DE102014213872A1

DE102014213872A1 - Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug

Info

Publication number: DE102014213872A1
Application number: DE102014213872.8A
Authority: DE
Inventors: Ho Deuk Song; Choong Seob Park
Original assignee: Hyundai Motor Co; Kia Motors Corp
Current assignee: Hyundai Motor Co; Kia Corp
Priority date: 2014-03-03
Filing date: 2014-07-16
Publication date: 2015-09-03
Also published as: KR101551066B1; CN104901591B; US9391548B2; CN104901591A; US20150249407A1

Abstract

Eine Motor-Antriebseinrichtung für ein Fahrzeug beinhaltet eine Bürstenloser-DC-(BLDC-)Motor-Antriebseinrichtung für das Optimieren elektromagnetischer Kompatibilität (EMC). die Motorantriebseinrichtung beinhaltet: ein Motorsteuerglied, welche das Antreiben eines Motors in Antwort auf einen Betrieb eines Schaltelementes steuert; und einen Antriebshalbleiter, welcher einen Antriebsstrom des Motorsteuergliedes in Antwort auf einen vorher festgelegten Registerwert treibt, und ein elektromagnetische Kompatibilität-(EMC-)Abstimmen steuert, und zwar durch das Einstellen einer Schaltzeit des Schaltelements in Antwort auf einen Antriebsstrom, welcher in oder von dem Motorsteuerglied geladen oder entladen wird.

Description

HINTERGRUND DES STANDES DER TECHNIK
(a) Bereich der Erfindung
Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf eine Motorantriebseinrichtung für Fahrzeuge, und spezieller ausgedrückt auf eine Technologie einer Bürstenloser-DC- bzw. -Gleichstrom-(BLDC-)Motor-Antriebseinrichtung, welche konfiguriert ist, die elektromagnetische Kompatibilität bzw. Verträglichkeit (EMC) zu optimieren.
(b) Beschreibung des Standes der Technik
Im Allgemeinen beinhaltet ein BLDC-Motor keine Bürste, welche als ein Kommutator eines allgemeinen DC-Motors dient, und ist gestaltet, um die einzigartigen Charakteristika des DC-Motors ohne Veränderung beizubehalten. Der BLDC-Motor beinhaltet einen Rotor, einen Stator, welcher aus einer 3-Phasen-Spule (U-Phase-Spule, V-Phase-Spule und W-Phase-Spule) aufgebaut ist, einen Rotor, welcher aus einem Permanentmagnet aufgebaut ist, und einen Positionsdetektiersensor.
Der BLDC-Motor legt einen Strom an jeder Phase der Statorspule des 3-Phasen-BLDC-Motors an und erzeugt aufgrund des fließenden Stromes ein magnetisches Feld in der Spule, so dass der Rotor beginnt, sich zu drehen. In diesem Fall detektiert der BLCD-Motor die Größe eines magnetischen Feldes des Rotors und schaltet aufeinanderfolgend die schaltenden Elemente ein oder aus, um die Richtung eines Stromes zu schalten, welcher zu jeder Phase der Spule fließt, in Antwort auf die Intensität des detektierten Magnetfeldes, so dass der Rotor in eine Richtung kontinuierlich laufen kann.
Indessen zeigt die elektromagnetische Kompatibilität (EMC) an, dass eine gegenständliche Einrichtung durch elektromagnetische Wellen beeinträchtigt wird, welche von anderen Einrichtungen erzeugt sind. Wenn die gegenständliche Einrichtung durch die EMC beeinträchtigt wird, nimmt eine Fehlerrate eines Motors oder Steuergliedes der Einrichtung unvermeidlich zu.
Entsprechend werden bei einem herkömmlichen Motorantriebs-Halbleiter Widerstände und Kapazitäten, welche außerhalb des Halbleiters platziert sind, durch andere ersetzt, und eine Schaltzeit des schaltenden Elements, welches in einem Motorsteuerglied enthalten ist, wird justiert, um die EMC-Abstimmung durchzuführen. Im Speziellen werden passive Bauelemente (z. B. Widerstände, Kondensatoren, etc.), welche in dem Motor-Steuerglied enthalten sind, während des Entwicklungsprozesses durch andere Bauelemente ersetzt, und eine Abstimmung der elektromagnetischen Wellen wird durchgeführt.
Jedoch besteht bei der herkömmlichen Motorantriebseinrichtung die Schwierigkeit, um zwischen einer Anstiegszeit und einer Abfallzeit des Motorsteuerpulses zu unterscheiden, so dass es sehr schwierig für die herkömmliche Motorantriebseinrichtung ist, präzise abgestimmt zu werden. Zusätzlich wird die herkömmliche Motorantriebseinrichtung durch die Änderung einer externen Leistungsquelle beeinträchtigt, so dass es eine technische Begrenzung beim EMC-Abstimmen gibt.
ZUSAMMENFASSUNG
Verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung sind auf das Bereitstellen einer Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug gerichtet.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Steuern einer Schlupfrate bzw. -geschwindigkeit über ein Register, welches in einem Antriebshalbleiter enthalten ist, und das präzise Steuern eines konstanten Stromes durch das Klassifizieren des Lade-/Entladestrombetrages in viele Stufen.
Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung bezieht sich auf das Erleichtern des EMC-Abstimmens entsprechend zu einem Algorithmus der vorher festgelegten Software.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der Ausführungsform beinhaltet eine Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug: ein Motorsteuerglied, welches konfiguriert ist, das Antreiben eines Motors in Antwort auf eine Operation bzw. einen Betrieb eines Schaltelementes zu steuern; und einen Antriebshalbleiter, welcher konfiguriert ist, einen Antriebsstrom des Motorsteuergliedes in Antwort auf einen vorher festgelegten Registerwert zu steuern und die elektromagnetische Kompatibilität-(EMC-)Abstimmung zu steuern, und zwar durch das Justieren einer Schaltzeit des Schaltelementes, in Antwort auf einen Antriebsstrom, welcher in oder von dem Motorsteuerglied geladen oder entladen wird.
Es ist davon auszugehen, dass sowohl die vorhergegangene allgemeine Beschreibung als auch die folgende detaillierte Beschreibung der vorliegenden Erfindung beispielhaft und erklärend sind, und es beabsichtigt ist, eine weitere Erklärung der Erfindung, wie sie beansprucht ist, bereitzustellen.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Motorantriebseinrichtung eines Fahrzeugs entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches den Betrieb der Motorantriebseinrichtung darstellt, welche in 1 gezeigt ist.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend einer anderen Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches den Betrieb der Motorantriebseinrichtung darstellt, welche in 3 gezeigt ist.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Es wird nun im Detail Bezug auf die Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung genommen, deren Beispiele in den beigefügten Zeichnungen dargestellt sind. Wo immer es möglich ist, werden die gleichen Bezugsziffern über die Zeichnungen hinweg benutzt, um sich auf die gleichen oder ähnlichen Teile zu beziehen.
Es ist davon auszugehen, dass der Term „Fahrzeug” oder „fahrzeugartig” oder ein anderer ähnlicher Term, wie er hier benutzt wird, inklusive für Motorfahrzeuge im Allgemeinen ist, wie zum Beispiel für Personenautomobile, wobei Fahrzeuge für den Sportgebrauch (SUV), Omnibusse, Lastwagen, verschiedene kommerzielle Fahrzeuge, Wasserkraftfahrzeuge beinhaltet sind, wobei eine Vielzahl von Booten und Schiffen, Flugzeuge und ähnliches und wobei Hybridfahrzeuge, Elektrofahrzeuge, Verbrennungs-, elektrisch anschließbare Hybrid-Fahrzeuge, Wasserstoff betriebene Fahrzeuge und andere Fahrzeuge mit alternativen Kraftstoff (z. B. Kraftstoffen, welche von Ressourcen anders als Öl abgeleitet sind) beinhaltet sind. Wie hier Bezug genommen wird, ist ein Hybridfahrzeug ein Fahrzeug, welches zwei oder mehr Leistungsquellen besitzt, zum Beispiel sowohl benzingetriebene als auch elektrisch getriebene Fahrzeuge. Die hier benutzte Terminologie dient nur dem Zwecke des Beschreibens spezieller Ausführungsformen und soll nicht die Erfindung eingrenzen.
Wie sie hier benutzt werden, sollen die Singularformen „ein”, „eine”, „eines” und „der”, „die” „das” ebenso die Pluralformen einschließen, es sei denn, es wird im Kontext klar in anderer Weise angezeigt. Es ist ferner davon auszugehen, dass die Terme „weist auf” und/oder „aufweisend”, wenn sie in dieser Spezifikation benutzt werden, das Vorhandensein der aufgeführten Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente und/oder Komponenten spezifizieren, jedoch nicht das Vorhandensein oder das Hinzufügen eines oder mehrerer anderer Merkmale, Integer, Schritte, Operationen, Elemente, Komponenten und/oder Gruppen davon ausschließen. Wie es hier benutzt wird, beinhaltet der Term „und/oder” jegliche und alle Kombinationen eines oder mehrerer zusammenhängender, aufgelisteter Begriffe.
1 ist ein Blockdiagramm, welches eine Motorantriebseinrichtung eines Fahrzeugs entsprechend einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Mit Bezug auf 1 beinhaltet die Motorantriebseinrichtung einen Antriebshalbleiter 100 und ein Motorsteuerglied 200. Im Speziellen beinhaltet der Antriebshalbleiter 100 ein Register 110, eine Antriebseinheit 120 und Widerstände (R_ext, R_g). Die Antriebseinheit 120 beinhaltet einen Antriebswiderstand (R_hi). Zusätzlich beinhaltet das Motorsteuerglied 200 eine Vielzahl von Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds), eine Diode D1 und ein Schaltelement MT1.
Das Register 110 speichert Information bezüglich einer Schlupf rate, um eine Einschaltzeit der Antriebseinheit 120 zu steuern. Das Register 110 gibt ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signal für das Einstellen der Schlupfrate der Antriebseinheit 120 an die Antriebseinheit 120 aus. Eine Schaltzeit des Schaltelements MT1 wird in dem Antriebshalbleiter 100 in Antwort auf das PWM-Signal eingestellt, so dass ein EMC-Optimierungsabstimmen erleichtert wird.
Im Speziellen wird entsprechend der vorliegenden Erfindung ein Algorithmus für das Steuern der Schlupfrate vorzugsweise in dem Register 110 durch Software vorkonfiguriert. Entsprechend wird eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals in Antwort auf einen Wert konfiguriert, welcher in dem Register 110 konfiguriert ist.
Wenn zum Beispiel der Wert, welcher in dem Register 110 konfiguriert ist, auf einen ersten Wert eingestellt ist, wird eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals auf eine erste Verzögerungszeit eingestellt, so dass eine Einschaltzeit des Schaltelements MT1 auf eine erste Zeit eingestellt werden kann. Wenn der Wert, welcher in dem Register 110 konfiguriert ist, auf einen zweiten Wert eingestellt ist, wird eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals auf eine zweite Verzögerung eingestellt, welche länger als die erste Verzögerungszeit ist, so dass eine Einschaltzeit des Schaltelements MT1 auf eine zweite Zeit eingestellt werden kann, welche länger als eine erste Zeit ist.
Die Antriebseinheit 120 treibt den Lade-/Entladestrom, um den Motor in Antwort auf das PWM-Signal zu steuern, und gibt den angetriebenen Lade-/Entladestrom aus. Im Speziellen wandelt die Antriebseinheit 120 beim Empfangen des PWM-Signals den Lade-/Entladestrom in ein spezielles Signal, welches sowohl einen Spannungswert als auch einen Stromwert für das Antreiben des Schaltelements MT1 enthält.
Die Antriebseinheit 120 ist konfiguriert, um den Widerstand (R_hi) für das Treiben des Lade-/Entladestroms zu benutzen. Der Widerstand (R_hi) ist zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit 120 und einem Rück-Vorspannungsanschluss (V_bb) gekoppelt, so dass ein Strom (I_g), welcher in den Widerstand (R_ext) fließt, gesteuert wird. Zusätzlich kann die Schaltzeit des Schaltelements MT1 in Antwort auf einen Widerstandswert des Widerstands (R_hi) eingestellt werden.
Der Widerstand (R_ext) ist zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit 120 und einem Knoten G gekoppelt. In diesem Fall kann die Spannung, welche in den Knoten G fließt, durch eine Antriebsspannung (V_gs) bezeichnet werden. Zusätzlich ist der Widerstand (R_g) zwischen dem Knoten G und dem Motorsteuerglied 200 gekoppelt.
Zusätzlich steuert das Motorsteuerglied 200 den Antriebsstrom (I_ds), welcher in den Motor in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) fließt, welche durch den Widerstand (R_g) empfangen ist. Entsprechend treibt das Motorsteuerglied 200 den Motor in Antwort auf den Antriebsstrom (I_ds) in eine Richtung.
Die Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds) können den Ladebetrieb des Antriebsstroms (I_ds) steuern, welcher an den Motor in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) angelegt ist. In diesem Fall sind die Kondensatoren (C_gd, C_gs) in Reihen zwischen einem Knoten D und einem Knoten S gekoppelt. Der Kondensator (C_ds) ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt. Zusätzlich kann das Schaltelement MT1 für den Motorantrieb den Lade-/Entladebetrieb des Antriebsstromes (I_ds) in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) steuern.
Das Schaltelement MT1 ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt, und der Schaltzustand wird durch die Antriebsspannung (V_gs) gesteuert. In diesem Fall wird die Schaltzeit des Schaltelements MT1 durch den Ausgangsstrom (I_g) der Antriebseinheit 120, einem Wert des Widerstands (R_ext) und einem parasitären Kapazitätswert des Schaltelements MT1 gesteuert. Das Schaltelement MT1 entsprechend zu Ausführungsformen kann aus einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet sein.
Der MOSFET ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt, so dass der MOSFET eine Treiberspannung (V_gs) über einen Gate-Anschluss empfängt. Das Schaltelement MT1 entsprechend den Ausführungsformen kann aus einem MOSFET vom NMOS-Typ gebildet sein.
Zum Beispiel, wenn die Antriebsspannung (V_gs) eines logischen hohen Pegels an dem Schaltelement MT1 angelegt wird, wird das Schaltelement MT1 eingeschaltet, so dass der Antriebsstrom (I_ds) in dem Schaltelement MT1 durch den Knoten D und den Knoten S fließt. Im Gegensatz dazu, wenn die Treiberspannung (V_gs) eines logischen niedrigen Pegels an dem Schaltelement MT1 angelegt wird, wird das Schaltelement MT1 ausgeschaltet, so dass die Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds) mit dem Antriebsstrom (I_ds) geladen werden.
Eine Diode D1 ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt. Die Diode D1 ist in einer Vorwärtsrichtung zwischen dem Knoten S und dem Knoten D gekoppelt, so dass die Diode D1 einen Spannungspegel von Vds besitzt.
2 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches einen Betrieb der Motorantriebseinrichtung, welche in 1 gezeigt wird, entsprechend einer Ausführungsform darstellt. Der Betrieb der Motorantriebseinrichtung, welche in 1 gezeigt ist, wird hier nachfolgend mit Bezug auf 2 beschrieben.
Als Erstes, vor dem Erreichen der Periode T1, werden die Antriebsspannung (V_gs), der Strom (I_g) und der Antriebsstrom (I_ds) bei einem Niedrigpegelzustand aufrechterhalten. Die Spannung (V_ds) wird bei einem Hochpegelzustand aufrechterhalten.
Danach wird während der Periode T1 das PWM-Signal an dem Antriebshalbleiter 100 angelegt, der Strom (I_g) wird auf einen Hochpegel überführt, so dass die Antriebsspannung (V_gs) allmählich zunimmt. Der Strom (I_g) nimmt allmählich bis zum aktuellen Pegel des IgT2 oder höher zu und nimmt dann allmählich ab. Die Antriebsspannung (V_gs) nimmt um eine Schwellwertspannung (V_th) zu.
In diesem Fall wird der Strom (I_g) durch den Widerstand (R_hi) der Antriebseinheit 120 und die Widerstände (R_ext, R_g) begrenzt, so dass der Strom (I_g) daran gehindert wird, exzessiv zuzunehmen. In diesem Fall besitzt der Widerstand (R_ext) der Antriebseinheit 120 einen Widerstandswert, welcher höher als jene der Widerstände (R_ext, R_g) ist.
Darauf folgend wird während der Periode T2 ein Pegel des Stromes (I_g) auf den Pegel IgT2 oder geringer reduziert. Die Antriebsspannung (V_gs) nimmt auf einen Spannungspegel (V_pl) zu. Die Spannung (V_pl) kann einer Plateau-Spannung entsprechen, um die Antriebsspannung (V_gs) zu erhöhen.
Als ein Ergebnis wird das Schaltelement MT1 des Motorsteuergliedes 200 eingeschaltet. In diesem Fall, wenn die Antriebsspannung (V_gs) auf den Schwellwert (V_th) oder höher zunimmt, wird das Schaltelement MT1 eingeschaltet. Entsprechend nimmt während der Periode T2 ein Strompegel des Antriebsstromes (I_ds) allmählich zu, so dass der Kondensator (C_gs) mit dem Antriebsstrom (I_ds) geladen wird.
In diesem Fall wird die Schaltzeit des Schaltelementes MT1 mit einer Frequenz des PWM-Signals verbunden. Wenn die Schaltzeit allmählich zunimmt, werden harmonische Komponenten des PWM-Signals allmählich reduziert, was zu einer Reduktion der Frequenz führt. Aus dem Gesichtspunkt der elektromagnetischen Kompatibilität (EMC) ist die Flanke der Spannung (V_ds) für die Beziehung zwischen der Schaltzeit des Schaltelements MT1 und der EMC von Bedeutung.
Entsprechend kann die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung präzise die Frequenz und Schlupfrate des PWM-Signals in Antwort auf einen speziellen Wert steuern, welcher in dem Register 110 durch Software konfiguriert ist. Im Speziellen sind die Anstiegszeit und die Abfallzeit des Schaltelements MT1 voneinander entsprechend der Antriebsspannung (V_ds) unterschieden, so dass das EMC-Abstimmen erleichtert wird. Die Schaltzeit des Schaltelements MT1 wird durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt, zum Beispiel einen Widerstandswert des Widerstands (R_hi), eine Schwellwertspannung (V_th) des Schaltelements MT1, eine Plateau-Spannung (V_pl) und eine Versorgungsspannung.
Anschließend wird während der Periode T3 die Antriebsspannung (V_gs) bei einem vorher festgelegten Spannungs-(V_pl-)Pegel aufrechterhalten. Der Strom (I_g) wird auf einen vorher festgelegten Strompegel IgT2 oder geringer reduziert, so dass der Strom (I_g) bei dem Strompegel IgT3 aufrechterhalten wird. Als ein Ergebnis wird der Spannungspegel (V_ds) allmählich reduziert.
Wenn der Strom (I_g) durch den Widerstand (R_hi) begrenzt ist, wird die Flanke, die entlang der die Spannung (V_ds) reduziert wird, nicht durch die Versorgungsspannung beeinträchtigt. Der Antriebsstrom (I_ds) wird bei einem vorher festgelegten Strompegel aufrechterhalten. In diesem Fall wird der Kondensator (C_gd) mit dem Stromwert (I_g) geladen, bevor die Spannung (V_ds) auf null (0 V) reduziert wird.
Wie oben beschrieben, wird die Anstiegszeit, bevor das Schaltelement MT1 für einen logischen hohen Pegel freigegeben ist, mit der Dauer (T2 + T3) bezeichnet. Die Abfallzeit des Schaltelements MT1 kann auch durch die Dauer (T2 + T3) bezeichnet werden. Entsprechend kann die Schaltzeit des Schaltelements MT1 durch einen Widerstandswert des Widerstands (R_hi) eingestellt werden.
Darauf folgend nimmt während der Periode T4 der Antriebsspannungs-(V_gs-)Pegel allmählich bis zur Spannung (V_pl) oder höher zu, und der Strompegel (I_g) nimmt allmählich auf einen gewünschten Pegel (IgT3 oder geringer ab, so dass die Antriebsspannung (V_ds) zu einem Niedrigpegelzustand übergeführt wird und der Antriebsstrom (I_ds) bei einem Hochpegelzustand aufrechterhalten wird.
Wie oben beschrieben, klassifiziert die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Steuerperiode des Lade-/Entladestrombetrags in vier Stufen T1~T4 und steuert präziser den Lade-/Entladestrombetrag entsprechend zu den vier Stufen T1~T4, so dass das EMC-Abstimmen erleichtert wird. Zusätzlich kann die Motorantriebseinrichtung entsprechend den Ausführungsformen an einem Fahrzeug-Halbleiter, einem Hauptsteuerglied, einem BLDC-Motor-Antriebshalbleiter und Ähnlichem angewendet werden.
3 ist ein Blockdiagramm, welches eine Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend einer weiteren Ausführungsform der vorliegenden Erfindung darstellt.
Mit Bezug auf 3 beinhaltet die Motorantriebseirichtung für ein Fahrzeug einen Antriebshalbleiter 300 und ein Motorsteuerglied 400. In diesem Fall beinhaltet der Antriebshalbleiter 300 ein Register 310, eine Antriebseinheit 320 und Widerstände (R_ext, R_g). Die Antriebseinheit 320 beinhaltet eine Konstantstromquelle CC. Zusätzlich beinhaltet das Motorsteuerglied 400 eine Vielzahl von Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds), eine Diode D2 und ein Schaltelement MT2.
Das Register 310 speichert Information bezüglich einer Schlupfrate, um eine Einschaltzeit der Antriebseinheit 320 zu steuern. Das Register 310 gibt ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signal für das Einstellen der Schlupfrate der Antriebseinheit 320 an die Antriebseinheit 320 aus. Eine Schaltzeit des Schaltelements MT2 ist in dem Antriebshalbleiter 300 in Antwort auf das PWM-Signal eingestellt, so dass das EMC-Optimierungsabstimmen erleichtert wird.
Im Speziellen, entsprechend der vorliegenden Erfindung, ist ein Algorithmus in dem Register 310 durch Software vorkonfiguriert, um vorzugsweise die Schlupfrate zu steuern. Entsprechend wird eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals konfiguriert, und zwar in Antwort auf einen Wert, welcher in dem Register 310 konfiguriert ist.
Zum Beispiel wird, wenn der Wert, welcher in dem Register 110 konfiguriert ist, auf einen ersten wert eingestellt ist, eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals auf eine erste Verzögerungszeit eingestellt, so dass eine Einschaltzeit des Schaltelements MT2 auf eine erste Zeit eingestellt werden kann. Wenn der Wert, welcher in dem Register 310 konfiguriert ist, auf einen zweiten Wert eingestellt wird, wird eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals auf eine zweite Verzögerungszeit eingestellt, welche länger als die erste Verzögerungszeit ist, so dass eine Einschaltzeit des Schaltelements MT2 auf eine zweite Zeit länger als eine erste Zeit eingestellt werden kann.
Die Antriebseinheit 320 treibt den Lade-/Entladestrom, um den Motor in Antwort auf das PWM-Signal zu steuern, und gibt den gesteuerten Lade-/Entladestrom aus. Im Speziellen wandelt beim Empfang des PWM-Signals die Antriebseinheit 320 den Lade-/Entladestrom in ein spezielles Signal, welches sowohl einen Spannungswert als auch einen Stromwert für das Treiben des Schaltelements MT2 enthält.
Die Antriebseinheit 320 ist konfiguriert, die Konstantstromquelle CC zu benutzen, um den Lade-/Entladestrom zu treiben. Die Konstantstromquelle CC ist zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit 320 und einem Erdspannungsanschluss gekoppelt, so dass ein Strom (I_g), welcher in den Widertand (R_ext) fließt, gesteuert wird. In diesem Fall kann der Strom (I_g) einem programmierbaren Strom entsprechen, um das Motorsteuerglied 400 zu treiben. Zusätzlich kann die Schaltzeit des Schaltelements MT2 in Antwort auf den Strompegel (I_g) eingestellt werden, welcher sich mit einem Stromwert der Konstantstromquelle CC ändert.
Der Widerstand (R_ext) ist zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit 320 und einem Knoten G gekoppelt. Wenn das Ausgangssignal der Antriebseinheit 320 auf einem logischen hohen Pegel ist, wird der Strom durch den Widerstand (R_ext), welcher in den Knoten G fließt, begrenzt. In diesem Fall kann die Spannung, welche im Knoten G auftritt, durch eine Antriebsspannung (V_gs) bezeichnet werden. Zusätzlich ist der Widerstand (R_g) zwischen dem Knoten G und dem Motorsteuerglied 300 gekoppelt.
Zusätzlich steuert das Motorsteuerglied 300 den Antriebsstrom (I_ds), welcher in dem Motor in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) fließt, welche durch den Widerstand (R_g) empfangen ist.
Entsprechend treibt das Motorsteuerglied 300 den Motor in eine Richtung in Antwort auf den Antriebsstrom (I_ds).
Die Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds) können den Ladebetrieb des Antriebsstromes (I_ds), welcher in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) angelegt ist, steuern. In diesem Fall sind die Kondensatoren (C_gd, C_gs) in Reihen zwischen einem Knoten D und einem Knoten S gekoppelt. Der Kondensator (C_ds) ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt. Zusätzlich kann das Schaltelement MT2 für das Motorantreiben den Lade-/Entladebetrieb des Antriebsstromes (I_ds) in Antwort auf die Antriebsspannung (V_gs) steuern.
Das Schaltelement MT2 ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt, und der Schaltzustand wird durch die Antriebsspannung (V_gs) gesteuert. In diesem Fall wird die Schaltzeit des Schaltelementes MT2 durch den Ausgangsstrom (I_g) der Antriebseinheit 320, einen Wert des Widerstands (R_ext) und einen parasitären Kapazitätswert des Schaltelements MT2 gesteuert. Das Schaltelement MT2 entsprechend den Ausführungsformen kann aus einem Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) gebildet sein.
Der MOSFET ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt, so dass der MOSFET eine Antriebsspannung (V_gs) über einen Gate-Anschluss empfängt. Das Schaltelement MT2 entsprechend den Ausführungsformen kann als ein MOSFET vom NMOS-Typ gebildet sein.
Zum Beispiel, wenn die Antriebsspannung (V_gs) eines logischen Hochpegels an dem Schaltelement MT2 angelegt ist, wird das Schaltelement MT2 eingeschaltet, so dass der Antriebsstrom (I_ds) in das Schaltelement MT2 durch den Knoten D und den Knoten S fließt. Im Gegensatz dazu, wenn die Antriebsspannung (V_gs) eines logischen Niedrigpegels an dem Schaltelement MT2 angelegt ist, wird das Schaltelement MT2 ausgeschaltet, so dass die Kondensatoren (C_gd, C_gs, C_ds) mit dem Antriebsstrom (I_ds) geladen werden.
Die Diode D2 ist zwischen dem Knoten D und dem Knoten S gekoppelt. Die Diode D2 ist in einer Vorwärtsrichtung zwischen dem Knoten S und dem Knoten D gekoppelt, so dass die Diode D2 einen Spannungspegel von Vds besitzt.
4 ist ein Zeitablaufdiagramm, welches einen Betrieb der Motorantriebseinrichtung, welche in 3 gezeigt ist, entsprechend einer anderen Ausführungsform zeigt. Der Betrieb der Motorantriebseinrichtung, welche in 3 gezeigt ist, wird hier nachfolgend mit Bezug auf 4 beschrieben.
Als Erstes werden vor dem Erreichen der Periode T1 die Antriebsspannung (V_gs), der Strom (I_g) und der Antriebsstrom (I_ds) bei einem Niedrigpegel-Zustand aufrechterhalten. Die Spannung (V_ds) wird bei einem Hochpegelzustand aufrechterhalten.
Danach wird während der Periode T1 das PWM-Signal an dem Antriebshalbleiter 300 angelegt, der Strom (I_g) wird auf einen logischen Hochpegel übergeführt, so dass die Antriebsspannung (V_gs) allmählich zunimmt. Der Strompegel (I_g) nimmt allmählich auf den Strompegel des IgT3 oder höher zu und wird dann bei der Periode T aufrechterhalten. In diesem Fall kann der Strompegel (I_g) bei einem vorher festgelegten Pegel aufrechterhalten werden, ohne eine abrupte Zunehmperiode zu erzeugen, in welcher der Strompegel (I_g) abrupt aufgrund des Vorhandenseins eines konstanten Stromes der Konstantstromquelle CC zunimmt. Die Antriebsspannung (V_gs) nimmt um eine Schwellwertspannung (V_th) zu.
In diesem Fall ist der Strom (I_g) durch die Konstantstromquelle CC und die Widerstände (R_hi, R_g) begrenzt, so dass der Strom (I_g) daran gehindert wird, exzessiv zuzunehmen. In diesem Fall besitzt der Widerstand (R_ext) der Antriebseinheit 320 einen Widerstandswert, welcher höher als der des Widerstands (R_g) ist.
Darauf folgend, während der Periode T2, wird der Strompegel (I_g) bei dem Pegel IgT3 aufrechterhalten. Die Antriebsspannung (V_gs) nimmt bis zu dem Spannungspegel (V_pl) zu. Die Spannung (V_pl) kann einer Plateau-Spannung entsprechen, um die Antriebsspannung (V_gs) zu erhöhen.
Als ein Ergebnis wird das Schaltelement MT2 des Motorsteuergliedes 300 eingeschaltet. In diesem Fall, wenn die Antriebsspannung (V_gs) bis hinauf zu der Schwellwertspannung (V_th) oder höher zunimmt, wird das Schaltelement MT2 eingeschaltet. Entsprechend nimmt während der Periode T2 ein Strompegel des Antriebsstromes (I_ds) allmählich zu, so dass der Kondensator (C_gs) mit dem Antriebsstrom (I_ds) geladen wird.
In diesem Fall wird die Schaltzeit des Schaltelementes MT2 mit einer Frequenz des PWM-Signals verbunden. Wenn die Schaltzeit allmählich zunimmt, werden die harmonischen Komponenten des PWM-Signals allmählich reduziert, was zu einer Reduktion der Frequenz führt. Aus dem Gesichtspunkt der elektromagnetischen Kompatibilität (EMC) ist die Flanke der Spannung (V_ds) für die Beziehung zwischen der Schaltzeit des Schaltelements MT2 und der EMC wichtig.
Entsprechend kann die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend einer anderen Ausführungsform präzise die Frequenz und die Schlupfrate des PWM-Signals in Antwort auf einen speziellen Wert steuern, welcher in dem Register 310 durch Software konfiguriert ist. Im Speziellen werden die Anstiegszeit und die Abstiegszeit des Schaltelements MT2 voneinander entsprechend der Antriebsspannung (V_ds) unterschieden, so dass das EMC-Abstimmen erleichtert wird. Die Schaltzeit des Schaltelements MT2 wird durch verschiedene Faktoren beeinträchtigt, zum Beispiel einen Stromwert der Konstantstromquelle CC, einen Schwellwert (V_th) des Schaltelements MT2, eine Plateau-Spannung (V_pl) und eine Versorgungsspannung.
Darauf folgend wird während der Periode T3 die Antriebsspannung (V_gs) bei einem vorher festgelegten Spannungs-(V_pl-)Pegel aufrechterhalten. Der Strom (I_g) wird bei einem vorher festgelegten Strompegel IgT3 ohne Änderung aufrechterhalten. Als ein Ergebnis wird der Spannungspegel (V_ds) allmählich reduziert.
Wenn der Strom (I_g) durch die Konstantstromquelle CC begrenzt wird, wird die Flanke, entlang welcher die Spannung (V_ds) reduziert wird, nicht durch die Versorgungsspannung beeinträchtigt. Der Antriebsstrom (I_ds) wird bei einem vorher festgelegten Strompegel aufrechterhalten. In diesem Fall wird der Kondensator (C_gd) mit dem Stromwert (I_g) geladen, bevor die Spannung (V_ds) auf null (0 V) reduziert wird.
Wie oben beschrieben, wird die Anstiegszeit, bevor das Schaltelement MT2 für einen logischen hohen Pegel freigegeben wird, mit der Dauer (T2 + T3) bezeichnet. Die Abfallzeit des Schaltelements MT2 kann auch durch die Dauer (T2 + T3) bezeichnet werden. Entsprechend kann die Schaltzeit des Schaltelements MT2 durch einen Stromwert der Konstantstromquelle CC eingestellt werden.
Darauf folgend nimmt während der Periode T4 der Antriebsspannungs-(V_gs-)Pegel allmählich bis zu der Spannung (V_pl) oder höher zu, und der Strompegel (I_g) nimmt allmählich auf einen gewünschten IgT3 oder weniger ab, so dass die Antriebsspannung (V_ds) zu einem logischen Niedrigpegelzustand übergeführt wird und der Antriebsstrom (I_ds) bei einem Hochpegelzustand aufrechterhalten wird.
Wie oben beschrieben, klassifiziert die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung eine Steuerperiode des Lade-/Entladestrombetrages in vier Stufen T1~T4 und, präziser ausgedrückt, sie steuert den Lade-/Entladestrombetrag entsprechend zu den vier Stufen T1~T4, so dass die EMC-Abstimmung erleichtert wird.
Wie aus der obigen Beschreibung ersichtlich wird, besitzt die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung die folgenden Effekte.
Erstens wird die Schaltzeit jedes MOS-Transistors, welcher in einem externen Motorsteuerglied eines Antriebshalbleiters der Motorantriebseinrichtung enthalten ist, identifiziert, so dass die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug präziser gesteuert werden kann.
Zweitens ist es möglich, das EMC-Abstimmen entsprechend einem vorher festgelegten Software-Algorithmus ebenso wie zu externen Elementen durchzuführen, so dass die Entwicklungsperiode reduziert werden kann und eine Ziel-Leistungsfähigkeit der elektromagnetischen Wellen leicht erreicht werden kann.
Drittens kann die Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug entsprechend der vorliegenden Erfindung das Motorsteuerglied über ein Konstantstrom-Steuerschema für den Gebrauch in dem Antriebshalbleiter treiben, unabhängig von einer Änderung der externen Leistungsquelle.
Obwohl die bevorzugten Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung für erläuternde Zwecke offenbart worden sind, werden Fachleute würdigen, dass verschiedene Modifikationen, Hinzufügungen und Ersetzungen möglich sind, ohne vom Umfang und Geist der Erfindung abzuweichen, wie er in den angehängten Ansprüche offenbart ist.
Bezugszeichenliste

300: Antriebshalbleiter
400: Motorsteuerglied
310: Register
320: Antriebseinheit
CC: Konstantstromquelle
D2: Diode
MT2: Schaltelement

Claims

Motorantriebseinrichtung für ein Fahrzeug, welche aufweist: ein Motorsteuerglied, welches konfiguriert ist, das Antreiben eines Motors in Antwort auf den Betrieb eines Schaltelementes zu steuern; und einen Antriebshalbleiter, welcher konfiguriert ist, einen Antriebsstrom des Motorsteuergliedes in Antwort auf einen vorher festgelegten Registerwert zu steuern, und das elektromagnetische Kompatibilität-(EMC-)Abstimmen durch das Einstellen einer Schaltzeit des Schaltelements in Antwort auf einen Antriebsstrom, welcher in oder von dem Motorsteuerglied geladen oder entladen wird, zu steuern.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei der Antriebshalbleiter beinhaltet: ein Register, welches konfiguriert ist, ein Pulsbreitenmodulations-(PWM-)Signal auszugeben, um eine Schlupfarte in Antwort auf den vorher festgelegten Registerwert einzustellen; und eine Antriebseinheit, welche konfiguriert ist, einen Strom für das Steuern des Motorsteuergliedes in Antwort auf das PWM-Signal zu treiben.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei: eine Hochpegel-Freigabeperiode des PWM-Signals in Antwort auf einen Wert konfiguriert wird, welcher in dem Register hergestellt ist, um so eine Einschaltzeit des Schaltelements zu steuern.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit einen ersten Widerstand für das Steuern des Stromes beinhaltet.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 4 wobei der erste Widerstand zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit und einem Rück-Vorspannungsanschluss gekoppelt ist, um so einen Antriebsstrom des Schaltelements einzustellen.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei der Antriebshalbleiter beinhaltet: einen zweiten Widerstand, welcher zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit und einem ersten Knoten gekoppelt ist; und einen dritten Widerstand, welcher zwischen dem ersten Knoten und dem Motorsteuerglied gekoppelt ist.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 2, wobei die Antriebseinheit eine Konstantstromquelle beinhaltet, um den Strom zu steuern.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 7, wobei die Konstantstromquelle zwischen einem Ausgangsanschluss der Antriebseinheit und einem Erdspannungsanschluss gekoppelt ist, um so einen Antriebsstrom des Schaltelements einzustellen.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 7, wobei der Strom, welcher von der Antriebseinheit erzeugt ist, konstant durch die Konstantstromquelle gesteuert wird, bevor das Schaltelement eingeschaltet wird.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei das Motorsteuerglied beinhaltet: erste und zweite Kondensatoren, welche zwischen einem zweiten Knoten und einem dritten Knoten gekoppelt sind, um so einen Ladebetrieb des Antriebsstromes in Antwort auf eine Antriebsspannung des Antriebshalbleiters zu steuern; einen dritten Kondensator, welcher parallel zu den ersten und zweiten Kondensatoren an einer Position zwischen dem zweiten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelt ist; und das Schaltelement, welches zwischen dem zweiten Knoten und dem dritten Knoten gekoppelt ist, in einer derartigen Weise, dass ein Schaltbetrieb des Schaltelements durch ein Ausgangssignal des Antriebshalbleiters gesteuert wird.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 10, wobei das Schaltelement einen Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (MOSFET) beinhaltet.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 10, welche ferner aufweist: eine Diode, welche parallel zu dem Schaltelement gekoppelt ist.
Motorantriebseinrichtung nach Anspruch 1, wobei: das Schaltelement des Motorsteuergliedes eingeschaltet wird, wenn eine logische Hochpegel-Antriebsspannung des Antriebshalbleiters an dem Motorsteuerglied angelegt ist, so dass ein Antriebsstrom in dem Motorsteuerglied fließt; und das Schaltelement des Motorsteuergliedes ausgeschaltet wird, wenn eine logische Niedrigpegel-Antriebsspannung an dem Motorsteuerglied angelegt ist, so dass das Motorsteuerglied mit dem Antriebsstrom geladen wird.