DE10255832A1 - Method for measuring the three phase winding curents in a brushless electric motor, comprises reading voltage drop on conducting lower switching element or alternatively on the other similar elements - Google Patents
Method for measuring the three phase winding curents in a brushless electric motor, comprises reading voltage drop on conducting lower switching element or alternatively on the other similar elementsInfo
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Abstract
Description
Die Erfindung bezieht sich im allgemeinen auf ein bürstenloses 3-Phasen-Motorsystem, welches einen bürstenlosen 3-Phasen-Motor und einen Controller davon enthält, und insbesondere auf eine in dem Motorcontroller verwendete Technik zum Messen der Wicklungsströme, welche durch die 3-Phasen-Wicklungen des Motors fließen. The invention relates generally to brushless 3-phase motor system, which one brushless 3-phase motor and a controller of which contains and especially one in the motor controller technology used to measure the winding currents caused by the 3-phase windings of the motor flow.
Als einfache und wenig aufwendige Technik zum Messen von Strömen eines 3-Phasen-Inverters, welcher einen bürstenlosen 3-Phasen-Motor ansteuert, ist das Widerstandsspannungsabfallerfassungsverfahren in der Technik gut bekannt. Bei diesem Verfahren wird ein Strom auf der Grundlage des Spannungsabfalls über einen Wicklungsstrommeßwiderstand gemessen, welcher zwischen dem unteren Schaltelement und der negativen Spannungsversorgungsleitung in jedem der drei Brückenarme eines 3-Phasen-Inverters eingesetzt ist. As a simple and inexpensive technique for measuring currents of a 3-phase inverter, which one Controls brushless 3-phase motor, that's it Resistance voltage drop detection method is good in the art known. In this process, a current is applied to the Basis of the voltage drop across a Winding current measuring resistance measured, which between the lower Switching element and the negative voltage supply line in each of the three bridge arms of a 3-phase inverter is used.
Wenn jedoch bei diesem Verfahren der Tastgrad eines unteren Schaltelements kleiner als ein bestimmter kleiner Wert wie 30% ist, was bedeutet, daß der Tastgrad des Gegenstücks, des oberen Schalterelements, größer als 70% ist, kann der untere Schalter wiederum infolge einer Unschärfe der Wellenform der Gatespannung lediglich unzureichend eingeschaltet werden. Dadurch wird eine genaue Stromerfassung zunichte gemacht. Zur Bewältigung dieser Schwierigkeit werden üblicherweise aufwendige Hall-Bauelemente verwendet. If, however, the duty cycle of a lower switching element smaller than a certain smaller Value is like 30%, which means that the duty cycle of the Counterpart, the upper switch element, greater than 70% the lower switch can in turn be the result of a Blurring of the gate voltage waveform only are switched on insufficiently. This will give an accurate Current detection destroyed. To deal with this Difficulty is usually elaborate Hall components used.
Es wird ein auf einer Widerstandsspannungsabfallserfassung basierendes Verfahren zum genauen Messen der Wicklungsströme unabhängig von den Tastgraden der drei Phasen benötigt. It will be one on one Resistance voltage drop detection based method for accurate measurement of Winding currents regardless of the duty cycle of the three Phases needed.
Es wird ein Controller eines bürstenlosen 3-Phasen- Motors benötigt, welcher mit einem auf einer Widerstandsspannungsabfallserfassung basierenden System zum genauen Messen der Wicklungsströme unabhängig von den Tastgraden der drei Phasen versehen ist. It becomes a controller of a brushless 3-phase Motors needed, which with one on one Resistance voltage drop detection based system for accurate Measuring the winding currents regardless of the duty cycle which has three phases.
Es wird ein bürstenloses 3-Phasen-Motorsystem benötigt, welches unter der Pulsbreitenmodulationssteuerung (PWM-Steuerung) auf der Grundlage eines auf einer Widerstandsspannungsabfallerfassung basierenden Verfahrens zum genauen Messen der Wicklungsströme unabhängig von den Tastgraden der drei Phasen arbeitet. It becomes a brushless 3-phase motor system needed, which under the pulse width modulation control (PWM control) based on one on one Resistance voltage drop detection based method for accurate measurement of the winding currents regardless of the Grades of the three phases work.
Entsprechend einem Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren zum Messen von Strömen, welche durch 3-Phasen-Wicklungen fließen, mit einer erhöhten Genauigkeit in einem Motorsystem bereitgestellt. Das Motorsystem enthält einen bürstenlosen 3-Phasen-Motor und einen Controller zum Steuern des Motors. Der Controller enthält einen 3-Phasen-Inverter, welcher 3-Phasen-Arme aufweist. Jeder Arm enthält einen oberen Schalter, einen unteren Schalter und einen Widerstand, welche in Reihe in der dargelegten Reihenfolge verbunden sind. Der Controller liest Spannungsabfälle über den Widerständen, welche mit unteren Schaltern im eingeschalteten Zustand verbunden sind, in einer Periode, wenn wenigstens zwei der unteren Schalter eingeschaltet sind; und, wenn ein richtiger Stromwert nicht von einem der unteren Schalter erlangt wird, berechnet einen Strom, welcher durch den einen der unteren Schalter fließt, aus den gelesenen Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit den unteren Schaltern verbunden sind, außer dem einen der unteren Schalter. According to one aspect of the present Invention becomes a method of measuring currents which flow through 3-phase windings, with an increased Accuracy provided in an engine system. The Motor system includes a brushless 3-phase motor and a controller to control the motor. The controller contains a 3-phase inverter, which 3-phase arms having. Each arm contains an upper switch, one lower switch and a resistor, which in series in in the order presented. The Controller reads voltage drops across the resistors, which with lower switches when switched on are connected in a period when at least two of the lower switches are turned on; and if a correct current value not from one of the lower switches is obtained, calculates a current through the one of the lower switches flows, from the read ones Voltage drops across the resistors, which with the lower switches are connected, except for one of the lower ones Switch.
Entsprechend einem anderen Gesichtspunkt der vorliegenden Erfindung wird ein Controller zum Steuern eines bürstenlosen 3-Phasen-Motors bereitgestellt. Der Controller enthält einen Inverter, welcher veranlaßt, daß die Ströme durch die 3-Phasen-Wicklungen des Motors fließen, wobei der Inverter drei Arme aufweist, welche jeweils einen oberen Schalter, einen unteren Schalter und einen Widerstand besitzen, die in Reihe in der dargelegten Reihenfolge verbunden sind; eine Einrichtung zum Lesen von Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit den unteren Schaltern im eingeschalteten Zustand verbunden sind, in einer Periode, wenn wenigstens zwei der unteren Schalter eingeschaltet sind; und eine Einrichtung, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß ein richtiger Stromwert nicht von einem der unteren Schalter erlangt wird, einen Strom, welcher durch den einen der unteren Schalter fließt, aus den gelesenen Spannungsabfällen über den Widerständen berechnet, welche mit den unteren Schaltern verbunden sind, außer dem einen der unteren Schalter. According to another aspect of present invention is a controller for controlling a brushless 3-phase motor provided. The Controller contains an inverter, which causes the Currents flow through the 3-phase windings of the motor, the inverter having three arms, each of which an upper switch, a lower switch and one Possess resistance that is set out in series in the Order are connected; a facility for reading Voltage drops across the resistors, which with the lower switches connected when switched on are in a period when at least two of the lower ones Switches are turned on; and a facility which in response to a provision that a correct current value not from one of the lower switches is obtained, a current which flows through one of the lower switch flows, from the read Voltage drops across the resistors calculated with the lower switches are connected, except for one of the lower switch.
Weitere Aufgaben und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung wie in der zugehörigen Zeichnung veranschaulicht ersichtlich, wobei: Other tasks and advantages of the present Invention will be apparent from the following description of the preferred embodiments of the invention as in the associated drawing illustrates clearly, where:
Fig. 1 ein schematisches Diagramm zeigt, welches eine Anordnung eines bürstenlosen 3-Phasen-Motorsystems darstellt, auf welches die Erfindung angewandt wird; Fig. 1 is a schematic diagram showing an arrangement of a brushless 3-phase motor system to which the invention is applied;
Fig. 2 ein Zeitablaufsdiagramm zeigt, welches beispielhafte Wellenformen von PWM-Steuersignalen darstellt, die auf die Gateanschlüsse von sechs Schalterelementen 311 bis 316 des in Fig. 1 dargestellten Inverters 31 angelegt werden; FIG. 2 shows a timing diagram illustrating exemplary waveforms of PWM control signals applied to the gates of six switch elements 311 through 316 of the inverter 31 shown in FIG. 1;
Fig. 3 ein Diagramm zeigt, welches darstellt, wie Ströme Iu, Iv und Iw durch den Inverter 31 und die Wicklungen 11 bis 13 während einer Periode T1 oder T7 wie in Fig. 2 dargestellt fließen; FIG. 3 is a diagram showing how currents Iu, Iv and Iw flow through the inverter 31 and the windings 11 to 13 during a period T1 or T7 as shown in FIG. 2;
Fig. 4 ein Diagramm zeigt, welches darstellt, wie Ströme Iu, Iv und Iw durch den Inverter 31 und die Wicklungen 11 bis 13 während einer Periode T2 oder T6 wie in Fig. 2 dargestellt fließen; Fig. 4 is a diagram showing how currents Iu, Iv and Iw flow through the inverter 31 and the windings 11 to 13 during a period T2 or T6 as shown in Fig. 2;
Fig. 5 ein Flußdiagramm zeigt, welches eine Strommeßoperation darstellt, welche von dem Controller 40 entsprechend einer ersten illustrativen Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird; Fig. 5 is a flow diagram illustrating a Strommeßoperation which is executed by the controller 40 in accordance with a first illustrative embodiment of the invention;
Fig. 6 ein Flußdiagramm zeigt, welches eine Strommeßoperation darstellt, welche von dem Controller 60 entsprechend einer zweiten illustrativen Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird; und Fig. 6 shows a flowchart illustrating a Strommeßoperation which is executed by the controller 60 according to a second illustrative embodiment of the invention; and
Fig. 7 einen Graphen zeigt, welcher darstellt, wie die Tastgrade der oberen Schalter 311, 313 und 315 für die drei Phasen sich während einer Rotationsperiode des Motors 1 ändern. FIG. 7 is a graph showing how the duty cycles of the upper switches 311 , 313 and 315 for the three phases change during a rotation period of the motor 1 .
Über die Zeichnung werden dieselben Elemente, wenn sie in mehr als einer Figur dargestellt sind, mit denselben Bezugszeichen bezeichnet. The same elements are above the drawing, though they are shown in more than one figure, with the same reference numerals.
Fig. 1 zeigt ein schematisches Diagramm, welches eine Anordnung eines bürstenlosen 3-Phasen-Motorsystems der Erfindung darstellt. Entsprechend Fig. 1 enthält das bürstenlose 3-Phasen-Motorsystem 10 einen bürstenlosen 3- Phasen-Motor 1 und eine Motorcontrollereinheit 3 zum Steuern des Motors 1. Der Motor 1 enthält drei (U, V und W in diesem spezifischen Beispiel) Phasen-Wicklungen 11, 12 und 13 und einen Rotorpositions- oder Winkelsensor 2. Die Motorcontrollereinheit 3 enthält einen Controller 40 zum Empfangen der Rotorposition von dem Winkelsensor 2, der Spannungsabfallwerte Vu, Vv und Vw proportional zu den Wicklungsströmen Iu, Iv und Iw und des Drehmomentbefehls, welcher von außen gegeben wird, und zum Bereitstellen von drei Paaren von PWM-Steuersignalen; und einen Inverter oder eine Motoransteuerung 31, welche 3-Phasen- Ansteuerungsströme den U-, V- und W-Wicklungen auf der Grundlage der drei Paare von PWM-Steuersignalen zuführt. Fig. 1 shows a schematic diagram illustrating an arrangement of a brushless 3-phase motor system of the invention. According to Fig. 1 contains the brushless 3-phase motor system 10 includes a brushless 3-phase motor 1 and a motor controller unit 3 for controlling the engine 1. Motor 1 includes three (U, V and W in this specific example) phase windings 11 , 12 and 13 and a rotor position or angle sensor 2 . The motor controller unit 3 includes a controller 40 for receiving the rotor position from the angle sensor 2 , the voltage drop values Vu, Vv and Vw proportional to the winding currents Iu, Iv and Iw and the torque command given from the outside and for providing three pairs of PWM -Steuersignalen; and an inverter or motor driver 31 which supplies 3-phase drive currents to the U, V and W windings based on the three pairs of PWM control signals.
Der Controller 40 enthält vorzugsweise eine nicht dargestellte zentrale Verarbeitungseinheit (CPU), einen nicht dargestellten Speicher mit Direktzugriff (RAM), einen Festwertspeicher (ROM) 42 zum Speichern verschiedener Programme, die für den Betrieb einschließlich eines erfinderischen Wicklungsstrommeßprogramms (wird später beschrieben) benötigt wird, und verschiedene Schnittstellenschaltungen. Controller 40 preferably includes a central processing unit (CPU), not shown, a random access memory (RAM), not shown, a read only memory (ROM) 42 for storing various programs required for operation including an inventive winding current measurement program (described later) , and various interface circuits.
Die Motoransteuerung 31 ist eine 3-Phasen-Inverterschaltung, welche drei Brückenarme für die drei Phasen enthält. Ein U-Phasen-Brückenarm enthält einen oberen Leistungsschalter 311, einen unteren Leistungsschalter 312 und einen Wicklungsstrommeßwiderstand 317, welche in Reihe angeschlossen sind, und der Knoten zwischen den Leistungsschaltern 311 und 312 ist mit der U-Wicklung 11 verbunden. Ein V-Phasen-Brückenarm enthält einen oberen Leistungsschalter 313, einen unteren Leistungsschalter 314 und einen Wicklungsstrommeßwiderstand 318, welche in Reihe angeschlossen sind, und der Knoten zwischen den Leistungsschaltern 313 und 314 ist mit der V-Wicklung 12 verbunden. Ein W-Phasen-Brückenarm enthält einen oberen Leistungsschalter 315, einen unteren Leistungsschalter 316 und einen Wicklungsstrommeßwiderstand 319, welche in Reihe angeschlossen sind, und der Knoten zwischen den Leistungsschaltern 315 und 316 ist mit der W-Wicklung 13 verbunden. Jeder der Leistungsschalter 311 bis 316 enthält einen Leistungs-MOSFET (Metalloxidhalbleiterfeldeffekttransistor) und eine Freilaufdiode (D), welche antiparallel zu dem Leistungs-FET angeschlossen ist. Das obere Schalterende jedes Brückenarms ist mit einer positiven Leitung LH einer nicht dargestellten Batteriespannungsquelle verbunden, und der Widerstand jedes Brückenarms ist mit einer negativen Leitung LL der nicht dargestellten Batteriespannungsquelle verbunden, welche eine Batteriespannung durch eine nicht dargestellte Glättungsschaltung und die positive LH und negative LL Leitung zuführt. The motor driver 31 is a 3-phase inverter circuit which contains three bridge arms for the three phases. A U-phase bridge arm includes an upper circuit breaker 311 , a lower circuit breaker 312, and a winding current sense resistor 317 connected in series, and the node between the circuit breakers 311 and 312 is connected to the U winding 11 . A V-phase bridge arm includes an upper circuit breaker 313 , a lower circuit breaker 314, and a winding current sense resistor 318 connected in series, and the node between the circuit breakers 313 and 314 is connected to the V winding 12 . A W-phase bridge arm includes an upper power switch 315 , a lower power switch 316 and a winding current sense resistor 319 connected in series, and the node between the power switches 315 and 316 is connected to the W winding 13 . Each of the power switches 311 to 316 contains a power MOSFET (metal oxide semiconductor field effect transistor) and a free-wheeling diode (D) which is connected in anti-parallel to the power FET. The upper switch end of each bridge arm is connected to a positive line LH of a battery voltage source, not shown, and the resistance of each bridge arm is connected to a negative line LL of the battery voltage source, not shown, which supplies a battery voltage through a smoothing circuit, not shown, and the positive LH and negative LL lines supplies.
Der Motorcontroller 40 führt eine PWM-Steuerung des bürstenlosen 3-Phasen-Motors 1 auf der Grundlage der durch die Wicklungsstrommeßwiderstände 317 bis 319 erfaßten 3-Phasen-Ströme Iu, Iv und Iw, eines von dem Winkelsensor 2 ausgegebenen Rotorpositionssignals und des von außen eingegebenen Dremomentbefehls durch. Mit Ausnahme des oben erwähnten in dem ROM 42 gespeicherten Wicklungsstrommeßprogramms sind die Anordnung des bürstenlosen 3- Phasen-Motorsystems 10 und die PWM wohlbekannt und werden dementsprechend nicht weiter erläutert. The motor controller 40 performs PWM control of the brushless 3-phase motor 1 on the basis of the 3-phase currents Iu, Iv and Iw detected by the winding current measuring resistors 317 to 319 , a rotor position signal output by the angle sensor 2 , and the input from the outside Torque command. Except for the above-mentioned winding current measurement program stored in the ROM 42 , the arrangement of the 3-phase brushless motor system 10 and the PWM are well known and accordingly will not be explained further.
Fig. 2 zeigt ein Zeitablaufsdiagramm, welches beispielhafte Wellenformen von PWM-Steuerspannungen VUU, VUL, VVU, VVL, VWU und VWL zeigt, welche der Controller 40 den Gateanschlüssen der jeweiligen Schalterelemente 311 bis 316 des Inverters 31 während einer Rotationsperiode zuführt. Ein Paar von oberen und unteren Signalen der U-Phase VUU bzw. VUL werden en bloc als "Signal VU" bezeichnet; ein Paar von oberen und unteren Signalen VVU bzw. VVL der V-Phase wird als "Signal VV" bezeichnet; und ein Paar von oberen und unteren Signalen VWU bzw. VWL der W-Phase wird als "Signal VW" bezeichnet. Entsprechend Fig. 2 betragen die Tastgrade der Signale VU, VV und VW 80%, 40% bzw. 20%. Der Tastgrad irgendeines der 3-Phasen- PWM-Steuersignale VU, VV und VW von 100% führt dazu, daß der Wicklungsstrom der Phase zu einem positiven maximalen Wert wird; der Tastgrad von irgendeinem Phasen-PWM-Steuersignal von 50% führt dazu, daß der Wicklungsstrom der Phase zu Null wird; und der Tastgrad von irgendeinem Phasen-PWM-Steuersignal von 0% führt dazu, daß der Wicklungsstrom der Phase zu einem negativen maximalen Wert wird. Da die Trägerfrequenz bei der PWM-Steuerung in diesem Beispiel 20 kHz beträgt, beträgt ein PWM-Zyklus T 50 µs. Die Tastgrade von jedem PWM-Signal werden derart gesteuert, daß der Takt jedes PWM-Signals sich gleich entlang der Zeitachse von der Mitte jedes PWM-Zyklus aus wie in Fig. 2 dargestellt erstreckt. FIG. 2 shows a timing diagram which shows exemplary waveforms of PWM control voltages VU U , VU L , VV U , VV L , VW U and VW L , which the controller 40 the gate connections of the respective switch elements 311 to 316 of the inverter 31 during a Period of rotation. A pair of upper and lower signals of the U-phase VU U and VU L are referred to en bloc as "signal VU"; a pair of upper and lower signals VV U and VV L of the V phase is referred to as "signal VV"; and a pair of upper and lower signals VW U and VW L of the W phase is referred to as "signal VW". According to FIG. 2 are the duty cycles of the signals VU, VV and VW 80%, 40% and 20%. The duty cycle of any of the 3-phase PWM control signals VU, VV and VW of 100% causes the winding current of the phase to become a positive maximum value; the duty cycle of any phase PWM control signal of 50% causes the phase winding current to become zero; and the duty cycle of any phase PWM control signal of 0% causes the winding current of the phase to become a negative maximum value. Since the carrier frequency in the PWM control is 20 kHz in this example, a PWM cycle T is 50 μs. The duty cycles of each PWM signal are controlled so that the clock of each PWM signal extends along the time axis from the center of each PWM cycle as shown in FIG. 2.
Entsprechend Fig. 2 ist jeder der PWM-Zyklen in sieben Perioden T1 bis T7 unterteilt. Während der Perioden T1 und T7 sind alle oberen Schalter 311, 313 und 315 ausgeschaltet; und alle unteren Schalter 312, 314 und 316 sind eingeschaltet. Während der Perioden T2 und T6 sind der obere Schalter 311 der U-Phase und die unteren Schalter 314 und 316 der V- bzw. W-Phase eingeschaltet; und es sind der untere Schalter 312 der U-Phase, die oberen Schalter 313 und 315 der V- bzw. W-Phase ausgeschaltet. Während der Perioden T3 und T5 sind die oberen Schalter 311 und 313 der U- bzw. V-Phase und der untere Schalter 316 der W-Phase eingeschaltet; und die unteren Schalter 312 und 314 der U- bzw. V-Phase und der obere Schalter 315 der W-Phase sind ausgeschaltet. Während der Periode T4 sind alle oberen Schalter 311, 313 und 315 eingeschaltet; und alle unteren Schalter 312, 314 und 316 sind ausgeschaltet. Es wird festgestellt, daß die Kombination von zwei unteren Schaltern, welche während der Periode T2 und T6 eingeschaltet sind (oder eines unteren Schalters, welcher während der Periode ausgeschaltet ist) sich dann wieder ändert, wenn der elektrische Winkel sich ändert; und daß sich die Kombination von zwei oberen Schaltern, welche während der Periode T3 und T5 eingeschaltet sind (oder eines unteren Schalters, welcher während der Periode eingeschaltet ist) sich wiederum ändert, wenn sich der elektrische Winkel ändert. Accordingly, Fig. 2 is divided, each of the PWM cycles in seven periods T1 to T7. During periods T1 and T7, all upper switches 311 , 313 and 315 are off; and all lower switches 312 , 314 and 316 are on. During periods T2 and T6, upper switch 311 of the U phase and lower switches 314 and 316 of V and W phases are on; and the lower switches 312 of the U phase, the upper switches 313 and 315 of the V and W phases are switched off. During periods T3 and T5, upper switches 311 and 313 of the U and V phases and lower switches 316 of the W phase are switched on; and the lower switches 312 and 314 of the U and V phases and the upper switch 315 of the W phase are switched off. During period T4, all upper switches 311 , 313 and 315 are on; and all lower switches 312 , 314 and 316 are turned off. It is noted that the combination of two lower switches that are on during period T2 and T6 (or one lower switch that is off during the period) changes again when the electrical angle changes; and that the combination of two upper switches that are on during period T3 and T5 (or a lower switch that is on during the period) in turn changes as the electrical angle changes.
Der Controller 40 tastet ab und hält die Spannungsabfälle über den Meßwiderständen 317 bis 319 bei einem Abtastzyklus, der kürzer als jede Periode ist, und führt eine Analog/Digital-Umwandlung der erlangten Wicklungsströme in Digitalstromwerte durch. Da wie aus Fig. 2 ersichtlich zwei oder mehrere untere Schalter während der Perioden T3 bis T5 ausgeschaltet sind, wird die Wicklungsstrommessung vorzugsweise während einer der Perioden T1, T2, T6 und T7 durchgeführt. Controller 40 samples and holds the voltage drops across sense resistors 317 through 319 at a sampling cycle that is shorter than each period and performs analog-to-digital conversion of the winding currents obtained into digital current values. Since two or more lower switches are switched off during the periods T3 to T5, as can be seen from FIG. 2, the winding current measurement is preferably carried out during one of the periods T1, T2, T6 and T7.
Fig. 3 zeigt ein Diagramm, welches darstellt, wie Ströme Iu, Iv und Iw durch den Inverter 31 und die Wicklungen 11 bis 13 während einer Periode T1 oder T7 fließen. Fig. 4 zeigt ein Diagramm, welches darstellt, wie Ströme Iu, Iv und Iw durch den Inverter 31 und die Wicklungen 11 bis 13 während einer Periode T2 oder T6 fließen. In diesen Figuren zeigen fettgedruckte Linien die Strompfade an. FIG. 3 shows a diagram illustrating how currents Iu, Iv and Iw flow through the inverter 31 and the windings 11 to 13 during a period T1 or T7. Fig. 4 is a diagram showing how currents Iu, Iv and Iw flow through the inverter 31 and the windings 11 to 13 during a period T2 or T6. In these figures, bold lines indicate the current paths.
Wenn entsprechend Fig. 3 die Größe und die Richtung
von jedem der U-, V- und W-Phasen-Ströme, bezüglich denen
angenommen wird, daß sie in die durch Pfeile dargestellte
Richtung fließen, durch Stromvektoren Iu, Iv und Iw
ausgedrückt werden, ist die Summe der Stromvektoren gleich
0. D. h., es gilt
Iu + Iv + Iw = 0 (1)
If the size and the direction of each of the U-, V- and W-phase currents, with respect to which it is assumed that they flow in the direction shown by arrows, can be expressed by current vectors Iu, Iv and Iw corresponding to FIG. 3, the sum of the current vectors is 0. That is, it applies
Iu + Iv + Iw = 0 (1)
Wenn entsprechend Fig. 4 die Größe und die Richtung
von jedem der U-, V- und W-Phasen-Ströme, bezüglich denen
angenommen wird, daß sie in die durch Pfeile dargestellte
Richtung fließen, durch Stromvektoren Iu, Iv und Iw
ausgedrückt werden, dann ist die Summe der Stromvektoren der
Ströme, welche durch die im eingeschalteten Zustand
befindlichen unteren Schalter fließen, gleich dem
Stromvektor des Stroms, welcher durch einen im eingeschalteten
Zustand befindlichen oberen Schalter fließt. Unter der
Annahme, daß der obere Schalter 311 der U-Phase
eingeschaltet ist, gilt:
Iu = Iv + Iw (2)
If the size and the direction of each of the U-, V- and W-phase currents, with respect to which it is assumed that they flow in the direction indicated by arrows shown in FIG. 4 can be expressed by current vectors Iu, Iv and Iw, then the sum of the current vectors of the currents which flow through the lower switch which is in the on state is equal to the current vector of the current which flows through an upper switch which is in the on state. Assuming that the upper switch 311 of the U phase is switched on, the following applies:
Iu = Iv + Iw (2)
Die vorliegende Erfindung basiert auf diesen Prinzipien. The present invention is based on these Principles.
Fig. 5 zeigt ein Flußdiagramm, welches eine Strommeßoperation darstellt, die in der Periode T1 oder T4 von dem Controller 40 unter der Steuerung des in dem ROM 42 gespeicherten Wicklungstrommeßprogramms entsprechend einer ersten illustrativen Ausführungsform der Erfindung ausgeführt wird. Bezüglich dieser Ausführungsform wird angenommen, daß die Wicklungsstrommessung unter einem vorbestimmten Zeitablauf in einem Rotationszyklus durchgeführt wird: d. h. in der Periode T1 oder T7. Entsprechend Fig. 5 liest der Controller 40 die Spannungsabfallwerte von den Meßwiderständen, die mit den im eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schaltern verbunden sind, unter dem vorbestimmten Zeitablauf in einem Schritt 100. Der Controller 40 speichert die gelesenen Spannungsabfallwerte oder die entsprechenden Stromwerte in einem vorbestimmten Speicherort in einem Schritt 102. Der Controller 40 führt in einem Schritt 106 einen Test durch, um zu sehen, ob ein unterer Schalter vorhanden ist, dessen Tastgrad kleiner als ein vorbestimmter Wert ist. (Ein unterer Schalter, dessen Tastgrad kleiner als der vorbestimmte Wert ist, wird als "unterer Schalter eines unzureichenden Tastgrads" bezeichnet.) Wenn dem nicht so ist, was bedeutet, daß keine Notwendigkeit einer erfinderischen Technik besteht, wird die Operation beendet. Wenn das Testergebnis in dem Schritt 106 JA ist, berechnet der Controller 40 die Summe von Stromwerten der anderen unteren Schalter außer dem unteren Schalter des kleineren Tastgrads und speichert die im Vorzeichen umgekehrte Version der Summe anstelle des gespeicherten Stromwerts für die kleinere Tastgradphase in einem Schritt 108. Fig. 5 is a flowchart illustrating a Strommeßoperation that is executed in the period T1 or T4 by the controller 40 under the control of the data stored in the ROM 42 Wicklungstrommeßprogramms according to a first illustrative embodiment of the invention. Regarding this embodiment, it is assumed that the winding current measurement is performed at a predetermined timing in one rotation cycle: that is, in the period T1 or T7. According to FIG. 5, the controller 40 reads the voltage drop values from the measuring resistors, which are connected to the lower switches which are in the switched-on state, at a predetermined time in a step 100 . The controller 40 stores the read voltage drop values or the corresponding current values in a predetermined storage location in a step 102 . The controller 40 performs a test in step 106 to see if there is a lower switch whose duty cycle is less than a predetermined value. (A lower switch whose duty cycle is less than the predetermined value is referred to as an "insufficient switch duty cycle switch.") If not, which means that there is no need for an inventive technique, the operation is ended. If the test result in step 106 is YES, controller 40 calculates the sum of current values of the other lower switches other than the lower switch of the lower duty cycle and stores the signed version of the sum instead of the stored current value for the lower duty cycle phase in step 108 ,
Entsprechend der ersten Ausführungsform ist eine genaue Wicklungsstrommessung unter Verwendung des Ausdrucks (1) in der Periode T1 oder T7 möglich. According to the first embodiment, accurate winding current measurement is possible using the expression ( 1 ) in the period T1 or T7.
Bei der Wicklungsstrommessung wird ein Spannungsabfallabtasten für jeden von mehreren PWM-Zyklen durchgeführt. Das erste Spannungsabfallabtasten wird in der Periode T1 oder T7 durchgeführt. Fig. 6 zeigt ein Flußdiagramm, welches eine von dem Controller 40 entsprechend einer zweiten illustrativen Ausführungsform der Erfindung ausgeführte Strommeßoperation darstellt. Entsprechend Fig. 6 liest der Controller 40 zuerst die Tastgrade der unteren Schalter 317, 318 und 319 in der Periode T1 oder T7 in einem Schritt 200. Der Controller 40 führt einen Test in einem Schritt 202 durch, um zu sehen, ob es einen unteren Schalter mit einem unzureichenden Tastgrad (oder eine Phase mit unzureichender Tastung) gibt. Wenn dem nicht so ist, was bedeutet, daß keine Notwendigkeit einer speziellen Technik besteht, liest der Controller die Spannungsabfallwerte in der Periode T1 oder T7 und wandelt sie in Stromwerte in einem Schritt 204 um. Wenn das Testergebnis in dem Schritt 202 JA ist, begibt sich die Steuerung zu einem Schritt 208. In winding current measurement, voltage drop sensing is performed for each of several PWM cycles. The first voltage drop sampling is performed in period T1 or T7. FIG. 6 is a flowchart illustrating a current measurement operation performed by controller 40 in accordance with a second illustrative embodiment of the invention. According to FIG. 6, the controller reads out the duty cycles of the 40 lower switches 317, 318 and 319 in the period T1 or T7 in a step 200. Controller 40 performs a test in step 202 to see if there is a bottom switch with an insufficient duty cycle (or a phase with insufficient duty cycle). If not, which means that there is no need for a special technique, the controller reads the voltage drop values in period T1 or T7 and converts them to current values in a step 204 . If the test result in step 202 is YES, control goes to step 208 .
In dem Schritt 208 werden Stromwerte (d. h. Spannungsabfallwerte über den Meßwiderständen) der in dem eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schalter in der Periode T2 oder T6 gelesen. Danach wird in einem Schritt 210 die Summe der gelesenen Stromwerte zur Verwendung als der Wicklungsstromwert der Phase mit unzureichender Tastung berechnet und die ausgelesenen Stromwerte und die Summe gespeichert. In step 208 , current values (ie voltage drop values across the measuring resistors) of the lower switches which are in the switched-on state are read in the period T2 or T6. Then in a step 210 the sum of the read current values for use as the winding current value of the phase with insufficient keying is calculated and the read current values and the sum are stored.
Fig. 7 zeigt einen Graphen, welcher darstellt, wie sich die Tastgrade der oberen Schalter 311, 313 und 315 für die drei Phasen während einer Rotationsperiode des Motors 1 ändern. Diese Kurven sind für den Fall einer großen Tastgradoperation, bei welcher die Wicklungsstrommessung für eine Phase mit unzureichender Tastung bei der Erfindung erzielt wird. Insbesondere wird der Wicklungsstrom der U-Phase aus den Wicklungsströmen der V- und der W-Phase in der Periode Tx berechnet; es wird der Wicklungsstrom der V-Phase aus den Wicklungsströmen der W- und U-Phase in der Periode Ty berechnet; und es wird der Wicklungsstrom der W-Phase aus den Wicklungsströmen der U- und V-Phase in der Periode T2 berechnet. FIG. 7 is a graph showing how the duty cycles of the upper switches 311 , 313 and 315 change for the three phases during a rotation period of the motor 1 . These curves are for the case of a large duty cycle operation in which the winding current measurement for a phase with insufficient duty cycle is achieved in the invention. In particular, the winding current of the U phase is calculated from the winding currents of the V and W phases in the period Tx; the winding current of the V phase is calculated from the winding currents of the W and U phases in the period Ty; and the winding current of the W phase is calculated from the winding currents of the U and V phases in the period T2.
Wie oben beschrieben ermöglicht die Erfindung eine genaue Wicklungsstrommessung ohne irgendeine Beeinflussung der Größe des Tastgrads. As described above, the invention enables one accurate winding current measurement without any Influencing the size of the duty cycle.
Es können viele unterschiedliche Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung ohne vom Rahmen der vorliegenden Erfindung abzuweichen konstruiert werden. Es versteht sich, daß die vorliegende Erfindung nicht auf die in der Beschreibung beschriebenen spezifischen Ausführungsformen außer wie in den zugehörigen Ansprüchen definiert beschränkt ist. There can be many different embodiments the present invention without departing from the scope of to deviate from the present invention. It understands that the present invention is not limited to that in the Description of specific embodiments described except as defined in the accompanying claims is limited.
Claims (7)
Lesen von Spannungsabfällen über den Widerständen, die mit im eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schaltern verbunden sind, in einer Periode, wenn wenigstens zwei der unteren Schalter eingeschaltet sind; und
wenn ein richtiger Stromwert nicht von einem der unteren Schalter erlangt wird, Berechnen eines Stroms, welcher durch den einen der unteren Schalter fließt, aus den gelesenen Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit den unteren Schaltern verbunden sind, außer dem des einen der unteren Schalter. 1. A method of measuring currents flowing through 3-phase windings with increased accuracy in a motor system having a brushless 3-phase motor and a controller for controlling the motor, the controller having a 3-phase Includes inverter having 3-phase arms, each arm having an upper switch, a lower switch and a resistor, which are connected in series in the order shown, with the steps:
Reading voltage drops across the resistors associated with lower switches in the on state in a period when at least two of the lower switches are on; and
if a correct current value is not obtained from one of the lower switches, calculate a current flowing through the one of the lower switches from the voltage drops read across the resistors connected to the lower switches except that of the one of the lower switches.
einem Inverter, welcher Ströme dazu veranlaßt, durch 3-Phasen-Wicklungen des Motors zu fließen, wobei der Inverter drei Arme aufweist und jeder Arm einen oberen Schalter, einen unteren Schalter und einen Widerstand aufweist, die in Reihe in der dargelegten Reihenfolge verbunden sind;
einer Einrichtung zum Lesen von Spannungsabfällen über den Widerständen, die mit in einem eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schaltern verbunden sind, in einer Periode, wenn wenigstens zwei der unteren Schalter eingeschaltet sind; und
einer Einrichtung, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß ein richtiger Stromwert nicht von einem der unteren Schalter erlangt worden ist, einen Strom, welcher durch den einen der unteren Schalter fließt, aus den gelesenen Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit den unteren Schaltern verbunden sind, außer dem des einen der unteren Schalter berechnet. 2. Controller for controlling a brushless 3-phase motor with:
an inverter that causes currents to flow through 3-phase windings of the motor, the inverter having three arms and each arm having an upper switch, a lower switch and a resistor connected in series in the order presented;
means for reading voltage drops across the resistors connected to lower switches in an on state in a period when at least two of the lower switches are on; and
means responsive to a determination that a proper current value has not been obtained from one of the lower switches, a current flowing through one of the lower switches from the read voltage drops across the resistors associated with the lower switches are connected, except that of one of the lower switches.
die Einrichtung zum Lesen von Spannungsabfällen eine Einrichtung zum Lesen der Spannungsabfälle in einer Periode aufweist, wenn alle unteren Schalter eingeschaltet sind; und
die Einrichtung, welche einen Stromfluß durch den einen der unteren Schalter berechnet, eine Einrichtung aufweist, welche eine Summe der gelesenen Spannungsabfälle berechnet und eine im Vorzeichen umgekehrte Version der Summe als den Strom ansieht, welcher durch den einen der unteren Schalter fließt. 3. Controller according to claim 2, characterized in that a duty cycle of one of the lower switches is below a predetermined value, and
the means for reading voltage drops comprises means for reading the voltage drops in a period when all the lower switches are turned on; and
the device which calculates a current flow through one of the lower switches has a device which calculates a sum of the voltage drops read and regards a signed version of the sum as the current flowing through the one of the lower switches.
eine Einrichtung zum Bestimmen, ob ein Tastgrad einer von drei Phasen unter einem vorbestimmten Wert liegt; und
eine Einrichtung, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß ein Tastgrad einer der drei Phasen unter dem vorbestimmten Wert liegt, einen Strom für die eine der drei Phasen aus den Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit in einem eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schaltern verbunden sind, für Phasen außer der einen der drei Phasen berechnet. 4. Controller according to claim 2, characterized by:
means for determining whether a duty cycle of one of three phases is below a predetermined value; and
means responsive to a determination that a duty cycle of one of the three phases is below the predetermined value, a current for one of the three phases from the voltage drops across the resistors connected to lower switches which are in an on state , calculated for phases other than one of the three phases.
eine Einrichtung, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß die zweite Periode in dem Rotationszyklus vorhanden ist, Spannungsabfälle über den Widerständen, welche mit in einem eingeschalteten Zustand befindlichen unteren Schaltern verbunden sind, in der zweiten Periode liest; und
eine Einrichtung aufweist, welche eine Summe der gelesenen Spannungsabfälle berechnet und eine im Vorzeichen umgekehrte Version der Summe als einen Strom ansieht, welcher durch den einen unteren Schalter fließt. 5. Controller according to claim 4, characterized by a device for determining whether there is a second period in a rotation cycle when only one of the lower switches is switched off and a duty cycle of the only one lower switch is below the predetermined value, the device which calculates a current for one of the three phases:
means which, in response to a determination that the second period is in the rotation cycle, reads voltage drops across the resistors associated with lower switches in an on state in the second period; and
has a device which calculates a sum of the voltage drops read and regards a signed version of the sum as a current which flows through the one lower switch.
eine Einrichtung, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß alle Tastgrade der drei Phasen über dem vorbestimmten Wert liegen, für die drei Phasen jeweils Ströme aus den Spannungsabfällen über den jeweiligen Widerständen berechnet. 6. Controller according to claim 4, further characterized by:
means which, in response to a determination that all duty cycles of the three phases are above the predetermined value, each calculate currents for the three phases from the voltage drops across the respective resistors.
einem bürstenlosen 3-Phasen-Motor; und
einer Steuereinrichtung, welche den bürstenlosen 3- Phasen-Motor auf der Grundlage einer Pulsbreitenmodulation steuert, wobei die Steuereinrichtung:
einen Inverter, welcher Ströme dazu veranlaßt, durch 3-Phasen-Wicklungen des Motors zu fließen, wobei der Inverter drei Arme aufweist und jeder Arm einen oberen Schalter, einen unteren Schalter und einen Widerstand aufweist, welche in Reihe in der dargelegten Reihenfolge verbunden sind;
eine Einrichtung, welche Spannungsabfälle über den Widerständen, welche mit in einem eingeschalteten Zustand befindlichen Schaltern verbunden sind, in einer Periode liest, wenn wenigstens zwei der unteren Schalter eingeschaltet sind; und
eine Einrichtung aufweist, welche im Ansprechen auf eine Bestimmung dahingehend, daß ein richtiger Stromwert nicht von den unteren Schaltern erlangt worden ist, einen Strom berechnet, welcher durch den einen der unteren Schalter aus den gelesenen Spannungsabfällen über den Widerständen, welche mit den unteren Schaltern verbunden sind, außer dem des einen der unteren Schalter berechnet. 7. Motor system with:
a brushless 3-phase motor; and
a control device which controls the brushless 3-phase motor on the basis of pulse width modulation, the control device:
an inverter that causes currents to flow through 3-phase windings of the motor, the inverter having three arms and each arm having an upper switch, a lower switch and a resistor connected in series in the order presented;
means for reading voltage drops across the resistors associated with switches in an on state in a period when at least two of the lower switches are on; and
means having responsive to a determination that a correct current value has not been obtained from the lower switches, calculates a current which is passed through the one of the lower switches from the read voltage drops across the resistors connected to the lower switches are calculated, except that of one of the lower switches.
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