JP4102414B2 - 単一の比較装置を使用して多数の過電流スレッシュホールドを検出する方法及び装置 - Google Patents

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６０／７０６，９５６号（ＩＲ−３０４７ＰＲＯＶ）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６０／７０６，９６２号（ＩＲ−３０４６ＰＲＯＶ）、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特許出願ＩＲ−３０４６（２−５４５５）に関連している。

発明の分野

[0003]本発明は、多数の過電流スレッシュホールドを検出する方法及び装置に関し、より詳細には、単一の比較装置を使用して多数の過電流スレッシュホールドを検出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、ｄｃリンクバス電流を感知することがしばしば要求される。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、危険な過電流状態を検出するのにｄｃリンクバス電流がしばしば使用される。多数の過電流スレッシュホールドを検出するために、安全性が重要な幾つかのシステムが要求される。これは、種々の過酷さの多数の過電流状態の検出を可能にする。例えば、あまり危険性のない過電流状態は、より低いスレッシュホールドで検出され、一方、非常に危険な過電流状態は、より高いスレッシュホールドで検出される。従って、システムは、過電流状態の過酷さに基づいて異なる仕方で反応し得る。ｄｃリンク電流を測定すると共に、多数の過電流状態を検出するのに使用される回路は、例えば、図１に示すように構成される。

[0005]図１において、インバータ段１０におけるｄｃリンク電流ｉｄｃは、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。増幅器及びフィルタ段１４は、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、ｄｃリンク電流を表わす電圧である。この電圧は、次いで、多数の比較器１６ａ、１６ｂ、・・・１６ｎへ与えられる。各比較器は、ｄｃリンク電流を、多少危険と思われる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。図１において、「ｎ」個のスレッシュホールドがあり、Ｔｈｒｅｓ１＜Ｔｈｒｅｓ２＜・・・＜Ｔｈｒｅｓｎである。Ｔｈｒｅｓ１は、最も危険性の低い過電流状態に対応し、一方、Ｔｈｒｅｓｎは、最も危険な過電流状態に対応する。ｄｃリンク電流が、１つ以上の比較レベル（即ち、Ｔｈｒｅｓ１、Ｔｈｒｅｓ２、・・・Ｔｈｒｅｓｎ）を上回る場合には、その影響を受ける比較器の出力がスイッチして、過電流状態があることをマイクロコントローラ２０に指示する。

[0006]本発明者は、この典型的な回路に伴う２つの問題に気付いた。

[0007]第１の問題は、多数の比較器を使用して多数の過電流スレッシュホールドを検出することは、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、経費高になることである。それ故、多数の過電流スレッシュホールドを検出するのに必要な比較器の数を単一の比較器に減少することが望まれる。

[0008]第２の問題は、過電流状態を検出するのに使用される回路は、非常に高速でなければならないが、その速度が、通常、伝播遅延を示す増幅器及びフィルタ段により減少されることである。この伝播遅延は、システムが状態を検出するための時間をもつ前にシステムにダメージを及ぼす過電流状態を生じ得るので、望ましくない。この伝播遅延は、望ましくないが、電気的ノイズを除去するのに使用されるフィルタリングの副産物である。それ故、過電流検出の速度を高めることが望ましい。

発明の概要

[0009]多数の過電流スレッシュホールドの検出を許す方法及び装置であって、多数の比較装置ではなく、１つの比較装置のみを使用して、上述したシステム保護効果を発揮する方法及び装置の実施形態をここに開示する。

[0010]ここに開示する実施形態は、低い過電流状態を検出するのに要する時間に基づいて高い過電流状態を予想するという原理で動作する。本発明のこの予想特性のために、高い過電流状態は、図１に示す従来の回路を使用するときよりも著しく速く検出される。

[0011]本発明により少なくとも２つの効果が与えられる。第１に、多数の過電流スレッシュホールドを検出するのに１つの比較装置しか必要とされないので、システムのコストが著しく低減される。第２に、本発明の予想特性のために、過電流状態を検出するのに要する時間が短縮される。

[0012]本発明の他の特徴及び効果は、同様の素子及び部品が同じ参照番号で示された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説明

装置：
[0017]単一の比較装置を使用して多数の過電流スレッシュホールドを検出するのに使用できる装置が図２に示されている。ここでも、図１の解決策と同様に、「ｎ」個の異なる過電流スレッシュホールドＴｈｒｅｓ１、Ｔｈｒｅｓ２、・・・Ｔｈｒｅｓｎを検出することが望まれ、但し、Ｔｈｒｅｓ１＜Ｔｈｒｅｓ２＜・・・＜Ｔｈｒｅｓｎである。図１の装置とは異なり、図２の装置は、最も低い過電流スレッシュホールド（即ち、Ｔｈｒｅｓ１）を検出するようにセットされた１つの比較装置１６しか含まなくてよい。この単一の比較器の出力は、マイクロコントローラ２０の外部割込みピン２２へ引き回すことができる。マイクロコントローラの特定の使用が効果的であるが、重要ではない。これは、ここに述べる本発明を実施するように動作できるものであれば別の装置又は機器に置き換えてもよい。
方法：

[0018]マイクロコントローラは、インバータ１０のスイッチを特定のシーケンスでターンオン又はオフするためにパルス巾変調（ＰＷＭ）信号を発生する。ブラシレスＤＣモータを駆動するようにインバータのスイッチを制御できる種々の技術が当業者に良く知られており、ここでは説明する必要がなかろう。一般に、ＰＷＭ信号が高であるたびに、インバータの２つのスイッチがターンオンされ、モータ電流をｄｃリンクに流し込ませる（即ち、ｉｄｃ＝モータ電流）。ＰＷＭ信号が低であるたびに、モータ電流がインバータへ再循環する。次いで、ｄｃリンク電流はゼロとなる（即ち、ｉｄｃ＝０）。モータ電流と、ｄｃリンク電流と、ＰＷＭ信号との間の関係が図３に示されている。

[0019]又、図３は、フィルタ及び増幅されたｄｃリンク電流を表わす増幅器及びフィルタ段１４の出力を示している。この信号は、スレッシュホールド（即ち、Ｔｈｒｅｓ１、Ｔｈｒｅｓ２、・・・Ｔｈｒｅｓｎ）を上回らないので、比較器１６の出力（即ち、過電流信号１）は、低のままである。

[0020]モータ電流が多数の過電流スレッシュホールドの１つ以上より増加すると、信号は、図４に示すように振舞う。図４は、時間ｔ０、ｔ２及びｔ４で各々始まる３つのＰＷＭサイクルを示す。

[0021]第１のＰＷＭサイクルの間に、モータ電流、ひいては、ｄｃリンク電流が、最も低いスレッシュホールドＴｈｒｅｓ１を上回る。それ故、増幅器及びフィルタ段１４の出力は、単一の比較器１６を時間ｔ１にスイッチさせる。この単一の比較器の出力は、外部割込みピンへ引き回されるので、この割り込みが発生すると、マイクロコントローラが時間遅延ｄｔ＝ｔ１−ｔ０を測定することができる。

[0022]第２のＰＷＭサイクル中に、ｄｃリンク電流が第１及び第２のスレッシュホールド（即ち、Ｔｈｒｅｓ１及びＴｈｒｅｓ２）を上回る。ここでは、古い方法とは異なり、電流がＴｈｒｅｓ２を上回ったことを指示するためにスイッチする第２の比較器は必要とされない。本発明のこの実施形態では、電流がＴｈｒｅｓ１を上回ったことを指示するためにスイッチする単一の比較器しかない。しかしながら、ここに開示する装置では、時間遅延ｄｔ＝ｔ３−ｔ２を測定することもできる。この第２のＰＷＭサイクル中には、ｄｔが、第１のＰＷＭサイクル中に測定されたものより小さいことに注意されたい。これは、ｄｃリンク電流レベルが第１のＰＷＭサイクル以来増加しており、ひいては、増幅器及びフィルタ段の出力がより速く増加することによる。実際に、ｄｃリンク電流のレベルと、時間遅延ｄｔとの間には関係がある。ｄｃリンク電流が大きいほど、ｄｔは小さくなる。

[0023]第３のＰＷＭサイクル中には、ｄｃリンク電流が非常に高くなり、最も高いスレッシュホールドＴｈｒｅｓｎを上回る。このＰＷＭサイクル中に、ｄｔは非常に小さい。

[0024]従って、電流が特定のスレッシュホールドを上回るかどうかを、比較器の出力がＰＷＭサイクルの開始に対してスイッチするのにどれほどの時間を要するかに基づいて（即ち、ｄｔに基づいて）予想することができる。

[0025]次の値を定義する。
−ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ２：ピークｄｃリンク電流が厳密にＴｈｒｅｓ２に等しいときのｄｔの値。
−ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ３：ピークｄｃリンク電流が厳密にＴｈｒｅｓ３に等しいときのｄｔの値。
−＊＊＊
−ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓｎ：ピークｄｃリンク電流が厳密にＴｈｒｅｓｎに等しいときのｄｔの値。

[0026]次いで、図４を参照すれば、次のことが分かる。
ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓｎ＜＊＊＊＜ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ３＜ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ２＜ＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ１。電流が特定のスレッシュホールドを上回るかどうか予想する方法は、次のように定義することができる。
−過電流割り込みを受け取ると（即ち、単一比較器出力の立上り縁が検出されると）、
−ｄｔがＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ２より大きい場合には、ｄｃリンク電流レベルがＴｈｒｅｓ１より高いだけである。
−さもなければ、ｄｔがＤＴ＿Ｔｈｒｅｓ３より大きい場合には、ｄｃリンク電流レベルがＴｈｒｅｓ２及びＴｈｒｅｓ１より高いだけである。
−＊＊＊
−さもなければ、ｄｔがＤＴ＿Ｔｈｒｅｓｎより小さい場合には、ｄｃリンク電流レベルが全てのスレッシュホールドより高い。
−さもなければ、ｄｃリンク電流レベルは、全てのスレッシュホールドより低い。

[0027]この方法は、電流が特定のスレッシュホールドを上回るかどうかを、最も低いスレッシュホールド（即ち、Ｔｈｒｅｓ１）にどれほど速く到達するかに基づいて効果的に予想することに注意されたい。従って、この方法を使用すると、最も低いスレッシュホールド（即ち、Ｔｈｒｅｓ１）に到達するや否や、それより高いスレッシュホールドの１つに対応する過電流状態があるかどうか分かる。それ故、この方法は、予想的な特性であると言える。即ち、増幅器及びフィルタ段の出力が高い過電流状態を反映する前にそのような状態が分かる。それ故、この方法は、図１に示す典型的な方法よりも、より危険な過電流状態を検出するのに非常に短い時間しか必要としない。

[0028]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。

従来の過電流センサを示す回路図である。 本発明の実施形態による過電流センサを示す回路図である。 通常の電流レベルをもつ当該信号を示すグラフである。 過電流レベルが増加する当該信号を示すグラフである。

符号の説明

１０・・・インバータ段、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、２２・・・外部割込みピン

Claims (8)

1. モータ駆動回路の複数の過電流状態を検出するための装置において、
   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の過電流状態を示す第１スレッシュホールドを越えたときに前記制御回路へ過電流信号を出力する比較器と、
   を備え、前記制御回路は、前記駆動電流パルスが発生されるときと、前記駆動電流パルスを表わす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るときとの間の時間遅延を決定し、更に、
   前記制御回路は、前記時間遅延に基づいて、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より高いスレッシュホールドであって第２の過電流状態を示す第２スレッシュホールドも越えるかどうか予想するようになっている、装置。
2. 前記感知された電流信号は、前記時間遅延が第１の所定の時間遅延より短いのに応答して、前記第２スレッシュホールドを越えると予想される、請求項１に記載の装置。
3. 前記制御回路は、前記時間遅延に基づいて、前記感知された電流信号が、前記第２スレッシュホールドより高いスレッシュホールドであって第３の過電流状態を示す第３スレッシュホールドも越えるかどうか予想するようになっている、請求項２に記載の装置。
4. 前記感知された電流信号は、前記時間遅延が第２の所定の時間遅延より短いのに応答して、前記第３スレッシュホールドを越えると予想される、請求項３に記載の装置。
5. 駆動電流パルスを発生するモータ駆動回路の複数の過電流状態を検出するための方法において、
   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が第１の過電流状態を示す第１スレッシュホールドを超えたか否かを判断するために、前記感知された電流信号を前記第１スレッシュホールドに対して比較するステップと、
   前記駆動電流パルスが発生されるときと、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るときとの間の時間遅延を決定するステップと、
   前記時間遅延から、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より高いスレッシュホールドであって第２の過電流状態を示す第２スレッシュホールドも越えるかどうか予想するステップと、
   を備える方法。
6. 前記感知された電流信号は、前記時間遅延が第１の所定の時間遅延より短いのに応答して、前記第２スレッシュホールドを越えると予想される、請求項５に記載の方法。
7. 前記時間遅延から、前記感知された電流信号が、前記第２スレッシュホールドより高いスレッシュホールドであって第３の過電流状態を示す第３スレッシュホールドも越えるかどうか予想するステップを更に備える、請求項６に記載の装置。
8. 前記感知された電流信号は、前記時間遅延が第２の所定の時間遅延より短いのに応答して、前記第３スレッシュホールドを越えると予想される、請求項７に記載の装置。

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