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TECHNISCHES GEBIET
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Die vorliegende Erfindung betrifft eine Motorsteuervorrichtung zum Steuern eines Motors, welcher beispielsweise in einem elektrischen Servolenkungssystem vorgesehen ist.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Eine herkömmliche Motorsteuervorrichtung enthält eine Treiberschaltung, welche aus einer Mehrzahl von Schaltelementen ausgestaltet ist. Die Treiberschaltung enthält z. B. einen Inverterkreis bzw. eine Inverterschaltung, welche DC-Leistung in Drei-Phasen-AC-Leistung wandelt, um einen dreiphasigen AC-Motor bzw. Drehstrommotor anzutreiben.
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Zum Beispiel kann ein Fahrzeug mit einer Motorsteuervorrichtung, welche einen Lenk-Hilfsmotor in einem elektrischen Servolenkungssystem des Fahrzeugs ansteuert, in einer Autowerkstatt oder bei einem Händler aufgebockt werden, wobei das Lenkrad bei ausgeschaltetem Motor gedreht wird. In diesem Fall funktioniert der Motor als Generator und erzeugt eine Gegen-Elektromotorische-Kraft (Gegen-EMK). Falls die Motorsteuervorrichtung die DC-Leistungszufuhr zur Treiberschaltung unterbricht, wenn ein Zündschalter ausgeschaltet wird, ist es nicht möglich, die induzierte Gegen-EMK in Richtung der DC-Leistungsquelle zu regenerieren. Die Gegen-EMK wird somit auf der Treiberschaltung aufgebracht, wodurch möglicherweise Fehlbetriebe und eine Zerstörung der Schaltelemente durch Überspannung verursacht werden können.
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Die
JP 2010-254128 A (
US 2010/0270958 A1 ) offenbart eine Konfiguration, in welcher ein Motorrelais in jeder Phase zwischen einer Treiberschaltung und einem Motor vorgesehen ist. Das Motorrelais schaltet den Zündung-Aus-Zustand aus, und unterbricht dadurch die elektrische Verbindung zwischen der Treiberschaltung und dem Motor. Dadurch wird die Gegen-EMK nicht auf der Treiberschaltung aufgebracht bzw. an dieser angelegt, selbst wenn ein Lenkrad im Zündung-Aus-Zustand gedreht bzw. eingeschlagen wird und eine Gegen-EMK im Motor erzeugt wird. Somit werden Schaltelemente der Treiberschaltung vor einer Überspannung durch die Gegen-EMK geschützt.
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Gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration muss zwischen der Treiberschaltung und dem Motor gemäß der Anzahl der Phasen des Motors eine Mehrzahl an Motorrelais, die je ein Schaltelement oder ein mechanisches Relais sein müssen, vorgesehen werden. Derartige Motorrelais sind hinsichtlich der Baugröße der Vorrichtung, der Anzahl der Schaltungskomponenten und der Kosten nicht erwünscht. Falls das Motorrelais durch einen Fehler kurzgeschlossen wird, ist die resultierende Konfiguration gleich einem Fall, in welchem das Motorrelais nicht vorhanden ist. Die Schaltelemente der Treiberschaltung können nicht vor der Gegen-EMK geschützt werden.
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KURZFASSUNG DER ERFINDUNG
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Daher ist es eine Aufgabe eine Motorsteuervorrichtung zu schaffen, welche Schaltelemente einer Treiberschaltung vor einer Gegen-Elektromotorischen-Kraft schützt, die in einem Motor erzeugt wird, wenn er durch eine externe Kraft in einen Zündung-Aus-Zustand gedreht wird, d. h., die Treiberschaltung nicht mit der DC-Leistungsquelle verbunden ist.
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Gemäß einem Aspekt ist eine Motorsteuerschaltung für einen Motor mit einer Mehrzahl von Phasen vorgesehen. Die Motorsteuervorrichtung weist eine Treiberschaltung, eine Leistungszufuhr-Ein/Aus-Schaltung, eine Treibersteuerschaltung, eine Gegen-EMK-Erfassungsschaltung und eine Schutzsteuerschaltung auf.
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Die Treiberschaltung enthält eine Mehrzahl von Schaltelementen, die einen High-Side-Zweig und einen Low-Side-Zweig einer Brückenschaltung bilden und steuert den Motor durch Konvertieren einer elektrischen Leistung einer DC-Leistungsquelle.
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Die Leistungszufuhr-Ein/Aus-Schatung verbindet und unterbricht die elektrische Verbindung zwischen der DC-Leistungsquelle und der Treiberschaltung.
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Die Treibersteuerschaltung steuert die Mehrzahl der Schaltelemente ein und aus, wenn die Treiberschaltung den Motor steuert bzw. antreibt, und steuert bzw. schaltet die Mehrzahl der Schaltelemente aus, wenn die elektrische Verbindung durch die Leistungszufuhr-Ein/Aus-Schaltung unterbrochen wird.
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Die Gegen-EMK-Erfassungsschaltung erfasst mit Bezug auf jede Phase, ob eine Gegen-EMK erzeugt wird.
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Die Schutzsteuerschaltung, schaltet zumindest das Schaltelement ein, das den Low-Side-Zweig einer vorbestimmten Phase bildet, wenn die Gegen-EMK-Erfassungsschaltung die Gegen-EMK in einer der Phasen in einem Zustand einer Unterbrechung der elektrischen Verbindung durch die Leistungszufuhr-Ein/Aus-Schaltung erfasst, wobei die vorbestimmte Phase der Phase entspricht, in welcher die Gegen-EMK erfasst wird.
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KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Eigenschaften und Vorteile werden anhand der folgenden detaillierten Beschreibung mit Bezugnahme auf die zugehörigen Zeichnungen deutlicher ersichtlich. In den Zeichnungen zeigen:
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1 ein Schaltdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer ersten Ausführungsform;
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2 eine schematische Ansicht eines elektrischen Servolenkungssystem, bei welchem die Motorsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform enthalten ist;
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3 ein Flussdiagramm einer Steuerschaltungsschutzprozessverarbeitung, die durch die Motorsteuervorrichtung gemäß der ersten Ausführungsform durchgeführt wird;
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4 ein Schaltdiagramm einer Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform;
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5 ein Flussdiagramm einer Steuerschaltungsschutzprozessverarbeitung, die durch die Motorsteuervorrichtung gemäß der zweiten Ausführungsform durchgeführt wird; und
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6 ein Flussdiagramm bezüglich Ereignissen, welche bei einem Vergleichsbeispiel auftreten, wenn eine Gegen-Elektromotorische-Kraft erzeugt wird.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORM
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Eine Motorsteuervorrichtung wird mit Bezug auf die Ausführungsformen beschrieben, welche in einem Servolenkungssystem eines Fahrzeugs enthalten sind.
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(1. Ausführungsform)
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Mit Bezug auf 1 bis 3, die eine erste Ausführungsform darstellen, und insbesondere mit Bezug auf 2, ist ein elektrisches Leistungslenksystem bzw. Servolenkungssystem 1 konfiguriert, ein Lenk-Hilfsdrehmoment zu erzeugen bzw. vorzusehen, um eine Lenkwelle 92 eines Fahrzeugs zum Unterstützen eines Lenkdrehmoments eines Fahrers vorzusehen. Ein Drehmomentsensor 9 ist an der Lenkwelle 92 angebracht, welcher mit einem Lenkrad 91 gekoppelt ist, um das Lenkdrehmoment zu erfassen. Ein Ritzel 96 ist am oberen Ende der Lenkwelle 92 angebracht und steht mit einer Zahnstange 97 in Eingriff. Zwei Räder 98 des Fahrzeugs sind durch Spurstangen und dergleichen drehbar mit beiden Enden der Zahnstange 97 gekoppelt. Das Ritzel 96 wandelt eine Drehbewegung der Lenkwelle 92 in eine Linearbewegung der Zahnstange 97 um, so dass die zwei Räder 98 des Fahrzeugs um einen Winkel entsprechend des Betrags der Linearbewegung der Zahnstange 97 ausgelenkt werden.
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Das elektrische Servolenkungssystem 1 besteht aus einem Lenk-Hilfsmotor 80, einem Drehzahlreduzierungsgetriebe 95 und einer Motorsteuervorrichtung 101. Der Motor 80 erzeugt das Lenk-Hilfsmoment. Das Drehzahlreduzierungsgetriebe 95 ist eine Antriebskraftumwandlungsvorrichtung, welche die Drehausgabe des Motors 80 nach der Motordrehzahlreduzierung auf die Lenkwelle 92 überträgt. Die Motorsteuervorrichtung 101 steuert den Motor 80 bzw. treibt diesen an. Der Motor 80 ist ein bürstenloser Drehstrommotor.
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Wie in 1 dargestellt, enthält die Motorsteuervorrichtung 101 einen Zündschalter 30, eine Treibersteuerschaltung 40, eine Treiberschaltung 50 und eine Schutzsteuerschaltung 601. Die Motorsteuervorrichtung 101 steuert den Motor 80 durch Konvertieren einer elektrischen Leistung, die von einer DC-Batterie 20 zugeführt wird, die als DC-Leistungsquelle vorgesehen ist. Der Zündschalter 30 ist als Leistungszufuhr-Ein/Aus-Schaltung vorgesehen, um eine elektrische Verbindung zwischen der Batterie 20 und der Treiberschaltung 50 herzustellen. Er unterbricht beispielsweise die Leistungszufuhr, wenn er zum Parken des Fahrzeugs ausgeschalten wird. Die Treibersteuerschaltung 40 steuert die Inverterschaltung durch Steuern von Ein/Aus-Zuständen der Schaltelemente 51 bis 56 der Treiberschaltung 50, wenn der Zündschalter 30 im Ein-Zustand ist.
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Die Treiberschaltung 50 enthält insgesamt acht Schaltelemente 51 bis 58. Die sechs Schaltelemente 51 bis 56 bilden High-Side-Zweige und Low-Side-Zweige einer dreiphasigen Inverterschaltung. Zwei Schaltelemente 57 und 58 bilden ein Leistungszuführrelais. Die Schaltelemente 51 bis 58 sind beispielsweise MOSFETs, d. h., Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistoren.
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Die Schaltelemente 57 und 58 für das Leistungszufuhrrelais sind in einer Leistungszufuhrleitung Ls zwischen der Batterie 20 und der Inverterschaltung bezüglich parasitischer Dioden, die in umgekehrter Richtung angeordnet sind, in Reihe geschaltet.
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Die Schaltelemente 57 und 58 für das Leistungszufuhrrelais werden durch Steuersignale von der Treibersteuerschaltung 40 ausgeschaltet, um die Leistungszufuhr von der Batterie 20 zur Inverterschaltung in einem Fall zu unterbrechen, in welchem eines der Schaltelemente 51 bis 56 der High-Side-Zweige und der Low-Side-Zweige eine Fehlfunktion aufweist, während die Inverterschaltung zum Steuern bzw. Antreiben des Motors 80 in Betrieb ist. Die Schaltelemente 57 und 58 sind mit entsprechenden parasitischen Dioden verbunden, die in umgekehrter Richtung miteinander verbunden bzw. angeordnet sind. Somit fließt in einem Zustand, in welchem die Batterie 20 fehlerhaft verkehrt herum angeschlossen ist, kein Strom durch die parasitischen Dioden, wenn beide Schaltelemente 57 und 58 ausgeschaltet sind.
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Jedes Schaltelement 51, 52, 53 des High-Side-Zweigs ist mit der Leistungszufuhrleitung Ls an seinem Drain verbunden. Eine Source des Schaltelements 51, 52, 53 des High-Side-Zweigs ist mit einem Drain des Schaltelements 54, 55, 56 des Low-Side-Zweigs, der mit dem entsprechenden High-Side-Zweig verbunden ist, verbunden. Eine Source des Schaltelements 54, 55, 56 des Low-Side-Zweigs ist geerdet. Verbindungen bzw. Schnittpunkte zwischen den Schaltelementen 51, 52 und 53 des High-Side-Zweigs und der Schaltelemente 54, 55 und 56 der Low-Side-Zweige sind entsprechend mit Anschlüssen von Spulen 81, 82 und 83 des Motors 80 durch die Motorleistungsleitungen Lu, Lv und Lw verbunden. Gegen-Elektromotorische-Kraft(Gegen-EMK)-Erfassungsschaltungen 71, 72 und 73, welche Gegen-EMKs erfassen, die durch die Spulen 81, 82 und 83 erzeugt werden, sind entsprechend in den Motorleistungsleitungen Lu, Lv und Lw vorgesehen.
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Die Schaltelemente 51 bis 56 werden durch ein Schaltsignal, das von der Treibersteuerschaltung 40 zu ihrem Gate angelegt wird, ein- und ausgeschaltet, so dass die Leistungszufuhr zum Motor 80 umgeschaltet wird. Die Inverterschaltung steuert somit den Motor 80 durch Konvertieren der DC-Leistung der Batterie 20 in die dreiphasige AC-Leistung. Die Treibersteuerschaltung 40 schaltet alle Schaltelemente 51 bis 56 aus, wenn der Zündschalter 30 ausgeschaltet wird. Die Gates der Schaltelemente 54, 55 und 56 der Low-Side-Zweige werden spezifisch als entsprechende Tast-Gates 541, 551 und 561 angezeigt.
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Die Schutzsteuerschaltung 601 enthält für jede Phase Erfassungssignalleitungen 61, 62 und 63, Zenerdioden 64 als Schwellenspannungseinstellvorrichtungen, Masseschalter 66 als Verbindungsschalter und Widerstände 67. Die Erfassungssignalleitungen 61, 62, 63 verbinden das entsprechende Tast-Gate 541, 551, 561 und das entsprechende Gegen-EMK-Erfassungselement 71, 72, 73 jeder Phase. Die Zenerdiode 64 ist in jeder Erfassungssignalleitung 61, 62, 63 vorgesehen. Die Anode und die Kathode der Zenerdiode 64 ist mit dem Gate 541, 551, 561 und dem Gegen-EMK-Erfassungselement 71, 72, 73 verbunden.
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Die Masseschalter 66 sind zwischen den Gates 541, 551, 561 und der Masse jeweils durch Widerstände 67 verbunden. Der Masseschalter 66 wird auf verbindende Weise mit dem Zündschalter 30 ein- und ausgeschaltet. Der Masseschalter 66 wird ferner in einen Stromleitungszustand eingeschaltet und in einem Stromunterbrechungszustand ausgeschaltet, und zwar durch die Treibersteuerschaltung 40, wenn der Zündschalter 30, dargestellt in 1, in den Aus-Zustand geschaltet ist.
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Genauer gesagt, wenn sich die Inverterschaltung im Normalbetrieb befindet und der Zündschalter 30 eingeschaltet ist, befindet sich der Masseschalter 66 im Stromunterbrechungszustand und wirkt sich nicht auf den Normalsteuerbetrieb der Inverterschaltung aus. Wenn der Zündschalter 30 jedoch ausgeschaltet ist bzw. wird, wird der Masseschalter 66 in den Stromleitungs- bzw. -verbindungszustand geschaltet und die Motorsteuervorrichtung 101 wird wie nachfolgend beschrieben betätigt.
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Die Schutzsteuerschaltung 601 wird primär dann betrieben, wenn der Zündschalter 30 ausgeschaltet ist, um das Fahrzeug nach einer Fahrt z. B. zu parken. Wenn eine Spannung auf einer Seite des Gegen-EMK-Erfassungselements 71, 72, 73 niedriger als eine vorbestimmte Schwellenwertspannung Vt der Zenerdiode 64 ist, fließt von der Seite des Gegen-EMK-Erfassungselements 71, 72, 73 zur Seite des Gates 541, 551, 561 kein Strom. Wenn jedoch die Gegen-EMK im Motor 80 erzeugt wird und die Spannung auf der Seite des Gegen-EMK-Erfassungselements 71, 72, 73 die Schwellenwertspannung Vt der Zenerdiode 64 überschreitet, fließt Strom durch die Erfassungssignalleitung 61, 62, 63 auf die Seite des Gates 541, 551, 561.
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Somit wird ein Spannungssignal am Gate 541, 551, 561 angelegt und das Schaltelement 54, 55, 56 des Low-Side-Zweigs wird eingeschaltet. Ferner fließt Strom durch den Masseschalter 66 zur Masse, wobei sich der Masseschalter 66 im Ein-Zustand befindet. Somit kann verhindert werden, dass eine übermäßige Spannung, die höher als die Schwellenwertspannung Vt ist, am Gate 541, 551, 561 angelegt wird. Das heißt, der Widerstandswert des Widerstands 67 wird derart festgelegt, dass ein Spannungssignal einer geeigneten Größe am Gate 541, 551, 561 angelegt werden kann.
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Die Motorsteuervorrichtung 101 sieht die folgenden Betriebe und Vorteile bezüglich eines Vergleichsbeispiels vor.
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Das Vergleichsbeispiel ist konfiguriert, keine Schutzsteuerschaltung 601 gemäß der Konfiguration der ersten Ausführungsform, die in 1 dargestellt ist, aufzuweisen. Gleiche Teile wie in der ersten Ausführungsform werden mit gleichen Bezugszeichen versehen. Bei dem Vergleichsbeispiel wird davon ausgegangen, dass ein Motor durch eine externe Kraft gedreht wird und als Generator in einem Zustand arbeitet, in welchem eine Motorsteuervorrichtung nicht betätigt wird. Diese Annahme entspricht einem Fall, in welchem das Fahrzeug in einer Werkstatt oder bei einem Händler aufgebockt wird und ein Lenkrad bei einer Zündung im Aus-Zustand eingeschlagen wird.
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6 stellt eine entsprechende Abfolge von Vorgängen dar, welche gemäß dem vorstehend beschriebenen Vergleichsbeispiel auftreten, und zwar in Form eines Flussdiagramms. Das Flussdiagramm von 6 enthält keine Steuerprozessverarbeitung, welche die Motorsteuervorrichtung 101, insbesondere die Schutzsteuerschaltung 601, durchführt. Bezugszeichen S in 6 zeigt einen Zustand eines Vorgangs an. Bei 51 in 6 wird davon ausgegangen, dass der Zündschalter 30 ausgeschaltet ist. Anschließend wird der Motor 80 durch eine externe Kraft durch S13 gedreht, wobei die Gegen-EMK bei S14 erzeugt wird und die Gegen-EMK bei S18 auf die Schaltelemente der Treiberschaltung 50 aufgebracht wird. Da gegen die Gegen-EMK im Vergleichsbeispiel keine Schutzfunktion vorgesehen ist, ist es wahrscheinlich, dass das Schaltelement 58 des Leistungszuführrelais beispielsweise auf der Seite der Inverterschaltung und dergleichen fehlerhaft funktioniert oder zerstört wird.
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Die Motorsteuervorrichtung 101 gemäß der ersten Ausführungsform führt die Steuerschaltungsschutzprozessverarbeitung, dargestellt in 3, gemäß der vorstehend beschriebenen Konfiguration durch. In 3 wird nach S1 der Masseschalter 66 eingeschaltet (verbunden). S13 und S14 sind gleich dem Vergleichsbeispiel, das in 6 dargestellt ist. Wenn die Gegen-EMK durch eines der Gegen-EMK-Erfassungselemente 71, 72, 73 erfasst wird und die Schwellenwertspannung Vt bei S14 überschreitet, wird ein Spannungssignal am Gate 541, 551, 561 der Phase angelegt, in welcher die Gegen-EMK höher als die Schwellenwertspannung Vt ist, so dass die Zenerdiode 64 zerstört wird. Bei S15A wird das Schaltelement des Low-Side-Zweigs der Phase, in welcher die Gegen-EMK hoch ist, eingeschaltet. Bei S15A fließt der Strom durch das eingeschaltete Schaltelement unter den Schaltelementen 54, 55, 56 der Low-Side-Zweige zur Masse. Mit diesem Stromfluss fällt die Gegen-EMK und die Schaltelemente 51 bis 58 der Treiberschaltung 50 werden vor der übermäßigen Spannung bzw. Überspannung geschützt (S16A).
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Wenn die Gegen-EMK unter die Schwellenwertspannung Vt fällt, wird das eingeschaltete Schaltelement des Low-Side-Zweigs ausgeschaltet (S17). Falls die Gegen-EMK weiter hoch ist oder erneut ansteigt (S14), und dabei die Schwellenwertspannung Vt überschreitet, wird das Schaltelement des Low-Side-Zweigs erneut eingeschaltet (S15A). Somit wird die Steuerschaltungsschutzprozessverarbeitung einschließlich S15A und S17 wiederholt.
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(Zweite Ausführungsform)
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Eine Motorsteuervorrichtung gemäß einer zweiten Ausführungsform ist konfiguriert, wie in 4 und 5 dargestellt. Eine Motorsteuervorrichtung 102 gemäß der zweiten Ausführungsform unterscheidet sich von der ersten Ausführungsform in der Konfiguration der Schutzsteuerschaltungseinheit. In der nachfolgenden Beschreibung einer Ausführungsform wird eine gleiche Konfiguration wie bei der vorstehenden Ausführungsform mit den gleichen Bezugszeichen versehen, um die Beschreibung zu vereinfachen.
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Wie in 4 dargestellt, enthält eine Schutzsteuerschaltung 602 eine Signalverteilungsschaltung 65 zwischen der Signalerfassungsleitung 51, 52, 53 jeder Phase und der Anodenseite der Zenerdiode 64. Wenn die Gegen-EMK, die durch das Gegen-EMK-Erfassungselement 71, 72, 73 erfasst wird, die Schwellenwertspannung Vt in einer der Phasen überschreitet, wird das Spannungssignal durch die Signalverteilungsschaltung 65 am Gate 541, 551, 561 aller Phasen angelegt.
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Ferner, wie im Flussdiagramm von 5 dargestellt, führt die Motorsteuervorrichtung 102 im Steuerschaltungsschutzprozess S15B und S16B anstelle von S15A und S16A der ersten Ausführungsform durch. Das heißt, die Schaltelemente 541, 551, 561 der Low-Side-Zweige aller Phasen werden bei S15B und S16B eingeschaltet, selbst in einem Fall, in welchem die Gegen-EMK nur teilweise unter der Mehrzahl der Phasen hoch ist. Gemäß der zweiten Ausführungsform können die Schaltelemente 51 bis 58 in der Treiberschaltung 50 vor einer übermäßigen Spannung bzw. Überspannung durch Verringerung der Gegen-EMK, ähnlich wie bei der ersten Ausführungsform, geschützt werden.
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(Weitere Ausführungsformen)
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- (A) Die Brückenschaltung der Inverterschaltung ist nicht auf die dreiphasige Inverterschaltung beschränkt, sondern kann auch eine Halbbrückenschaltung sein, welche aus vier Schaltelementen besteht. Die Halbbrückenschaltung ist beispielsweise in einer Steuervorrichtung für einen Bürstenmotor enthalten. Die Inverterschaltung kann vier weitere Phasen aufweisen.
- (B) Die Schwellenwertspannungseinstellschaltung ist nicht auf die Zenerdiode beschränkt, sondern kann auch auf eine andere Weise vorgesehen werden.
- (C) Das Halbleiterschaltelement kann ein beliebiges Element sein, das nicht auf das MOSFET-Element beschränkt ist, solange es die parasitische Diode aufweist.
- (D) Die vorstehend beschriebene Motorsteuervorrichtung ist nicht auf den enthaltenen Lenkassistenzmotor des Servolenkungssystems beschränkt, sondern kann auch in anderen Motoren enthalten sein.
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Die Motorsteuervorrichtung kann außerdem in anderen Ausführungsformen ausgeführt werden.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Zitierte Patentliteratur
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- JP 2010-254128 A [0004]
- US 2010/0270958 A1 [0004]
