JP2007060894A - 過電流保護回路からのブラシレスｄｃモータ平均電流を感知するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 過電流保護回路からの平均モータ電流を感知する方法及び装置を提供する。
【解決手段】 瞬時ｄｃリンク過電流保護に使用される増幅器及びフィルタ段の出力から直接的にモータ平均電流を測定するのを許す方法及び装置。従って、モータ平均電流及び瞬時ｄｃリンク過電流保護の両方を与えるのに、１つの増幅器及びフィルタ段のみで充分である。本発明は、ｄｃリンク電流から直接的にモータ平均電流を導出するのに通常使用される増幅器及びフィルタ段の抑制を許す。
【選択図】 図２

Description

関連出願の相互参照

[0001]本出願は、参考としてここに援用する２００５年８月１０に出願された米国仮出願第６０／７０６，９６２号（ＩＲ−３０４６ＰＲＯＶ）をベースとするもので、その優先権を請求する。

[0002]本出願は、参考としてここに援用する２００５年８月１０日に出願された米国仮出願第６０／７０６，９５６号（ＩＲ−３０４７ＰＲＯＶ）、並びにそれと同日に出願されたそれに対応する米国非仮出願ＩＲ−３０４７（２−５４５４）に関連している。

発明の分野

[0003]本発明は、ブラシレスＤＣモータの平均電流を感知する方法及び装置に関し、より詳細には、過電流保護回路からの平均モータ電流を感知する方法及び装置に関する。

関連技術

[0004]ブラシレスＤＣモータ駆動システムの設計では、モータの平均電流を感知することがしばしば要求される。実際上、モータの平均電流は、入力電源からモータ駆動システムにより引き出される平均電流である。安全性が重要な用途で使用されるブラシレスＤＣモータ駆動システム、例えば、これに限定されないが、電気−液圧パワーステアリングシステムでは、モータ平均電流の知識をマイクロコントローラにより使用して、モータを保護することができる。例えば、マイクロコントローラは、モータの平均電流を特定の最大値に制限するようにモータを制御することができる。この最大値は、モータの最大電流定格に基づいて導出することができる。

[0005]図１は、ブラシレスＤＣモータ駆動システム１０において平均モータ電流を感知するのに使用される典型的な装置を示す。

[0006]図１において、ｄｃリンク電流ｉｄｃが電流センサ１２を使用して測定される。例えば、この電流センサは、ｄｃリンクシャント抵抗器、ホール効果電流センサ、等でよい。非常に重たいフィルタ（例えば、０−１０Ｈｚ帯域巾）を伴う増幅器及びフィルタ段３０を使用して、ｄｃリンク電流が増幅及びフィルタされ、モータ平均電流が得られる。これにより得られたモータ平均電流信号をマイクロコントローラ２０によりサンプリングして、モータの保護に使用することができる。

[0007]安全性が重要な用途で使用されるブラシレスＤＣモータ駆動システム、例えば、これに限定されないが、電気−液圧パワーステアリングシステムでは、瞬時ｄｃリンク電流を感知し、それを使用して、システムのパワー要素を過電流状態に対して保護するという付加的な要求がしばしばある。瞬時過電流状態を検出するのに使用される典型的な回路も図１に示されている。このケースでは、軽いフィルタ（例えば、０−２０ＫＨｚ帯域巾）を伴う増幅器及びフィルタ段１４が、測定されたｄｃリンク電流を適切にコンディショニングする。増幅器及びフィルタ段の出力は、瞬時ｄｃリンク電流を表わすパルス電圧である。この電圧は、次いで、多数の比較器１６ａ、１６ｂ、・・・１６ｎに与えられる。各比較器は、瞬時ｄｃリンク電流を、多少危険と思われる瞬時電流レベルを表わす特定のスレッシュホールドと比較する。比較器の出力がスイッチする場合には、マイクロコントローラに過電流状態が直ちに通知される。このようなケースでは、保護のための手段として、マイクロコントローラは、ＰＷＭサイクルの残り部分に対して全てのインバータスイッチをターンオフし、これにより、ＰＷＭデューティサイクルを効果的に減少させる。

[0008]従って、通常、２つの増幅器及びフィルタ段１４及び３０は、ｄｃリンク電流をコンディショニングするのに使用される。一方の段３０は、モータ平均電流を導出するのに使用され、他方の段１４は、瞬時ｄｃリンク過電流保護に使用される。

[0009]平均電流感知及び瞬時ｄｃリンク過電流保護のために２つの増幅器及びフィルタ段が要求されることは、コストに敏感な用途、例えば、これに限定されないが、電気−液圧パワーステアリングシステムにおいて、高価なものになり得る。

発明の概要

[0010]瞬時ｄｃリンク過電流保護に使用される増幅器及びフィルタ段の出力から直接的にモータ平均電流を測定するのを許す方法及び装置が開示される。従って、１つの増幅器及びフィルタ段のみを使用して、モータ平均電流及び瞬時ｄｃリンク過電流保護の両方が与えられる。本発明は、ｄｃリンク電流から直接的にモータ平均電流を導出するのに通常使用される増幅器及びフィルタ段の抑制を許す。従って、本発明は、著しいシステムコスト節減を果たす。

[0011]本発明の他の特徴及び効果は、添付図面を参照した本発明の実施形態の以下の説明から明らかとなろう。

発明の実施形態の詳細な説明

装置
[0017]過電流回路からのモータ平均電流を感知するのに使用できる装置の一実施例が図２に示されている。

[0018]図２において、従来の構成でモータ平均電流を測定するのに使用された１０Ｈｚの増幅器及びフィルタ段３０は、必要とされない。むしろ、瞬時ｄｃリンク過電流状態を検出するのに使用される増幅器及びフィルタ段１４の出力が、マイクロコントローラ２０のＡＤＣチャンネルへ引き回される。特に、マイクロコントローラに加えて、本発明を実施するように動作し得る他の制御装置又は機器も使用できる。

[0019]図２に示すように、マイクロコントローラは、ｄｃリンク電流信号のピーク（即ち、増幅器及びフィルタ段１４の出力のピーク値）のみをサンプリングするようにプログラムされる。それにより得られる電流サンプルのフィルタリング、ひいては、モータ平均電流の計算は、以下に述べる方法を使用して、マイクロコントローラ２０によりソフトウェアで実行される。

[0020]増幅器及びフィルタ段１４の出力をマイクロコントローラ２０のＡＤＣチャンネルへ引き回すのに加えて、比較器の出力がマイクロコントローラ２０の割り込みピンへ引き回される。これにより、ソフトウェアは、ＰＷＭサイクル内で、いつマイクロコントローラがそのＰＷＭサイクルの残り部分に対して全てのインバータスイッチをターンオフするかに気付くことが許される。上述したように、これは、通常、瞬時ｄｃリンク過電流状態に対してパワー要素を保護するために行われる。
方法

[0021]上述したサンプリング構成から得られる電流サンプルは、モータ平均電流を計算するのに使用される。計算方法の一実施例において、これは、これらのサンプルに動作ＰＷＭデューティサイクルを乗算した後に、フィルタリング及び利得／オフセット修正を加えることにより、行うことができる。この例示的方法が図３に示されている。

[0022]図３において、電流サンプルは、ＰＷＭデューティサイクル（即ち、パーセンテージポイントでのデューティの値）で乗算された後に、デジタルフィルタリングされる。フィルタは、ノイズ及び他の非直線的作用を除去する。フィルタは、例えば、無限インパルス応答（ＩＩＲ）フィルタでもよいし、限定インパルス応答（ＦＩＲ）フィルタでもよい。次いで、利得及びオフセット修正がフィルタの出力に適用される。利得及びオフセット値は固定であり、校正を経て得られる。それにより得られる信号がモータ平均電流である。

[0023]図３において、デューティの値は、２つのソースから発生することができる。ＰＷＭサイクル中に、瞬時ｄｃリンク過電流状態が検出されない（即ち、図２の比較器の出力がスイッチしない）場合には、図３のデューティが、通常のモータ転流に対してソフトウェアにより使用されるＰＷＭデューティサイクルに単に等しい。しかしながら、瞬時ｄｃリンク過電流状態が検出された（即ち、図２の１つ以上の比較器がスイッチした）場合には、図３のデューティの値が次のように計算される。

[0024]瞬時ｄｃリンク過電流状態を検出すると直ちに、ＰＷＭタイマーの値がソフトウェアにより読み取られる。この値は、ＰＷＭタイマー周期で除算される。それにより得られる商が、通常のモータ転流に使用されるソフトウェアＰＷＭデューティサイクルより小さい場合には、この得られた商が、図３のデューティの値として使用される。さもなければ、デューティは、通常のモータ転流に使用されるソフトウェアＰＷＭデューティサイクルと同じままにされる。

[0025]図４は、瞬時ｄｃリンク過電流状態が存在する場合にデューティの値をどのように指定するか示している。

[0026]図４は、４つのＰＷＭサイクルを示す。最初の２つのサイクルには、瞬時ｄｃリンク過電流状態が図２の比較器により検出されない。このようなケースでは、図３のデューティの値は、通常のモータ転流に使用されるソフトウェアＰＷＭデューティサイクルに単に等しいものである。換言すれば、デューティの値は、ソフトウェアデューティサイクル比較値をＰＷＭタイマー周期で除算したものに等しい。

[0027]しかしながら、図４の第３及び第４のＰＷＭサイクルでは、瞬時ｄｃリンク過電流状態が検出される。これらのケースでは、過電流状態が検出されるや否や、ＰＷＭ信号が低にセットされて、インバータのスイッチをターンオフさせる。これは、保護手段として行われる。

[0028]同時に、ＰＷＭタイマーの値が読み取られて、ＰＷＭＰｅｒｉｏｄで除算される。第３のＰＷＭサイクル中には、この除算の結果がソフトウェアＰＷＭデューティサイクルより小さくなる。それ故、デューティは、Ｖａｌ１／ＰＷＭＰｅｒｉｏｄに等しくなる。しかしながら、最後のＰＷＭサイクル中には、得られる除算値がソフトウェアＰＷＭデューティサイクルより大きくなる。それ故、デューティの値は、ソフトウェアＰＷＭデューティサイクルに等しく保たれる。

[0029]瞬時ｄｃリンク過電流状態が検出されるや否や、マイクロコントローラは、ＰＷＭサイクルの残り部分に対して全てのインバータスイッチをターンオフする。それ故、デューティサイクルは、保護目的のために効果的に制限されることになる。このために、図３のデューティの値が、モータ平均電流を適切に計算するように調整される。

[0030]図５は、フィルタリング構成の予めの結果を示す。図５において、電源電流は、事実上、実際のモータ平均電流である。ソフトウェアフィルタ電流は、上述した方法及び装置から得られたモータ平均電流である。

[0031]特定の実施形態について本発明を説明したが、当業者であれば、多数の他の変更や修正及び他の使用が明らかであろう。それ故、本発明は、前記特定の開示により限定されるものではない。

平均モータ電流を感知するための既知の装置の回路図である。 本発明の実施形態により平均モータ電流を感知するための装置の回路図である。 平均モータ電流を計算する方法を示す図である。 デューティ値をいかに指定するかの一実施例を示すグラフである。 電源電流とソフトウェアフィルタ電流との間の対応を示すテスト結果のグラフである。

符号の説明

１０・・・ブラシレスＤＣモータ駆動システム、１２・・・電流センサ、１４・・・増幅器及びフィルタ段、１６・・・比較器、２０・・・マイクロコントローラ、３０・・・増幅器及びフィルタ段

Claims (10)

1. パルスで構成され且つ所定の通常のデューティサイクルを有する信号の平均値を導出する方法において、
   前記パルスのピーク値をＡ／Ｄ変換してサンプリングするステップと、
   各々の前記ピーク値に、前記信号のデューティサイクルに関係したデューティ値を乗算するステップと、
   前記乗算ステップの結果をフィルタリングするステップと、
   を備える方法。
2. 前記フィルタリングステップの結果に利得及びオフセット校正値を適用するステップを更に備える、請求項１に記載の方法。
3. 前記デューティ値は、
   前記パルスの現在デューティサイクルが前記通常のデューティサイクルである場合には、前記通常のデューティサイクルを前記デューティ値として取り上げ、
   前記パルスの現在デューティサイクルが前記通常のデューティサイクル未満である場合には、現在デューティサイクルを前記通常のデューティサイクルで除算した商を前記デューティ値として取り上げる、
   ようにして導出される請求項１に記載の方法。
4. パルスで構成され且つ所定の通常のデューティサイクルを有する信号の平均値を導出する装置において、
   前記パルスのピーク値をＡ／Ｄ変換してサンプリングし、
   各々の前記ピーク値に、前記信号のデューティサイクルに関係したデューティ値を乗算し、
   前記乗算ステップの結果をフィルタリングする、
   ようになっている装置。
5. 前記装置は、更に、前記フィルタリングステップの結果に利得及びオフセット校正値を適用する、請求項４に記載の装置。
6. 前記デューティ値は、
   前記パルスの現在デューティサイクルが前記通常のデューティサイクルである場合には、前記通常のデューティサイクルを前記デューティ値として取り上げ、
   前記パルスの現在デューティサイクルが前記通常のデューティサイクル未満である場合には、現在デューティサイクルを前記通常のデューティサイクルで除算した商を前記デューティ値として取り上げる、
   ようにして導出される請求項４に記載の装置。
7. モータ駆動回路の平均モータ電流及び過電流状態を検出するための装置において、
   所定の通常のデューティサイクルを有する駆動電流パルスを発生するように前記駆動回路を制御する制御回路と、
   前記駆動電流パルスを表わす感知された電流信号を発生する電流センサと、
   前記感知された電流信号を受け取り、前記感知された電流信号が第１スレッシュホールドを越えたときに前記制御回路に過電流信号を出力するための比較器と、
   を備え、前記制御回路は、更に、
   前記感知された電流信号のピーク値をＡ／Ｄ変換してサンプリングし、
   各々の前記ピーク値に、前記感知された電流信号のデューティサイクルに関係したデューティ値を乗算し、
   前記乗算ステップの結果をフィルタリングする、
   ことにより前記平均モータ電流を検出するようになっている装置。
8. 前記制御回路は、前記感知された回路信号が前記第１スレッシュホールドを越えたときに前記モータ駆動回路において第１制御動作を実行する、請求項７に記載の装置。
9. 所定の通常のデューティサイクルを有する駆動電流パルスを発生するモータ駆動回路において平均モータ電流及び過電流状態を検出する方法であって、
   前記駆動電流パルスを感知し、それに基づいて感知された電流信号を発生するステップと、
   前記感知された電流信号を第１スレッシュホールドに対して比較するステップと、
   前記感知された電流信号が前記第１スレッシュホールドを越えたときに過電流信号を出力するステップと、
   前記平均モータ電流を検出するステップと
   を備え、
   前記平均モータ電流を検出する前記ステップを、
   前記感知された電流信号のピーク値をＡ／Ｄ変換してサンプリングし、
   各々の前記ピーク値に、前記感知された電流信号のデューティサイクルに関係したデューティ値を乗算し、
   前記乗算ステップの結果をフィルタリングする、ことにより行う、方法。
10. 前記感知された回路信号が前記第１スレッシュホールドを越えたときに前記モータ駆動回路において第１制御動作を実行するステップを更に備える、請求項９に記載の方法。

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