschließen der zweiten Spule C in der Spule 21c vorhanden ist.
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Bei dieser Ausführungsform enthält der Steuerschaltkreis 22 einen Positionsdetektorschaltkreis 22c. Der Positionsdetektorschaltkreis 22c erkennt eine Position des dreiphasigen bürstenlosen Motors, der die Last 30 ist. Der Steuerschaltkreis 22 erzeugt das Lastsignal zum Fahren der Last im dreiphasigen Schaltbetrieb basierend auf dem Ein-Signal und gibt das Lastsignal an den Inverterschaltkreis 26 aus, wenn der Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b mit diesem Ein-Signal vom Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a versorgt wird, um die Last 30 einem dreiphasigen Schaltbetrieb zu unterwerfen.
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Zusätzlich unterwirft der Inverterschaltkreis 26 die Last 30 dem Voll-Ein-Betrieb oder dem PWM-Betrieb in drei Phasen abhängig von dem Lastsignal, das vom Erregungssignalerzeugungsschaltkreis 22b eingegeben wird. Hierbei werden Spannungssignale, die vom Inverterschaltkreis an die Last 30 ausgegeben werden, dem Positionsdetektorschaltkreis 22c zurückgeführt und werden zur Erkennung der Rotationsposition der Last 30 (des Motors) verwendet. Die Rotationspositionsinformation vom Positionsdetektorschaltkreis 22c wird dem Eingangssignalprozessorschaltkreis 22a eingegeben und zur Korrektur des dreiphasigen Betriebs bei der Erzeugung des Ein-Signals verwendet.
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Selbst wenn der dreiphasige bürstenlose Motor als Last 30 verwendet wird und der Steuerschaltkreis 22 aus einem üblichen IC aufgebaut ist, kann die zweite Spule C der Spule 21c durch den Schalttransistor 21d des Rauschfilters 21 entsprechend dem Betrieb der Last 30 (Voll-Ein-Betrieb oder PWM-Betrieb) kurzgeschlossen werden, so dass Verluste in der Spule 21c auf Grund deren Widerstand abgesenkt werden können.
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(Andere Ausführungsformen)
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In jeder der voranstehenden Ausführungsformen sind verschiedene Abwandlungen und Modifikationen möglich. Beispielsweise kann ein Filter des LC-Typs als Rauschfilter 21 verwendet werden. Alle oder ein Teil der N-Kanal MOSFETs 21d, 24, 26a bis 26f können oder kann durch P-Kanal MOSFETs ersetzt werden. Der Transistor 21d kann parallel zumindest mit einem Teil der Spule 21c in den Ausführungsformen geschaltet werden.
