專利名稱：電動機驅(qū)動裝置以及驅(qū)動方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及在驅(qū)動電動機的驅(qū)動電路中防止電源電壓的上升的技術(shù)。
背景技術(shù)：
一般來說，作為搭載在AV機器等中的無刷電動機的驅(qū)動方法之一，有通過對在電動機驅(qū)動電路中所包括的給定的開關(guān)元件進行導通截止控制而對電動機線圈進行通電控制的脈寬調(diào)制(Pulse widthModulation＝PWM)驅(qū)動方式。而且近年來，在PWM方式中作為用于實現(xiàn)低損耗以及高效率化的一個方法公知有同步整流PWM驅(qū)動技術(shù)，例如，被公開在例如專利文獻1中。
以下，參照圖15對該專利文獻1中公開的內(nèi)容進行說明。圖15為由三相橋路構(gòu)成的驅(qū)動部305驅(qū)動的、三相電動機系統(tǒng)的一部分。由檢測電阻324檢測的電壓以及轉(zhuǎn)矩指令信號VREF分別與比較器335的反相輸入端子以及同相輸入端子連接。轉(zhuǎn)矩指令信號VREF指定電動機的轉(zhuǎn)矩的大小。比較器335的輸出端與觸發(fā)電路336連接，觸發(fā)電路336的反相輸出被輸入到兩相非重疊時鐘生成部368。兩相非重疊時鐘生成部368用于防止驅(qū)動部305的貫通，生成隨著給定的上升沿以及下降沿的偏差的脈沖對。兩相非重疊時鐘生成部368的輸出被輸入到通電控制部339以及同步整流控制部340。通電控制部339，將控制高電位側(cè)開關(guān)元件325A、325B、325C的驅(qū)動信號供給到高電位側(cè)開關(guān)元件325A、325B、325C，并且同步整流控制部340將控制低電位側(cè)開關(guān)元件326A、326B、326C的驅(qū)動信號供給到低電位側(cè)開關(guān)元件326A、326B、326C。
接下來，對該電動機驅(qū)動裝置的動作進行說明。施力期間，為通過對源(source)相(電動機電流流出電動機線圈的相)的高電位側(cè)開關(guān)元件和匯集(sink)相(從電動機線圈流入電動機電流的相)的低電位側(cè)開關(guān)元件進行導通控制，將驅(qū)動電力從電源VM供給到電動機線圈310、311、312的期間。此外，再生期間為使流過電動機線圈的電動機電流介由與源相的低電位側(cè)開關(guān)元件或者源相的低電位側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管和匯集相的低電位側(cè)開關(guān)元件回流的期間。驅(qū)動部305，將包括施力期間和再生期間的期間作為一個周期，進行對電動機線圈310、311、312的通電控制。施力期間或者再生期間包括由兩相非重疊時鐘生成部生成的定時偏差。
作為一例，對施力期間中，節(jié)點A通過高電位側(cè)開關(guān)元件325A的驅(qū)動為高狀態(tài)，并且接點B通過低電位側(cè)開關(guān)元件326B的驅(qū)動為低狀態(tài)，并且接點C處于開關(guān)元件325C以及326C的兩方截止的高阻抗狀態(tài)的情況進行說明。
流過節(jié)點A以及B之間的電動機線圈310以及311的電動機線圈，在檢測電阻324中被變換為電壓。該電壓在比較器335中與轉(zhuǎn)矩指令信號VREF比較。該電壓比轉(zhuǎn)矩指令信號VREF高時，比較器335的輸出對觸發(fā)器336進行置位，其反相信號被輸入到兩相非重疊時鐘生成部368。其結(jié)果，兩相非重疊時鐘生成部368的輸出被反相，在通電控制部339使節(jié)點A的高電位側(cè)開關(guān)元件325A截止后，同步整流控制部340使接點A的低電位側(cè)開關(guān)元件326A導通。同時，放電電路341根據(jù)給定電壓VS釋放開關(guān)342，開始放電。放電電路341產(chǎn)生時間延遲，該期間中高電位側(cè)開關(guān)元件325A、325B、325C維持截止狀態(tài)。放電電路341的電容器電壓達到轉(zhuǎn)矩指令信號VREF以下后，比較器343對觸發(fā)器336進行復位，再次使與處于驅(qū)動中的相相對應的高電位側(cè)開關(guān)元件導通。
如上所述，在高電位側(cè)開關(guān)元件325A截止的情況下，低電位側(cè)開關(guān)元件326A被導通后，驅(qū)動部305正好介由電動機線圈310以及311兩個電阻、即開關(guān)元件326A以及326B的導通電阻被短路。電動機電流不經(jīng)由二極管在由電動機線圈310以及311、開關(guān)元件326A以及326B構(gòu)成的電動機電流路徑中回流。即在流過電動機線圈310以及311的電動機電流的電流路徑中，與通過二極管的電流再生的情況相比，能夠降低該電流路徑中產(chǎn)生的電壓降。由此，可實現(xiàn)低損耗以及高效率化。由此在PWM驅(qū)動方式中，將在截止給定相的一方的開關(guān)元件的再生期間中，使該給定相的另一方的開關(guān)元件導通的控制稱作同步整流控制。此外，將進行同步整流控制的期間稱作同步整流期間。
但是，上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中存在以下課題。以下，參照圖16、17，對專利文獻1的電流控制型PWM驅(qū)動方式中的課題進行說明。圖16是抽出圖15中的驅(qū)動部305的A相部分、同圖中的A相電動機線圈310和同圖中的檢測電阻324的圖。另外，EA具有與轉(zhuǎn)速成比例的大小，表示在A相電動機線圈中產(chǎn)生的反電動勢。
在圖15中，對下述情況進行說明，在節(jié)點A通過高電位側(cè)開關(guān)元件325A被驅(qū)動而變?yōu)楦郀顟B(tài)，且節(jié)點B通過低電位側(cè)開關(guān)元件326B被驅(qū)動變?yōu)榈蜖顟B(tài)，并且節(jié)點C處于開關(guān)元件325C以及326C兩方截止的高阻抗狀態(tài)時，從轉(zhuǎn)矩指令信號VREF為比較大的值即反電動勢EA為比較大的狀態(tài)，向轉(zhuǎn)矩指令信號VREF變?yōu)楸容^小的值的情況。圖17為說明圖16的動作的時序圖。圖17中的T1以及T4中所示的期間，為介由A相高電位側(cè)開關(guān)元件325A從電源VM向電動機線圈310供給驅(qū)動電力的施力期間，T2以及T3所示的期間為介由A相低電位側(cè)開關(guān)元件326A使電動機電流回流的同步整流期間。
通過減速指令轉(zhuǎn)矩指令信號VREF急劇降低的情況下，A相高電位側(cè)開關(guān)元件在導通期間中流過A相的電動機電流IA1，短時間達到通過轉(zhuǎn)矩指令信號VREF決定的最大電流值IP(圖17中的期間T1)。其結(jié)果，成為A相高電位側(cè)開關(guān)元件截止，且A相低電位側(cè)開關(guān)元件導通的同步整流狀態(tài)，電動機電流如IA2所示那樣開始流動(圖17中的期間T2)。然而，由于最大電流值IP變小，且反電動勢EA處于較大狀態(tài)，因此通過反電動勢EA的影響電動機電流開始向反向電流方向即IA3的方向流動(圖17中的期間T3)。還有，通過減速指令，在與施力期間相比變長的同步整流期間中，電動機電流IA3由于反電動勢EA而增大。其結(jié)果，同步整流期間結(jié)束時，即A相高電位側(cè)開關(guān)元件導通且A相低電位側(cè)開關(guān)元件截止的狀態(tài)時，IA4所示的電動機電流回流向電源，使電源電壓上升(圖17中的期間T4)。另外，為了說明簡便，在圖17中省略，但實際上同步整流期間結(jié)束時的用于防止貫通的期間、即從A相高電位側(cè)以及低電位側(cè)開關(guān)元件的雙方截止狀態(tài)時開始電動機電流介由二極管327A向電源反向電流。
如上所述，在現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)所產(chǎn)生的再生狀態(tài)中，由于通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動而在同步整流期間結(jié)束時電動機電流回流到電源側(cè)，因此存在電源電壓上升，導致元件破壞等的課題。此外，在現(xiàn)有結(jié)構(gòu)中，為了防止電源電壓的上升，需要用于使電源的匯集能力提高的電容器或用于電壓鉗位的齊納二極管等外置保護元件，因此從小型化以及低成本化的角度來看也存在課題。
另外，因在同步整流期間中產(chǎn)生與施力期間方向相反的電動機電流而引起的上述電源電壓上升的問題，并不僅限于通過電動機電流的峰值控制進行PWM控制的上述現(xiàn)有例，如果為進行隨著同步整流控制的PWM驅(qū)動的電動機驅(qū)動方式，則通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動會產(chǎn)生同樣的問題。例如，基于具有正弦波或梯形波或以它們?yōu)闇实牟ㄐ魏途哂腥遣ɑ蜾忼X形波或以它們?yōu)闇实牟ㄐ蔚恼{(diào)制波之間的比較結(jié)果進行PWM控制的、所謂電壓PWM控制驅(qū)動方式等中，通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動PWM占空比減小，其結(jié)果通過在同步整流期間中流過與施力期間方向相反的電動機電流，在同步整流期間的結(jié)束時引起電源電壓的上升。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明正是鑒于上述問題而提出的，其目的在于防止電動機電流向電源的反向電流所引起的電源電壓的上升。
為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的電動機驅(qū)動裝置，通過反復切換施力狀態(tài)和再生狀態(tài)而向電動機供給驅(qū)動電力，具有生成驅(qū)動信號的驅(qū)動信號生成機構(gòu)；基于所述驅(qū)動信號生成所述驅(qū)動電力的驅(qū)動機構(gòu)；和在所述再生狀態(tài)中，檢測流入所述電動機的電動機電流進行方向反向的時刻，生成反向電流檢測信號的反向電流檢測機構(gòu)，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，基于所述反向電流檢測信號控制所述驅(qū)動信號的邏輯電平。
此外，本發(fā)明的電動機驅(qū)動方法，通過反復切換施力狀態(tài)和再生狀態(tài)向電動機供給驅(qū)動電力，具有生成驅(qū)動信號的步驟；基于所述驅(qū)動信號生成所述驅(qū)動電力的步驟；和在所述再生狀態(tài)中，檢測流入所述電動機的電動機電流進行方向反向的時刻，生成反向電流檢測信號的步驟，基于所述反向電流檢測信號控制所述驅(qū)動信號的邏輯電平。
根據(jù)本發(fā)明的電動機驅(qū)動裝置以及電動機驅(qū)動方法，由于不僅檢測由電動機電流向電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升，而且檢測成為電源電壓的上升的原因的現(xiàn)象，因此能夠?qū)㈦娫措妷旱纳仙乐褂谖慈弧Ｒ虼?，在急劇的減速指令或負載變動時電源電壓也不上升，能夠防止破壞開關(guān)元件。此外，由于不需要電容器或齊納二極管等的用于電源上升對策的保護元件，因此能夠?qū)崿F(xiàn)電動機驅(qū)動裝置小型化以及低成本。


圖1為表示本發(fā)明的實施方式1的電動機驅(qū)動裝置1的整體結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖2為表示圖1的反向電流檢測部80的具體的結(jié)構(gòu)的電路圖。
圖3為說明圖1的驅(qū)動部10A的施力狀態(tài)和施力狀態(tài)信號ST1到ST6之間的關(guān)系的時序圖。
圖4為表示圖1的PWM控制部90A、電流檢測部20、比較部40的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖5為對圖4的電路圖的動作進行說明的時序圖。
圖6為表示本發(fā)明的實施方式2的電動機驅(qū)動裝置中所包括的PWM控制部90B的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖7為對圖6的PWM控制90B的動作進行說明的時序圖。
圖8為表示本發(fā)明的實施方式3的電動機驅(qū)動裝置中所包括的PWM控制部90C的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖9為對圖8的PWM控制90C的動作進行說明的時序圖。
圖10為表示本發(fā)明的實施方式4的電動機驅(qū)動裝置中所包括的PWM控制部90D的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖11為對圖10的PWM控制90D的動作進行說明的時序圖。
圖12為表示本發(fā)明的實施方式5的電動機驅(qū)動裝置150的整體結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖13為表示圖12的檢測相控制部70的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。
圖14為對圖13的檢測相控制部70的動作進行說明的時序圖。
圖15為表示現(xiàn)有的電動機驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)例的框圖。
圖16為對圖15的現(xiàn)有的電動機驅(qū)動裝置的A相電動機電流的電流方向進行說明的電路圖。
圖17為對圖15的現(xiàn)有的電動機驅(qū)動裝置的A相電動機電流的電流方向進行說明的時序圖。
具體實施例方式
以下，對本發(fā)明相關(guān)的電動機驅(qū)動裝置的實施方式，參照附圖進行說明。另外，以下實施方式中所述的數(shù)字全部為用于具體地說明本發(fā)明地例示，本發(fā)明并不限于所例示的數(shù)字。
(實施方式1)本發(fā)明的實施方式1所產(chǎn)生的電動機驅(qū)動裝置，通過基于PWM(PulseWidth Modulation＝脈寬調(diào)制)控制向各相電動機線圈供給驅(qū)動電動機的驅(qū)動電力，驅(qū)動三相電動機。在該電動機驅(qū)動裝置中所包括的驅(qū)動部中，高電位側(cè)的開關(guān)元件和低電位側(cè)的開關(guān)元件串聯(lián)連接，該串聯(lián)電路被三個并聯(lián)連接。該電動機驅(qū)動裝置，檢測出在再生期間中形成的電動機電流的電流路徑中包括的開關(guān)元件的導通電壓。將所檢測出的導通電壓與給定的電壓進行比較，基于其比較結(jié)果生成反向電流檢測信號?；谠摲聪螂娏鳈z測信號，通過對驅(qū)動部的施力狀態(tài)進行變更控制，能夠防止急劇的減速指令或負載變動等所引起的電動機電流向電源的反向電流，防止成為引起元件破壞的原因的電源電壓的上升。
采用圖1到圖5，對本發(fā)明的實施方式1進行說明。圖1是表示實施方式1的電動機驅(qū)動裝置的整體結(jié)構(gòu)例的框圖。如圖1所示，電動機驅(qū)動裝置1具備電源3、驅(qū)動部10A、電流檢測部20、轉(zhuǎn)矩指令部30、比較部40、振蕩部50、位置檢測部60、反向電流檢測部80、PWM控制部90A和通電控制部100，驅(qū)動電動機2。
作為控制對象的電動機2由轉(zhuǎn)子和定子構(gòu)成，轉(zhuǎn)子具有由未圖示的永磁體構(gòu)成的勵磁部，定子對U相、V相、W相的各個電動機線圈Lu、Lv、Lw進行Y形連接。驅(qū)動部10A配置在電壓值VM的電源3和接地之間，高電位側(cè)開關(guān)元件和低電位側(cè)開關(guān)元件被串聯(lián)連接的半橋電路基本上被三個并聯(lián)構(gòu)成。在該驅(qū)動部10A中，控制對電動機線圈Lu的通電的半橋電路由與高電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr1和與低電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr4構(gòu)成，控制對電動機線圈Lv的通電的半橋電路由與高電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr2和與低電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr5構(gòu)成，控制對電動機線圈Lw的通電的半橋電路由與高電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr3和與低電位側(cè)連接的開關(guān)元件Tr6構(gòu)成。
這些開關(guān)元件Tr1、Tr2、Tr3、Tr4、Tr5、Tr6分別與從通電控制部100輸出的驅(qū)動信號UU、VU、WU、UL、VL、WL(以下簡稱作“UU-WL”)的邏輯電平對應，進行開關(guān)動作，生成驅(qū)動電動機2的驅(qū)動電力。高電位側(cè)開關(guān)元件Tr1、Tr2、Tr3分別通過高電位側(cè)驅(qū)動信號UU、VU、WU控制，低電位側(cè)開關(guān)元件Tr4、Tr5、Tr6分別通過低電位側(cè)驅(qū)動信號UL、VL、WL控制，低電位側(cè)開關(guān)元件Tr4、Tr5、Tr6分別通過低電位側(cè)驅(qū)動信號UL、VL、WL控制。從開關(guān)元件Tr1到Tr6能夠使用MOS晶體管、雙極晶體管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等。在實施方式1中，從開關(guān)元件Tr1到Tr6使用n溝道型MOS晶體管。從各開關(guān)元件Tr1到Tr6導通(處于工作狀態(tài))時，各驅(qū)動信號UU-WL的邏輯電平為工作狀態(tài)電平，在實施方式1中為H電平。此外，在各開關(guān)元件Tr1到Tr6截止(處于非工作狀態(tài))時，各驅(qū)動信號UU-WL的邏輯電平為非工作狀態(tài)電平，實施方式1中為L電平。
電流檢測部20配置在驅(qū)動部10A和接地之間，檢測出流過驅(qū)動部10A的電流的大小，將表示該檢測結(jié)果的電流檢測信號CS向比較部40輸出。轉(zhuǎn)矩指令部30將設定供給電動機2的轉(zhuǎn)矩的大小的轉(zhuǎn)矩指令信號EC向比較部40輸出。轉(zhuǎn)矩指令部30也稱作轉(zhuǎn)矩指令信號生成部。比較部40對轉(zhuǎn)矩指令信號EC和電流檢測信號CS進行比較，將表示其比較結(jié)果的復位信號CR向PWM控制部90A輸出。振蕩部50將作為具有給定頻率的脈沖信號的復位信號SP向PWM控制部90A輸出。反向電流檢測部80相對驅(qū)動部10A的所有低電位側(cè)開關(guān)元件并聯(lián)連接，并且表示電動機2的施力狀態(tài)的施力狀態(tài)信號ST1、ST2、ST3、ST4、ST5、ST6從通電控制部100被輸入。
通電控制部100、PWM控制部90A以及振蕩部50構(gòu)成驅(qū)動信號生成部。
還有反向電流檢測部80將反向電流檢測信號RV向PWM控制部90A輸出，該反向電流檢測信號RV表示在同步整流期間中流過電動機線圈Lu、Lv、Lw的電動機電流的方向是否反相。PWM控制部90A具有基于置位信號SP、復位信號CR和反向電流檢測信號RV用于防止驅(qū)動部10A的貫通的非重疊期間，生成任意一相的高電位側(cè)驅(qū)動信號UP和低電位側(cè)驅(qū)動信號LO，將它們向通電控制部100輸出。位置檢測部60向通電控制部100輸出表示電動機2的轉(zhuǎn)子的位置信息的位置檢測信號H1、H2、H3。通電控制部100基于位置檢測信號H1、H2、H3和高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO生成驅(qū)動部10A中所包括的開關(guān)元件Tr1到Tr6的驅(qū)動信號UU-WL，將它們向驅(qū)動部10A輸出。還有通電控制100基于位置檢測信號H1、H2、H3生成表示電動機2的施力狀態(tài)的施力狀態(tài)信號ST1到ST6，將該施力狀態(tài)信號ST1到ST6向反向電流檢測部80輸出。
在此，將電動機電流向電動機線圈流出的相稱作源相，此時的電動機電流稱作源電流，將電動機電流向電動機線圈流入的相稱作匯集相，此時的電動機電流稱作匯集電流。施力期間為通過對源相的高電位側(cè)開關(guān)元件和匯集相的低電位側(cè)開關(guān)元件進行導通控制，從電源3向電動機線圈Lu、Lv、Lw供給驅(qū)動電力的期間。將施力期間的電動機驅(qū)動裝置的這種狀態(tài)稱作施力狀態(tài)。此外再生期間是在施力期間中被導通的源相源相的高電位側(cè)開關(guān)源極截止的期間。該期間流過電動機線圈的電動機電流，介由在源相被導通的低電位側(cè)開關(guān)源極或者與該開關(guān)元件并聯(lián)連接的二極管和匯集相的低電位側(cè)開關(guān)元件回流。將再生期間的電動機驅(qū)動裝置的這種狀態(tài)稱作再生狀態(tài)。
在本發(fā)明的電動機驅(qū)動裝置中，將包括施力期間和再生期間的期間作為一個周期，反復施力狀態(tài)和再生狀態(tài)，進行對電動機線圈Lu、Lv、Lw的通電控制。施力期間或再生期間包括用于防止驅(qū)動部10A的貫通的非重疊期間，但該期間與施力期間或再生期間相比較短，在以下的說明中如果沒有特別限定則省略。特別將在再生期間的再生狀態(tài)中，導通在施力期間中被導通的源相的低電位側(cè)開關(guān)元件，不介由二極管通過這種方式介由電阻低的源相的低電位側(cè)開關(guān)元件自身和匯集相的低電位側(cè)開關(guān)元件回流電動機電流的控制稱作同步整流控制。此外，將進行同步整流控制的期間稱作同步整流期間。
本發(fā)明的實施方式1的電動機驅(qū)動裝置，使電角度120度期間、按照轉(zhuǎn)矩指令信號EC的電流電平的電動機電流在任意的一相作為源電流(或者匯集電流)通電。并且，接下來的60度期間不進行通電，電流電平為零。之后，轉(zhuǎn)變?yōu)閰R集電流(或者源電流)，進行同樣的通電。由此，矩形波的相電流三相互相偏離電角度120度而通電。由此，在任意的時刻，對任意的一相(源相)供給源電流，對其他一相(匯集相)供給匯集電流。由此，對總計兩相通電，剩余一相中不通電(以下稱作“120度通電方式”)。
因此，通電控制部100，基于位置檢測信號H1、H2、H3確定用于任意一相為源相、另一相為匯集相的共計兩相作為通電相。通電相的確定每隔電角度60度進行一次。此外，在進行源相的PWM動作時，在高電位側(cè)晶體管截止的再生期間中，在高電位側(cè)開關(guān)元件的截止動作后，經(jīng)過用于防止貫通的給定時間后使低電位側(cè)開關(guān)元件進行導通動作、進行所謂同步整流控制。另一方面，關(guān)于匯集相，通常高電位側(cè)開關(guān)元件截止，低電位側(cè)開關(guān)元件導通，關(guān)于不進行通電的剩余的一相，高電位側(cè)以及低電位側(cè)的雙方的開關(guān)元件均變?yōu)榻刂範顟B(tài)。
以下，對實施方式1的電動機驅(qū)動裝置說明各構(gòu)成要素的詳細的動作。驅(qū)動部10A，由橋式連接的6個開關(guān)元件Tr1到Tr6構(gòu)成，各個二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6被反并聯(lián)連接在各開關(guān)元件Tr1到Tr6中。在該驅(qū)動部10A中，電動機線圈Lu的一端與開關(guān)元件Tr1和開關(guān)元件Tr4的連接點連接，電動機線圈Lv的一端與開關(guān)元件Tr2和開關(guān)元件Tr5的連接點連接，電動機線圈Lw的一端與開關(guān)元件Tr3和開關(guān)元件Tr6的連接點連接。各開關(guān)元件Tr1到Tr6按照來自通電控制部100的驅(qū)動信號UU-WL的邏輯電平進行導通截止的開關(guān)動作，從電源3向各相電動機線圈Lu、Lv、Lw供給PWM開關(guān)的驅(qū)動電力。
電流檢測部20例如由檢測電阻和放大器構(gòu)成，檢測出流過驅(qū)動部10A的電流的大小作為電壓。所檢測的結(jié)果作為電流檢測信號CS向比較部40輸出。轉(zhuǎn)矩指令部30將表示應供給到電動機2的轉(zhuǎn)矩的目標值的轉(zhuǎn)矩指令信號EC向比較部40輸出。比較部40對轉(zhuǎn)矩指令信號EC的大小和電流檢測信號CS的大小進行比較，將作為比較結(jié)果的復位信號CR向PWM控制部90A輸出。比較部40例如由比較器等構(gòu)成。振蕩部50將置位信號SP向PWM控制部90A輸出，該置位信號為用于對高電位側(cè)驅(qū)動信號UU、VU、WU的任一個進行置位的定時信號。振蕩部50例如由PLL等構(gòu)成。置位信號SP的頻率即使為恒定頻率也可以，也可為通過轉(zhuǎn)矩指令信號EC等的大小而變化的可變頻率。
位置檢測部60將具有涉及電動機2的三相轉(zhuǎn)子位置信息的位置檢測信號H1、H2、H3向通電控制部100輸出。作為生成位置檢測信號H1、H2、H3的結(jié)構(gòu)也可采用霍爾元件等的傳感器，也可為采用在電動機線圈Lu、Lv、Lw中產(chǎn)生的反電動勢的無傳感器結(jié)構(gòu)，對其結(jié)構(gòu)沒有限制。位置檢測信號H1、H2、H3分別與三相的轉(zhuǎn)子位置對應，為互相偏離120度角度的偏離信號。
反向電流檢測部80基于驅(qū)動部10A的各相低電位側(cè)開關(guān)元件Tr4、Tr5、Tr6的漏極和源極間的電壓以及表示電動機線圈Lu、Lv、Lw的施力狀態(tài)的施力狀態(tài)信號ST1到ST6，檢測出同步整流期間的給定的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓極性，在同步整流期間中生成表示電動機電流的電流方向的反向電流檢測信號RV。之后，將該反向電流檢測信號RV向PWM控制部90A輸出。
圖2是表示反向電流檢測部80的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。此外，圖3是說明驅(qū)動部10A的施力狀態(tài)和施力狀態(tài)信號ST1到ST6之間的關(guān)系的時序圖。如圖3所示，在U相電流成為源電流，V相電流成為匯集電流，且W相電流成為零電平的電角度60度的期間(以下稱為“UV施力期間”)中，從通電控制部100輸出的施力狀態(tài)信號ST1的邏輯電平成為H電平，接著UV施力期間在每個電角度60度的期間從施力狀態(tài)信號ST2到ST6依次變?yōu)镠電平。
圖2所示的反向電流檢測部80包括上升沿檢測部81、比較器82A、82B、82C。上升沿檢測部81在脈沖信號RP從L電平向H電平變化的定時中輸出給定的脈寬的反向電流檢測信號RV。各相的電動機端子電壓Vu、Vv、Vw分別被輸入到比較器82A、82B、82C的反相輸入端子。此外，驅(qū)動部10A的各相低電位側(cè)開關(guān)元件Tr4、Tr5、Tr6的公共源極電壓Vrc被輸入到比較器82A、82B、82C的同相輸入端子。
以UV施力期間(ST1為H電平的期間)為例。在UV施力期間，如果驅(qū)動部10A的低電位側(cè)開關(guān)元件Tr5的源極電壓Vrc和漏極電壓Vv之間的電壓差為正，即如果低電位側(cè)開關(guān)元件Tr5的導通電壓為負，則比較器82B的輸出變?yōu)镠電平。其結(jié)果脈沖信號RP變?yōu)镠電平，輸出給定的脈寬的逆檢測信號RV。該反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平的動作在UV施力期間中的同步整流期間中，流過V相低電位側(cè)開關(guān)元件Tr5的電動機電流從匯集電流向源電流變化，意味著流過電動機線圈Lu以及Lv的電動機電流Iu以及Iv的方向反相。同樣，在從UV施力期間以外的施力狀態(tài)信號ST2到ST6的任一個變?yōu)镠電平的其他的施力期間中，如果在同步整流期間中電動機電流的電流方向反相，則反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平。
另外，也可為通過向比較器82A、82B、82C供給給定的偏置，在各相低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓變?yōu)榻o定值以下時，比較器輸出變化的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，基于比較器輸出生成反向電流檢測信號RV，從而能夠得到本發(fā)明的效果。
此外，實施方式1的電動機驅(qū)動裝置，在再生期間中通過對在施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件和在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件進行導通控制而進行同步整流控制。另一方面，在再生期間中通過對在施力期間成為源極側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件和在施力期間成為匯集側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件進行導通控制而進行同步整流控制的情況下，通過檢測出高電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓的極性而能夠檢測出在同步整流期間中與施力期間相反方向的電動機電流已產(chǎn)生。此時，也可將反向電流檢測部80與高電位側(cè)開關(guān)元件Tr1、Tr2、Tr3并聯(lián)連接，將各相的電動機端子電壓Vu、Vv、Vw分別輸入到比較器82、83、84的同相輸入端子，將Tr1、Tr2、Tr3的漏極連接點電壓分別輸入到反相輸入端子。
圖4為表示PWM控制部90A、電流檢測部20、比較部40的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。電流檢測部由檢測電阻Rcs和放大器21構(gòu)成。比較部40由比較器41構(gòu)成。PWM控制部90A包括死區(qū)時間(dead time)生成部92和觸發(fā)器93。
電流檢測部20，在放大器21中檢測出連接在驅(qū)動部10A和接地間的檢測電阻Rcs兩端的電位差，將表示檢測結(jié)果的電流檢測信號CS輸入到比較器41的同相輸入端子。轉(zhuǎn)矩指令信號EC被輸入到比較器41的反相輸入端子。比較器41輸出表示比較結(jié)果的復位信號CR，復位信號CR被反相后，與觸發(fā)器93的復位端子93R連接。反向電流檢測信號RV和置位信號SP的否定邏輯和與觸發(fā)器93的置位端子93S連接。死區(qū)時間生成部92基于觸發(fā)器93的輸出生成具有用于防止驅(qū)動部10A的貫通的非重疊期間的、任意的一相的高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO，將它們向通電控制部100輸出。
通電控制部100基于高電位側(cè)驅(qū)動信號UP、低電位側(cè)驅(qū)動信號LO以及位置檢測信號H1、H2、H3，在驅(qū)動部10A中生成進行120度通電的驅(qū)動信號UU-WL，向驅(qū)動部10A輸出。例如在UV施力期間中，高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO分別作為開關(guān)元件Tr1和Tr4的驅(qū)動信號UU、UL向驅(qū)動部10A輸出。此外，UV施力期間中，VL為H電平，VU、WU和WL為L電平。還有，通電控制部100將施力狀態(tài)信號ST1到ST6向反向電流檢測部80輸出。
圖5是說明UV施力期間的圖4的電路圖的動作的時序圖。在UV施力期間中，置位信號SP變?yōu)镠電平后，觸發(fā)器93被置位，觸發(fā)器93的輸出通過死區(qū)時間生成部92以及通電控制部100將驅(qū)動信號UU變?yōu)镠電平，將驅(qū)動信號UL變?yōu)長電平。其結(jié)果，成為開關(guān)元件Tr1導通，開關(guān)元件Tr4截止的施力狀態(tài)。在該施力期間中，從電源3向電動機線圈Lu供給源電流，向電動機線圈Lv供給匯集電流。U相電動機電流Iu如圖5的線L1那樣上升。線L1實際上多少有點曲線狀。其平均的斜率由電動機2的電動機線圈的線圈電阻或電感決定。
U相電動機電流Iu的大小被變換為由檢測電阻Rcs表示電壓值的電流檢測信號CS，在比較器41中與轉(zhuǎn)矩指令信號EC進行比較。電流檢測信號CS的值達到轉(zhuǎn)矩指令信號EC后，即電流Iu達到最大電流值Ip后，復位信號CR變?yōu)镠電平，觸發(fā)器93被復位。由此，驅(qū)動信號UU變?yōu)長電平，驅(qū)動信號UL變?yōu)镠電平，開關(guān)元件Tr1截止，接下來成為開關(guān)元件Tr4導通的再生狀態(tài)、即同步整流狀態(tài)。在該同步整流期間中電動機電流將U相作為源極側(cè)、V相作為匯集從而，流過包括開關(guān)元件Tr4、Tr5、電動機線圈Lu、Lv的電流路徑。由于受到電動機2的未圖示的線圈電阻、電動機線圈Lu以及Lv的電感、還有具有與電動機2的轉(zhuǎn)速成比例的大小的反電動勢等的影響，該電動機電流如線L2那樣隨時間衰減。線L2實際上多少有點曲線狀，其平均的斜率按照反電動勢的大小而變化，因此按照轉(zhuǎn)速NR而變化。
此時，在電動機轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)矩指令信號EC的值充分大的情況下，即反電動勢所引起的電流成分的大小比由EC所決定的最大電流值IP充分大的情況下，電動機電流開始在將開關(guān)元件Tr4作為匯集側(cè)、開關(guān)元件Tr5作為源極側(cè)的相反方向流動。因此，開關(guān)元件Tr5的源極電壓比漏極電壓高，通過反向電流檢測部80的動作反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平。其結(jié)果，觸發(fā)器93被置位，開關(guān)元件Tr4截止，接下來開關(guān)元件Tr1導通。由此，再次向施力狀態(tài)轉(zhuǎn)移，開關(guān)元件Tr1成為源極側(cè)，開關(guān)元件Tr5成為匯集側(cè)，向電動機線圈Lu以及Lv供給驅(qū)動電力，U相電動機電流Iu再次開始增加。
因此，實施方式1的電動機驅(qū)動裝置，通過隨著電動機電流的電流方向反相產(chǎn)生的反向電流檢測信號RV而變?yōu)轵?qū)動部10A的實質(zhì)上的PWM頻率上升，但隨著轉(zhuǎn)速降低即隨著反電動勢衰減，PWM頻率降低為通常時的PWM頻率。
即在同步整流期間中，檢測出在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓反相的情況下，截止在施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件，高電位側(cè)開關(guān)元件導通，按照向施力狀態(tài)轉(zhuǎn)移的方式進行通電控制。由此，通過基于反向電流檢測信號RV控制驅(qū)動信號的邏輯電平，在同步整流期間中可抑制在與施力期間的方向相反方向上流過電動機線圈的再生電動機電流的產(chǎn)生。由此，能夠防止在同步整流期間后產(chǎn)生的、電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓的上升。
另外，實施方式1的反向電流檢測部80，具有基于在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓，在同步整流期間中檢測出電動機電流的電流方向的結(jié)構(gòu)。作為其他實施例，也可為基于在施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓極性，在同步整流期間檢測出電動機電流的電流方向的結(jié)構(gòu)。如果為檢測出在同步整流期間中形成的電動機電流的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性的結(jié)構(gòu)，則不限于上述結(jié)構(gòu)而可進行各種變更，這種結(jié)構(gòu)包括在本發(fā)明中。
此外，實施方式1的電動機驅(qū)動裝置中，為了說明簡單，而將通常控制方式作為120度通電方式。作為其他實施例，在180度通電方式以及其他通電方式中也可同樣地進行說明。即作為進行廣角通電時的施力狀態(tài)，有介由源相的一個高電位側(cè)開關(guān)元件和匯集相的兩個低電位側(cè)開關(guān)元件向電動機2供給驅(qū)動電力的狀態(tài)或介由源相的兩個高電位側(cè)開關(guān)元件和匯集相的一個低電位側(cè)開關(guān)元件向電動機2供給驅(qū)動電力的狀態(tài)等，這些狀態(tài)中存在各種同步整流控制的模式，但如果在任一情況下為基于電動機電流流過的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性檢測出在同步整流期間中電動機電流的方向為與施力期間相反的方向這一情況，根據(jù)該檢測結(jié)果控制從再生狀態(tài)變?yōu)槭┝顟B(tài)的結(jié)構(gòu)，則對其結(jié)構(gòu)沒有特別限定，能得到本發(fā)明的效果。
如上所述，實施方式1的電動機驅(qū)動裝置中，檢測出在同步整流期間中電動機電流流過的電流路徑中所包括的任意的開關(guān)元件的電流方向的變化，進行按照該檢測結(jié)果的電動機線圈的通電控制。具體地來說，在同步整流期間中，檢測出電動機電流流過與施力期間中相反方向，變更從同步整流狀態(tài)向施力狀態(tài)的通電控制。
因此，根據(jù)實施方式1，能夠防止通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動等產(chǎn)生的電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。而且，不需要用于防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓上升的電容器或齊納二極管等，因此可實現(xiàn)電動機驅(qū)動裝置的低成本以及小型化。
(實施方式2)以下，參照圖6、圖7，對本發(fā)明的實施方式2進行說明。以下，對實施方式1的電動機驅(qū)動裝置的PWM控制部90A以及生成驅(qū)動信號UU-WL的結(jié)構(gòu)的變更例進行說明。實施方式2的電動機驅(qū)動裝置具備與實施方式1的電動機驅(qū)動裝置1的PWM控制部90A不同結(jié)構(gòu)的PWM控制部90B。除此之外的結(jié)構(gòu)、動作與實施方式1中所說明的相同。另外，實施方式2相關(guān)的電動機驅(qū)動裝置的各構(gòu)成要素以及各種信號參照圖1中所示的符號。
圖6為表示PWM控制部90B的具體結(jié)構(gòu)例的電路圖。PWM控制部90B包括死區(qū)時間生成部92、觸發(fā)器94、觸發(fā)器95。置位信號SP的反相信號與觸發(fā)器94的置位端子94S連接，復位信號CR的反相信號與復位端子94R連接。置位信號SP的反相信號與觸發(fā)器95的置位端子95S連接，反向電流檢測信號RV的反相信號與復位端子95R連接。死區(qū)時間生成部92，基于觸發(fā)器94的輸出生成具有防止貫通的非重疊期間的、高電位側(cè)驅(qū)動信號UP1以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO1。觸發(fā)器95的輸出信號HZ和UP1間的邏輯與UP、以及HZ與LO1間的邏輯與LO分別被輸入到通電控制部100。UP以及LO分別為任意時間的驅(qū)動部10A內(nèi)的任意的一相的高電位側(cè)驅(qū)動信號以及低電位側(cè)驅(qū)動信號。
圖7是說明圖6中UV施力期間的電路圖的動作的時序圖。在任意的時間中，置位信號SP變?yōu)镠電平后，觸發(fā)器94和95分別被置位，因此觸發(fā)器94、95的輸出分別變?yōu)镠電平，高電位側(cè)驅(qū)動信號UP變?yōu)镠電平，低電位側(cè)驅(qū)動信號LO變?yōu)長電平。即如果為UV施力期間，則驅(qū)動信號UU變?yōu)镠電平，驅(qū)動信號UL變?yōu)長電平，因此開關(guān)元件Tr1導通，開關(guān)元件Tr4截止，介由開關(guān)元件Tr1向電動機線圈Lu供給源電流。此時，通過120度通電驅(qū)動信號VL通常為H電平，因此介由開關(guān)元件Tr5向電動機線圈Lv供給匯集電流。即電動機驅(qū)動裝置1在施力期間處于施力狀態(tài)。
接下來，如果電動機電流的大小達到由轉(zhuǎn)矩指令信號EC所決定的最大電流值IP，則復位信號CR變?yōu)镠電平，觸發(fā)器94被復位，其結(jié)果成為驅(qū)動信號UU變?yōu)長電平，并且UL變?yōu)镠電平的再生狀態(tài)即同步整流狀態(tài)。在該同步整流期間中，電動機電流將U相作為源極側(cè)、V相作為匯集側(cè)，流過包括開關(guān)元件Tr4、Tr5、電動機線圈Lu、Lv的電路路徑。由于受到電動機2的未圖示的線圈電阻、電動機線圈Lu以及Lv的電感、還有具有與電動機2的轉(zhuǎn)速成比例的大小的反電動勢等的影響，該電動機電流隨時間衰減。
此時，在轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)矩指令信號EC的值充分大的情況下，即反電動勢所引起的電流成分的大小比由EC所決定的最大電流值IP充分大的情況下，電動機電流開始在將開關(guān)元件Tr4作為匯集側(cè)、開關(guān)元件Tr5作為源極側(cè)的相反方向流動。因此，開關(guān)元件Tr5的源極電壓比漏極電壓高，通過反向電流檢測部80的動作反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平。其結(jié)果，觸發(fā)器95被置位，信號HZ變?yōu)長電平，因此驅(qū)動信號UU以及UL均變?yōu)長電平，U相成為高電位側(cè)開關(guān)元件和低電位側(cè)開關(guān)元件均截止的高阻抗狀態(tài)。將維持高阻抗狀態(tài)的期間稱作高阻抗期間。該高阻抗期間通過輸入下一個置位信號SP而被解除，在此向施力期間轉(zhuǎn)移。
在實施方式1中，在同步整流期間中如果反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平，則自動地向施力期間轉(zhuǎn)移，但在實施方式2中，在同步整流期間中如果反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平，則U相處于高阻抗期間，通過輸入下一個置位信號SP而向施力期間轉(zhuǎn)移。
即在同步整流期間中，檢測出在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓反相的情況下，按照截止在施力期間成為源極側(cè)的相的高電位側(cè)以及低電位側(cè)開關(guān)元件的雙方的方式進行通電控制。通過以這種方式進行控制，在同步整流期間中能夠抑制產(chǎn)生與施力期間的方向相反方向的電動機電流。由此，能夠防止在同步整流期間結(jié)束時所產(chǎn)生的、電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。
此外，在實施方式2的電動機驅(qū)動裝置中，為了說明簡便，將通電控制方式設為120度通電方式。作為其他實施例，在180度通電方式以及其他通電方式中也可同樣地進行說明。如果為基于電動機電流流過的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性檢測出在同步整流期間中電動機電流的方向為與施力期間相反的方向這一情況，根據(jù)該檢測結(jié)果控制從同步整流狀態(tài)變?yōu)槭菇o定相高阻抗的狀態(tài)的結(jié)構(gòu)，則對其結(jié)構(gòu)沒有特別限定，能得到本發(fā)明的效果。
如上所述，在實施方式2的電動機驅(qū)動裝置中，檢測出同步整流期間中電動機電流流過的電流路徑中所包括的任意開關(guān)元件的電流方向的變化，基于所檢測的反向電流檢測信號RV控制驅(qū)動信號的邏輯電平。具體地來說，在同步整流期間中檢測出電動機電流流過與施力期間中相反方向這一情況，變更從同步整流狀態(tài)向高阻抗狀態(tài)的通電控制。
因此，根據(jù)實施方式2，能夠防止通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動等產(chǎn)生的電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。而且，不需要用于防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓上升的電容器或齊納二極管等，因此可實現(xiàn)電動機驅(qū)動裝置的低成本以及小型化。
(實施方式3)以下，參照圖8、圖9，對本發(fā)明的實施方式3進行說明。以下，對實施方式1的電動機驅(qū)動裝置的PWM控制部90A以及生成驅(qū)動信號UU-WL的結(jié)構(gòu)的變更例進行說明。實施方式3的電動機驅(qū)動裝置具備與實施方式1的電動機驅(qū)動裝置1的PWM控制部90A不同結(jié)構(gòu)的PWM控制部90C。除此之外的結(jié)構(gòu)、動作與實施方式1中所說明的相同。另外，實施方式3相關(guān)的電動機驅(qū)動裝置的各構(gòu)成要素以及各種信號參照圖1中所示的符號。
圖8為表示PWM控制部90C的具體結(jié)構(gòu)例的電路圖。PWM控制部90C包括死區(qū)時間生成部92、脈寬設定部98、觸發(fā)器93。脈寬設定部98輸入反向電流檢測信號RV，在反向電流檢測信號RV為H電平時輸出只有第一給定期間TL1變?yōu)镠電平的脈寬設定部信號RVL。作為脈寬設定部98的結(jié)構(gòu)例如也可采用多諧振蕩器等，第一給定期間TL1也可為固定值，也可為按照轉(zhuǎn)速變化的值，也可為以基于位置檢測信號或通電切換的定時等的給定的電角度為基準而設定的值。置位信號SP的反相信號與觸發(fā)器93的置位端子93S連接，復位信號CR的反相信號與復位端子93R連接。死區(qū)時間生成部92，基于脈寬設定部信號RVL的反相信號和觸發(fā)器93的邏輯與，生成具有防止驅(qū)動部10A的貫通的非重疊期間的、任意一相的高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO，將它們向通電控制部100輸出。
圖9是說明圖8中UV施力期間的電路圖的動作的時序圖。在任意的時間中，置位信號SP變?yōu)镠電平后，觸發(fā)器93被置位，因此高電位側(cè)驅(qū)動信號UP變?yōu)镠電平，低電位側(cè)驅(qū)動信號LO變?yōu)長電平。即如果為UV施力期間，則驅(qū)動信號UU變?yōu)镠電平，驅(qū)動信號UL變?yōu)長電平，因此開關(guān)元件Tr1導通，開關(guān)元件Tr4截止，介由開關(guān)元件Tr1向電動機線圈Lu供給源電流。此時，通過120度通電驅(qū)動信號VL通常為H電平，因此介由開關(guān)元件Tr5向電動機線圈Lv供給匯集電流。即電動機驅(qū)動裝置1在施力期間處于施力狀態(tài)。
接下來，如果電動機電流的大小達到由轉(zhuǎn)矩指令信號EC所決定的最大電流值IP，則復位信號CR變?yōu)镠電平，觸發(fā)器93被復位，其結(jié)果成為驅(qū)動信號UU變?yōu)長電平，并且UL變?yōu)镠電平的再生狀態(tài)即同步整流狀態(tài)。在該同步整流期間中，電動機電流將U相作為源極側(cè)、V相作為匯集側(cè)，流過包括開關(guān)元件Tr4、Tr5、電動機線圈Lu、Lv的電路路徑。由于受到電動機2的未圖示的線圈電阻、電動機線圈Lu以及Lv的電感、還有具有與電動機2的轉(zhuǎn)速成比例的大小的反電動勢等的影響，該電動機電流隨時間衰減。
此時，在轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)矩指令信號EC的值充分大的情況下，即反電動勢所引起的電流成分的大小比由EC所決定的最大電流值IP充分大的情況下，電動機電流開始在將開關(guān)元件Tr4作為匯集側(cè)、開關(guān)元件Tr5作為源極側(cè)的相反方向流動。因此，開關(guān)元件Tr5的源極電壓比漏極電壓高，通過反向電流檢測部80的動作反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平。其結(jié)果，脈寬設定部98輸出只在第一給定期間TL1為H電平的脈寬設定部信號RVL。脈寬設定部信號RVL為H電平的期間，高電位側(cè)驅(qū)動信號UP保持L電平，低電位側(cè)驅(qū)動信號LO保持H電平。即電動機驅(qū)動裝置1處于同步整流狀態(tài)。該狀態(tài)只持續(xù)第一給定期間TL1。脈寬設定部信號RVL變?yōu)長電平后，觸發(fā)器93的輸出變?yōu)槭鼓軤顟B(tài)，因此恢復到通常的通電控制狀態(tài)。在此，第一給定期間TL1成為電動機電流流過的電流路徑所具有的兩倍時間常數(shù)范圍的值。
即在同步整流期間中，檢測出在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓反相的情況下，按照以電動機電流的路徑所具有的兩倍時間常數(shù)的范圍的給定時間繼續(xù)同步整流期間的方式進行通電控制。在同步整流期間中，通過電動機線圈和依賴于開關(guān)元件的導通電阻的阻抗成分、轉(zhuǎn)速的降低等，電動機線圈中所產(chǎn)生的反電動勢衰減。因此，如上所述，如果為了反電動勢衰減而繼續(xù)同步整流期間充足的時間，則流過與施力期間的方向相反方向的電動機電流變小。由此，能夠防止在同步整流期間結(jié)束后產(chǎn)生的、電動機電流向電源的反向電流所引起的電源電壓的上升。
此外，在實施方式3的電動機驅(qū)動裝置中，為了說明簡便，將通電控制方式設為120度通電方式。作為其他實施例，在180度通電方式等其他通電方式中也可同樣地進行說明。如果為基于電動機電流流過的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性檢測出在同步整流期間中電動機電流的方向為與施力期間相反的方向這一情況，根據(jù)該檢測結(jié)果按照繼續(xù)同步整流狀態(tài)給定期間的方式進行控制的結(jié)構(gòu)，則對其結(jié)構(gòu)沒有特別限定，能得到本發(fā)明的效果。
如上所述，在實施方式3的電動機驅(qū)動裝置中，檢測出同步整流期間中電動機電流流過的電流路徑中所包括的任意開關(guān)元件的電流方向的變化，基于所檢測的反向電流檢測信號RV控制驅(qū)動信號的邏輯電平。具體地來說，在同步整流期間中檢測出電動機電流流過與施力期間中相反方向這一情況，按照繼續(xù)同步整流狀態(tài)給定時間的方式變更通電控制直到反電動勢所引起的電動機電流衰減到不產(chǎn)生電源電壓的上升的程度的大小為止。
因此，根據(jù)實施方式3，能夠防止通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動等產(chǎn)生的電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。而且，不需要用于防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓上升的電容器或齊納二極管等，因此可實現(xiàn)電動機驅(qū)動裝置的低成本以及小型化。
(實施方式4)以下，參照圖10、圖11，對本發(fā)明的實施方式4進行說明。以下，對實施方式1的電動機驅(qū)動裝置的PWM控制部90A以及生成驅(qū)動信號UU-WL的結(jié)構(gòu)的變更例進行說明。實施方式4的電動機驅(qū)動裝置具備與實施方式1的電動機驅(qū)動裝置1的PWM控制部90A不同結(jié)構(gòu)的PWM控制部90D。除此之外的結(jié)構(gòu)、動作與實施方式1中所說明的相同。另外，實施方式4相關(guān)的電動機驅(qū)動裝置的各構(gòu)成要素以及各種信號參照圖1中所示的符號。
圖10為表示PWM控制部90D的具體結(jié)構(gòu)例的電路圖。PWM控制部90D包括死區(qū)時間生成部92、觸發(fā)器93、脈寬設定部98。脈寬設定部98輸入反向電流檢測信號RV，在反向電流檢測信號RV為H電平時輸出只有第二給定期間TL2變?yōu)镠電平的脈沖信號。作為脈寬設定部98的結(jié)構(gòu)例如也可采用多諧振蕩器或觸發(fā)器等，第二給定期間TL2也可為固定值，也可為按照轉(zhuǎn)速變化的值，也可為以基于位置檢測信號或通電切換的定時等的給定的電角度為基準而設定的值。置位信號SP的反相信號與觸發(fā)器93的置位端子93S連接，復位信號CR的反相信號與復位端子93R連接。死區(qū)時間生成部92，基于觸發(fā)器93的輸出，生成具有防止驅(qū)動部10A的貫通的非重疊期間的、任意一相的高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LOA。邏輯與194被輸入脈寬設定部信號RVL的反相信號和低電位側(cè)驅(qū)動信號LOA，輸出低電位側(cè)驅(qū)動信號LO。高電位側(cè)驅(qū)動信號UP以及低電位側(cè)驅(qū)動信號LO被輸出到通電控制部100。
圖11是說明圖10的電路圖的動作的時序圖。在任意的時間中，置位信號SP變?yōu)镠電平后，觸發(fā)器93被置位，因此高電位側(cè)驅(qū)動信號UP變?yōu)镠電平，低電位側(cè)驅(qū)動信號LO變?yōu)長電平。即如果為UV施力期間，則驅(qū)動信號UU變?yōu)镠電平，驅(qū)動信號UL變?yōu)長電平，因此開關(guān)元件Tr1導通，開關(guān)元件Tr4截止，介由開關(guān)元件Tr1向電動機線圈Lu供給源電流。此時，通過120度通電驅(qū)動信號VL通常為H電平，因此介由開關(guān)元件Tr5向電動機線圈Lv供給匯集電流。即電動機驅(qū)動裝置1在施力期間處于施力狀態(tài)。
接下來，如果電動機電流的大小達到由轉(zhuǎn)矩指令信號EC所決定的最大電流值IP，則復位信號CR變?yōu)镠電平，觸發(fā)器93被復位，其結(jié)果成為驅(qū)動信號UU變?yōu)長電平，并且UL變?yōu)镠電平的再生狀態(tài)即同步整流狀態(tài)。在該同步整流期間中，電動機電流將U相作為源極側(cè)、V相作為匯集側(cè)，流過包括開關(guān)元件Tr4、Tr5、電動機線圈Lu、Lv的電路路徑。由于受到電動機2的未圖示的線圈電阻、電動機線圈Lu以及Lv的電感、還有具有與電動機2的轉(zhuǎn)速成比例的大小的反電動勢等的影響，該電動機電流隨時間衰減。
此時，在轉(zhuǎn)速相對轉(zhuǎn)矩指令信號EC的值充分大的情況下，即反電動勢所引起的電流成分的大小比由EC所決定的最大電流值IP充分大的情況下，電動機電流開始在將開關(guān)元件Tr4作為匯集側(cè)、開關(guān)元件Tr5作為源極側(cè)的相反方向流動。因此，開關(guān)元件Tr5的源極電壓比漏極電壓高，通過反向電流檢測部80的動作反向電流檢測信號RV變?yōu)镠電平。其結(jié)果，脈寬設定部98輸出只在第二給定期間TL2為H電平的脈寬設定部信號RVL。脈寬設定部信號RVL為H電平的期間，低電位側(cè)驅(qū)動信號LO被固定為L電平。即在UV施力期間中，開關(guān)元件Tr4處于截止狀態(tài)。因此，驅(qū)動部10A，只有成為源相的任意一相的高電位側(cè)開關(guān)元件進行PWM控制，在再生期間中不進行同步整流控制。該狀態(tài)只持續(xù)第二給定期間TL2。脈寬設定部信號RVL變?yōu)長電平后，作為死區(qū)時間生成部92的輸出信號的低電位側(cè)驅(qū)動信號LOA變?yōu)槭鼓軤顟B(tài)，因此恢復到包括通常的同步整流狀態(tài)的通電控制狀態(tài)。
即在同步整流期間中，檢測出在施力期間成為匯集側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓反相的情況下，進行給定時間的通電控制以使進行只有施力期間成為源極側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件導通截止的PWM控制，低電位側(cè)開關(guān)元件通常為截止狀態(tài)。即反向電流檢測后的給定時間不進行同步整流控制。通過進行這種控制，在再生期間中電動機電流不在介由施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的路徑中回流。即與低電位側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接的二極管相對反電動勢逆偏置。由此，抑制由反電動勢所產(chǎn)生的電動機電流的增大，能夠防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓的上升。
還有，不限于上述結(jié)構(gòu)，也可在介由在施力期間成為源極側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件和在施力期間成為匯集側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件流過電動機電流，通過這樣進行同步整流控制的情況下，在同步整流期間中檢測出電動機電流的電流方向與施力期間相反的情況時，對在施力期間成為匯集側(cè)的相進行通電控制以使低電位側(cè)開關(guān)元件進行PWM驅(qū)動即可。
此外，在實施方式4的電動機驅(qū)動裝置中，為了說明簡便，將通電控制方式設為120度通電方式。作為其他實施例，在180度通電方式等其他通電方式中也可同樣地進行說明。如果為基于電動機電流流過的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性檢測出在同步整流期間中電動機電流的方向為與施力期間相反的方向這一情況，根據(jù)該檢測結(jié)果按照在給定期間不進行同步整流控制的方式進行控制的結(jié)構(gòu)，則對其結(jié)構(gòu)沒有特別限定，能得到本發(fā)明的效果。
還有，實施方式4中對采用電流控制型PWM驅(qū)動方式的電動機驅(qū)動裝置進行了描述，但不限于上述結(jié)構(gòu)，在采用電壓控制型PWM驅(qū)動方式的電動機驅(qū)動裝置中也可適用本發(fā)明。即在隨著同步整流期間的電壓控制型PWM驅(qū)動方式中，如果為基于電動機電流流過的電流路徑中所包括的給定位置的電壓極性檢測出在同步整流期間中電動機電流的方向為與施力期間相反的方向這一情況，根據(jù)該檢測結(jié)果按照在給定期間不進行同步整流控制的方式進行控制的結(jié)構(gòu)，則對其結(jié)構(gòu)沒有特別限定，能得到本發(fā)明的效果如上所述，在實施方式4的電動機驅(qū)動裝置中，檢測出同步整流期間中電動機電流流過的電流路徑中所包括的任意開關(guān)元件的電流方向的變化，基于所檢測的反向電流檢測信號RV控制驅(qū)動信號的邏輯電平。具體地來說，在同步整流期間中檢測出電動機電流流過與施力期間中相反方向這一情況，變更通電控制以使在給定時間不進行同步整流控制。
因此，根據(jù)實施方式4，能夠防止通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動等產(chǎn)生的電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。而且，不需要用于防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓上升的電容器或齊納二極管等，因此可實現(xiàn)電動機驅(qū)動裝置的低成本以及小型化。
(實施方式5)以下，參照圖12、圖13，對本發(fā)明的實施方式5進行說明。以下，對實施方式1的電動機驅(qū)動裝置的驅(qū)動部10A的變更例進行說明。實施方式5的電動機驅(qū)動裝置具備與實施方式1的電動機驅(qū)動裝置1的驅(qū)動部10A不同結(jié)構(gòu)的驅(qū)動部10B和新的檢測相控制部70。除此之外的結(jié)構(gòu)、動作與實施方式1中所說明的相同。另外，PWM控制部90A的結(jié)構(gòu)也可是實施方式2所示的PWM控制部90B，也可是實施方式3所示的PWM控制部90C。另外，實施方式5相關(guān)的電動機驅(qū)動裝置的各構(gòu)成要素以及各種信號參照圖1中所示的符號。
圖12是表示實施方式5的電動機驅(qū)動裝置150的整體結(jié)構(gòu)例的框圖。驅(qū)動部10B由橋式連接的6個開關(guān)元件Tr1到Tr6構(gòu)成，各開關(guān)元件Tr1到Tr6分別與二極管D1到D6反并聯(lián)連接。還有，開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9分別與低電位側(cè)各開關(guān)元件Tr4、Tr5、Tr6并聯(lián)連接。各相的兩個低電位側(cè)開關(guān)元件的并聯(lián)導通電阻與各相的高電位側(cè)開關(guān)元件Tr1、Tr2、Tr3的各導通電阻實質(zhì)上相等。在該驅(qū)動部10B中，電動機線圈Lu的一端與開關(guān)元件Tr1和開關(guān)元件Tr4的連接點連接，電動機線圈Lv的一端與開關(guān)元件Tr2和開關(guān)元件Tr5的連接點連接，電動機線圈Lw的一端與開關(guān)元件Tr3和開關(guān)元件Tr6的連接點連接。各開關(guān)元件Tr1到Tr6按照來自通電控制部100的驅(qū)動信號UU-WL的邏輯電平進行導通截止的開關(guān)動作，開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9按照來自檢測相控制部70的驅(qū)動信號ULS、VLS、WLS進行導通截止的開關(guān)動作，將驅(qū)動電力從電源3供給到電動機2的各相電動機線圈Lu、Lv、Lw。開關(guān)元件Tr1到Tr9可使用場效應型晶體管、雙極晶體管、IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor)等。
檢測相控制部70，基于高電位側(cè)驅(qū)動信號UU、VU、WU以及施力狀態(tài)信號ST1到ST6，生成用于驅(qū)動開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9的驅(qū)動信號ULS、VLS、WLS，向驅(qū)動部10B輸出。
圖13是表示檢測相控制部70的具體的結(jié)構(gòu)例的電路圖。檢測相控制部70在驅(qū)動部10B的施力期間中即源相的高電位側(cè)開關(guān)元件的導通期間中，導通開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9中匯集相的開關(guān)元件。另一方面，在再生期間中，截止開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9中匯集相的開關(guān)元件，匯集相成為只有被并聯(lián)連接的兩個低電位側(cè)開關(guān)元件中的一個導通的狀態(tài)。
圖14是說明UV施力期間以及UW施力期間的圖4的電路圖的動作的時序圖。例如，在UV施力期間中，與成為源相的開關(guān)元件Tr1的驅(qū)動信號UU同步，成為匯集相的開關(guān)元件Tr8的驅(qū)動信號VLS進行導通截止。即在施力期間中，開關(guān)元件Tr8與開關(guān)元件Tr5一起導通，以與高電位側(cè)開關(guān)元件的各導通電阻相等的導通電阻導通。此外，在再生期間中，截止開關(guān)元件Tr8，增大開關(guān)元件Tr5和Tr8的并聯(lián)導通電阻。由此，由于電流檢測位置的開關(guān)元件兩端的導通電壓增大，因此在再生期間中可容易檢測出電動機電流的電流方向。
另外，不限于上述結(jié)構(gòu)，也有基于在施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的導通電壓，在再生期間檢測出電動機電流的情況。在該情況下，也可采用在再生期間中截止低電位側(cè)開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9中在施力期間成為源極側(cè)的相的低電位側(cè)開關(guān)元件的一個的結(jié)構(gòu)。
此外，還有通過在再生期間對在施力期間成為源極側(cè)的相的高電位側(cè)開關(guān)元件和在再生期間成為匯集相的高電位側(cè)開關(guān)元件進行導通控制，二進行同步整流控制的情況。此時，將開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9分別與高電位側(cè)開關(guān)元件Tr1到Tr3并聯(lián)連接。在用于得知電動機電流的電流方向的導通電壓檢測時，截止與進行導通電壓檢測的相連接的開關(guān)元件Tr7、Tr8、Tr9的任一個。由此，即使為增大進行導通電壓檢測的開關(guān)元件兩端的導通電壓的結(jié)構(gòu)也能得到與本發(fā)明相同的效果。
即如果為通過增大在電動機電流所流過的電流路徑中所包括的給定的開關(guān)元件兩端的導通電壓，能夠容易地檢測電動機電流的電流方向的結(jié)構(gòu)，則不限制上述結(jié)構(gòu)可有各種變更，這種結(jié)構(gòu)也包括在本發(fā)明中。
如上所述，通過增大在電動機電流所流過的電流路徑中所包括的給定的開關(guān)元件兩端的導通電壓，能夠容易地檢測電動機電流的電流方向。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施方式5，能夠?qū)崿F(xiàn)對實施方式1到4的防止電動機電流對電源的回流所引起的電源電壓上升提高可靠性。
另外，實施方式5中對采用電流控制型PWM驅(qū)動方式的電動機驅(qū)動裝置進行了描述，但不限于上述結(jié)構(gòu)，在采用電壓控制型PWM驅(qū)動方式的電動機驅(qū)動裝置中也可適用本發(fā)明。即在隨著同步整流期間的電壓控制型PWM驅(qū)動方式中，通過增大在再生期間中的電動機電流的路徑中所包括的給定的開關(guān)元件兩端的導通電壓，能夠容易地檢測電動機電流的電流方向的結(jié)構(gòu)，則不限制上述結(jié)構(gòu)，可得到本發(fā)明的效果。
因此，根據(jù)實施方式5，能夠防止通過轉(zhuǎn)矩的減速指令或負載變動等產(chǎn)生的電動機電流對電源的反向電流所產(chǎn)生的電源電壓的上升。而且，不需要用于防止電動機電流對電源的反向電流所引起的電源電壓上升的電容器或齊納二極管等，因此可實現(xiàn)電動機驅(qū)動裝置的低成本以及小型化。
在以上的實施方式中，以三相電動機為例進行了說明，但對其他的N相電動機(N為2以上的整數(shù))也能同樣進行說明。此外，在實施方式中展開的說明全部為具體化本發(fā)明的一例，本發(fā)明并不限于這些例子。
本發(fā)明作為電動機驅(qū)動裝置以及電動機驅(qū)動方法在生產(chǎn)上非常有用。
權(quán)利要求
1.一種電動機驅(qū)動裝置，通過反復切換施力狀態(tài)和再生狀態(tài)向電動機供給驅(qū)動電力，具有生成驅(qū)動信號的驅(qū)動信號生成機構(gòu)；基于所述驅(qū)動信號生成所述驅(qū)動電力的驅(qū)動機構(gòu)；和在所述再生狀態(tài)中，檢測流入所述電動機的電動機電流進行方向反向的時刻，生成反向電流檢測信號的反向電流檢測機構(gòu)，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，基于所述反向電流檢測信號控制所述驅(qū)動信號的邏輯電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)，包括N相的高電位側(cè)開關(guān)元件組和N相的低電位側(cè)開關(guān)元件組，其中N為2以上的整數(shù)，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，生成N相的高電位側(cè)驅(qū)動信號和N相的低電位側(cè)驅(qū)動信號，所述N相的高電位側(cè)驅(qū)動信號分別控制所述N相的高電位側(cè)開關(guān)元件組，所述N相的低電位側(cè)驅(qū)動信號分別控制所述N相的低電位側(cè)開關(guān)元件組，在任意一相中的所述施力狀態(tài)中，所述高電位側(cè)驅(qū)動信號為動作狀態(tài)電平，所述低電位側(cè)驅(qū)動信號為非動作狀態(tài)電平，或者與此相反。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，在生成所述反向電流檢測信號時，控制至少一相中的所述高電位側(cè)驅(qū)動信號和低電位側(cè)驅(qū)動信號兩個的邏輯電平為所述施力狀態(tài)中的邏輯電平。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，在生成所述反向電流檢測信號時，控制至少一相中的所述高電位側(cè)驅(qū)動信號和低電位側(cè)驅(qū)動信號兩個的邏輯電平為非動作狀態(tài)電平。
5.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，在生成所述反向電流檢測信號時，維持至少一相中的所述高電位側(cè)驅(qū)動信號和低電位側(cè)驅(qū)動信號的邏輯電平在第一給定期間為所述反向電流檢測信號生成之前的狀態(tài)。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，在生成所述反向電流檢測信號時，控制至少一相中的所述高電位側(cè)驅(qū)動信號和低電位側(cè)驅(qū)動信號中的任一方的邏輯電平在第二給定期間為非動作狀態(tài)電平。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)，在所述N相的高電位側(cè)開關(guān)元件組和所述N相的低電位側(cè)開關(guān)元件組中的任一方的開關(guān)元件組中，輸出至少一相的開關(guān)元件的導通電壓，所述反向電流檢測機構(gòu)，基于所述導通電壓與給定電壓之間的比較，生成反向電流檢測信號。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述驅(qū)動機構(gòu)，在所述任一方的開關(guān)元件組中，具備與所述至少一相的開關(guān)元件并聯(lián)的其他的開關(guān)元件，在所述再生狀態(tài)下，將所述其他開關(guān)元件變?yōu)榉莿幼鳡顟B(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求1～8中任一項所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，還具有電流檢測部，其檢測出所述電動機的電動機電流的大小，生成電流檢測信號；和轉(zhuǎn)矩指令信號生成機構(gòu)，其生成指定所述電動機的轉(zhuǎn)矩的轉(zhuǎn)矩指令信號，所述驅(qū)動信號生成機構(gòu)，基于所述電流檢測信號和所述轉(zhuǎn)矩指令信號之差，控制所述驅(qū)動信號的邏輯電平。
10.一種電動機驅(qū)動方法，通過反復切換施力狀態(tài)和再生狀態(tài)向電動機供給驅(qū)動電力，具有生成驅(qū)動信號的步驟；基于所述驅(qū)動信號生成所述驅(qū)動電力的步驟；和在所述再生狀態(tài)中，檢測流入所述電動機的電動機電流進行方向反向的時刻，生成反向電流檢測信號的步驟，基于所述反向電流檢測信號控制所述驅(qū)動信號的邏輯電平。
全文摘要
通過急劇的減速指令，電動機電流在同步整流期間中，在與施力期間的方向相反的方向中變大流動，在同步整流期間結(jié)束時流入電源，防止導致電源電壓的上升。反向電流檢測部在同步整流期間中基于電動機電流的路徑中所包括的開關(guān)元件的導通電壓的極性，檢測出電動機電流的電流方向，向PWM控制部輸出表示該檢測結(jié)果的反向電流檢測信號。通過反向電流檢測信號進行生成驅(qū)動部內(nèi)的給定的開關(guān)元件的驅(qū)動信號的PWM控制部的輸出變更控制，在同步整流期間中電動機電流沿與施力期間相反的方向流動時變更驅(qū)動部的通電模式。根據(jù)這種結(jié)構(gòu)，抑制電動機電流向電源側(cè)流入，能夠防止電源電壓的上升。
文檔編號H02P6/12GK1949652SQ20061014164
公開日2007年4月18日 申請日期2006年10月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年10月11日
發(fā)明者高田剛, 森英明, 山本泰永 申請人:松下電器產(chǎn)業(yè)株式會社