專利名稱：開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)，尤其涉及一種用于SRM的驅(qū)動(dòng)控制裝置，以防止過量的驅(qū)動(dòng)電流流入SRM。
一般來說，一個(gè)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)包括如

圖1所示的一個(gè)定子2和一個(gè)轉(zhuǎn)子4，其中定子2有三對磁極+A和-A，+B和-B，以及+C和-C(或者，凸極C)，在它們上面分別纏繞著A相位線圈6，B相位線圈8和C相位線圈10。
這樣一個(gè)用于SRM的驅(qū)動(dòng)器結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，一個(gè)平滑電容器C用于產(chǎn)生一直流電壓，多個(gè)開關(guān)元件Q1到Q6用于將電壓施加到對應(yīng)的相位線圈6、8和10，6個(gè)二極管D1到D6用于反電動(dòng)勢的反饋，該反電動(dòng)勢是在施加電壓到每個(gè)所述相位線圈后在對應(yīng)的開關(guān)元件Q1到Q6關(guān)斷的時(shí)刻產(chǎn)生的。
A相位開關(guān)元件Q1和Q2的切換操作可由從一個(gè)選通信號(hào)發(fā)生單元產(chǎn)生的信號(hào)控制。該單元如圖3所示包括一個(gè)振蕩器12輸出“脈寬調(diào)制”(PWM)信號(hào)，一個(gè)“與”邏輯門16產(chǎn)生所述產(chǎn)生的PWM信號(hào)和位置信息信號(hào)的邏輯乘積，該位置信息信號(hào)在轉(zhuǎn)子4對著定子2的A相位磁極時(shí)由A相位位置檢測器14獲得，其中來自“與”邏輯門16的信號(hào)施加到上部的A相位開關(guān)元件Q1，以及其中來自A相位位置檢測器14的位置信息信號(hào)施加到下部的A相位開關(guān)元件Q2。
對SRM的A相位作用一個(gè)動(dòng)力可通過將操作信號(hào)供給A相位相關(guān)開關(guān)元件Q1、Q2的柵極來實(shí)現(xiàn)。激勵(lì)的開關(guān)元件Q1、Q2允許電流流過定子2的A相位線圈，導(dǎo)致定子磁極+A和-A的磁化。這個(gè)磁化的磁極推動(dòng)靠近A相位磁極設(shè)置的轉(zhuǎn)子4。
B和C相位線圈8和10同樣也如同A相位相關(guān)動(dòng)作一般操作，其中用于定子2磁化的A、B和C相位的次序被保持，由此電動(dòng)機(jī)可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
然而，當(dāng)驅(qū)動(dòng)器出現(xiàn)非正常操作和浪涌電流時(shí)不能保證常規(guī)使用的SRM的可靠性，進(jìn)而使電動(dòng)機(jī)的效率變得較低。此外，還有一個(gè)問題就是由于在每個(gè)相位初始啟動(dòng)時(shí)的電流波動(dòng)，或轉(zhuǎn)矩波動(dòng)現(xiàn)象而產(chǎn)生來自電動(dòng)機(jī)的大的噪聲。
圖4展示了一個(gè)在美國專利5,225,758中公開的一個(gè)用于可變磁阻電動(dòng)機(jī)，或SRM的驅(qū)動(dòng)器的示意方框圖，這里驅(qū)動(dòng)器以這樣一種方式控制電動(dòng)機(jī)，使得對于電流偏移或電流指令提供給線圈的平均電壓線性地變化。為此，驅(qū)動(dòng)器要有一個(gè)絕對值電路20，一個(gè)PWM電路21，一個(gè)極性確定電路12，一個(gè)信號(hào)選擇電路23，第一和第二驅(qū)動(dòng)器24a，24b，一個(gè)“接通/關(guān)斷”信號(hào)發(fā)生器30，以及一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路40。
絕對值電路20接收來自一個(gè)主計(jì)算機(jī)的電流指令和實(shí)際電流的電流偏移，比較它們與載波信號(hào)，產(chǎn)生一個(gè)代表電流偏移，的絕對值|，|的輸出，并將它輸出到PWM電路21，其中PWM電路21比較電流偏移，的絕對值|，|與載波信號(hào)以得到一個(gè)PWM信號(hào)，然后輸出它到信號(hào)選擇電路23。
在電流偏移，大于0伏的情況下，極性確定電路12輸出一個(gè)低電平信號(hào)以接通驅(qū)動(dòng)電器40的第一晶體管Q1。在“接通/關(guān)斷”信號(hào)發(fā)生器30的輸出信號(hào)為高電平期間，第二晶體管Q2根據(jù)從PWM電路21輸出的PWM信號(hào)接通/關(guān)斷。
在電流偏移，小于0伏的情況下，第二晶體管Q2由信號(hào)選擇電路23關(guān)斷，并且第一晶體管Q1由PWM信號(hào)接通/關(guān)斷。
結(jié)果，平均線圈電壓相對于電流偏移，或電流指令線性變化，所以電動(dòng)機(jī)的控制得以容易地完成。
上面的用于SRM的驅(qū)動(dòng)器根據(jù)電流偏差或電流控制確定PWM的占空比，并且選擇和操作根據(jù)電流偏移的極性應(yīng)用PWM的開關(guān)元件，從而導(dǎo)致相對于電流偏差或電流控制的平均線圈電壓線性變化。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的驅(qū)動(dòng)器，借助于它通過保護(hù)驅(qū)動(dòng)器抑制浪涌電流進(jìn)一步改善SRM的可靠性。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是提供一種用于SRM的驅(qū)動(dòng)器，它可以通過消除在電動(dòng)機(jī)的每個(gè)相位的初始啟動(dòng)時(shí)刻的驅(qū)動(dòng)電流中的波動(dòng)(轉(zhuǎn)矩)分量來降低來自電動(dòng)機(jī)的大的噪聲。
上述目的通過一個(gè)用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的驅(qū)動(dòng)電路得以實(shí)現(xiàn)，該電路具有多個(gè)開關(guān)元件響應(yīng)從外部輸入的選通信號(hào)工作，用于施加或切斷加到每個(gè)相位線圈的直流電壓，該電路包括
用于檢測流進(jìn)SRM驅(qū)動(dòng)電路的電流量，并輸出一個(gè)代表驅(qū)動(dòng)電路中電流量的信號(hào)的電流檢測裝置；用于響應(yīng)來自電流檢測裝置的輸出信號(hào)比較一個(gè)參考電流量與驅(qū)動(dòng)電路中的電流量，并在SRM驅(qū)動(dòng)電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一個(gè)停止信號(hào)的比較裝置；以及用于接收來自比較裝置的輸出信號(hào)，“脈沖寬度調(diào)制”(PWM)信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并輸出一個(gè)選通控制信號(hào)以在來自比較裝置的停止信號(hào)輸入期間關(guān)斷開關(guān)元件的信號(hào)選擇裝置。
從下面參考附圖描述的實(shí)施例，本發(fā)明的其他目的和方面就變得顯而易見，其中圖1示意性地展示了一個(gè)常規(guī)開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的結(jié)構(gòu)；圖2展示了用于驅(qū)動(dòng)SRM的詳細(xì)的常規(guī)電路圖；圖3展示了用于圖2的開關(guān)元件的示意性選通控制電路；圖4展示了在美國專利5,225,758中公開的可變磁阻電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)器示意性方框圖；圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的SRM的驅(qū)動(dòng)電路；圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)SRM的一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制裝置的電路；圖7展示了圖6中各部分的波形；以及圖8展示了在電流控制后的電流波形。
下面將參照附圖詳細(xì)地描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的驅(qū)動(dòng)電路，該電路包括一個(gè)平滑電容器C，用于產(chǎn)生直流電壓，多個(gè)開關(guān)元件Q1到Q6，用于施加電壓到對應(yīng)的相位線圈6、8和10，6個(gè)二極管D1到D6用于反電動(dòng)勢的反饋，該反電動(dòng)勢是在施加電壓到每個(gè)所述相位線圈后在相應(yīng)開關(guān)元件Q1到Q6的關(guān)斷時(shí)刻產(chǎn)生的，以及一電阻器Rs，用于檢測流過開關(guān)元件Q1到Q6的電流并輸出一個(gè)與檢測的電流量成比例的電壓。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動(dòng)SRM的一個(gè)驅(qū)動(dòng)控制裝置的電路圖，特別是在控制開關(guān)元件Q1，Q2的柵極的情況下，操作開關(guān)元件Q1，Q2施加或切斷加到A相位線圈6的電壓。
如圖6所示本發(fā)明用于SRM的驅(qū)動(dòng)控制裝置包括電流檢測裝置50，用于檢測流進(jìn)SRM驅(qū)動(dòng)電路的電流量并輸出一個(gè)代表驅(qū)動(dòng)電路中流動(dòng)的電流量的信號(hào)，比較裝置60，用于響應(yīng)來自電流檢測裝置50的輸出信號(hào)比較一個(gè)參考電流量與驅(qū)動(dòng)電路中的電流量，并且在SRM驅(qū)動(dòng)電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一個(gè)停止信號(hào)，以及信號(hào)選擇裝置70，用于接收來自比較裝置60的輸出信號(hào)，“脈寬調(diào)制”(PWM)信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并且輸出一個(gè)選通控制信號(hào)用于在來自比較裝置60的停止信號(hào)的輸入期間關(guān)斷開關(guān)元件。
電流檢測裝置50具有一個(gè)電流檢測電阻器Rs耦合到SRM的驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)(-)端，用于輸出一個(gè)與驅(qū)動(dòng)電流值成正比的電壓信號(hào)。
比較裝置60包含一個(gè)可變電阻器VR，用于確定參考電壓Vref，一個(gè)電容器C1，用于消除從電流檢測電阻器Rs輸出的電壓信號(hào)中包含的噪聲分量，一個(gè)運(yùn)算放大器，用于在通過電容器C1施加的電壓信號(hào)的電壓值大于參考電壓Vref的電壓值時(shí)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，并在通過電容器C1施加的電壓信號(hào)的電壓值小于參考電壓Vref的電壓值時(shí)輸出一個(gè)高電平信號(hào)。
信號(hào)選擇裝置70包含一個(gè)第一邏輯乘積門72，用于實(shí)現(xiàn)來自比較裝置60的輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的邏輯乘積并且隨后產(chǎn)生一個(gè)用于控制下部的開關(guān)元件Q2的柵極的信號(hào)，以及一個(gè)第二邏輯乘積門74，用于實(shí)現(xiàn)來自第一邏輯乘積門72的輸出信號(hào)與PWM信號(hào)的邏輯乘積并且隨后產(chǎn)生一個(gè)用于控制上部的開關(guān)元件Q1的柵級(jí)的信號(hào)。
參考符號(hào)R1表示一個(gè)偏置電阻。
如此構(gòu)成的本發(fā)明用于SRM的驅(qū)動(dòng)器控制裝置的操作和效果將參照圖5到8描述。
通過相同的電壓施加過程一個(gè)直流電壓被加到用于SRM的驅(qū)動(dòng)電路的A，B和C相位線圈6，8，10。
為了施加電功率到SRM的A相位線圈6，如果一個(gè)工作信號(hào)被提供到開關(guān)元件Q1，Q2的柵極，電流流進(jìn)定子的A相位線圈6，使得定子的磁極+A和-A磁化。磁化的A相位磁極產(chǎn)生一個(gè)吸引附近轉(zhuǎn)子的力，這導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
同樣地，上述過程也應(yīng)用于B和C相位線圈8和10。然后，A、B和C相位的定子以上述次序順序地磁化，導(dǎo)致了SRM的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
此時(shí)，當(dāng)A相位相關(guān)的開關(guān)元件Q1和Q2關(guān)斷，而B相位相關(guān)的開關(guān)元件接通時(shí)，保留在A相位線圈上的電壓通過二極管D2，A相位線圈6和隨后的二極管D1給電容器C充電，其中充電的電壓此后應(yīng)用在順序操作期間。這個(gè)作用改善了電動(dòng)機(jī)的效率。
連接到驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)端的電流檢測電阻器Rs檢測流進(jìn)驅(qū)動(dòng)電路的電流并輸出一個(gè)電平由公知的基本公式，V＝IR確定的電壓信號(hào)。
如圖7所示，在來自電流檢測電阻器Rs的電壓信號(hào)的電壓值V1超過由可變電阻器VR產(chǎn)生的參考電壓Vref的情況下，運(yùn)算放大器輸出一個(gè)低電平信號(hào)。
從運(yùn)算放大器輸出的電壓V2輸入到也接收轉(zhuǎn)子位置信號(hào)Vs的第一邏輯乘積門72。邏輯乘積結(jié)果提供到開關(guān)元件Q2的柵極。同樣，用于改變速度的PWM信號(hào)V4輸入到也接收來自第一邏輯乘積門72的輸出信號(hào)V3的第二邏輯乘積門74。邏輯乘積結(jié)果提供到開關(guān)元件Q1的柵極。
因此，在運(yùn)算放大器低電平輸出期間，不管轉(zhuǎn)子位置信號(hào)Vs如何都不輸出開關(guān)元件Q1，Q2的選通信號(hào)，使得驅(qū)動(dòng)電路保持暫停狀態(tài)。
圖8展示了在每個(gè)相位啟動(dòng)時(shí)檢測的峰值電流I1和I2，前者I1沒有經(jīng)過電流控制，而后者I2經(jīng)過了根據(jù)本發(fā)明的電流控制。由于初始峰值電流的平滑也產(chǎn)生了消除轉(zhuǎn)矩波動(dòng)的效果，所以能夠降低電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩波動(dòng)。
根據(jù)本發(fā)明，防止驅(qū)動(dòng)電路過流改善了SRM的可靠性，而且消除了在每個(gè)相位的初始啟動(dòng)時(shí)刻產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)電流的波動(dòng)分量(轉(zhuǎn)矩波動(dòng))，這降低了電動(dòng)機(jī)的大噪聲。
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的驅(qū)動(dòng)電路，該電路具有多個(gè)開關(guān)元件響應(yīng)自外部輸入的選通信號(hào)工作，用于施加或關(guān)斷加到每個(gè)相位線圈的直流電壓，該電路包括用于檢測流進(jìn)SRM驅(qū)動(dòng)電路的電流量并輸出一個(gè)代表驅(qū)動(dòng)電路中電流量的信號(hào)的電流檢測裝置；用于響應(yīng)來自電流檢測裝置的輸出信號(hào)比較一個(gè)參考電流量與驅(qū)動(dòng)電路中的電流量，并在SRM驅(qū)動(dòng)電路中的電流量超過參考電流的情況下輸出一個(gè)停止信號(hào)的比較裝置；以及用于接收來自比較裝置的輸出信號(hào)，“脈寬調(diào)制”(PWM)信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào)，并且在輸入來自比較裝置的停止信號(hào)期間輸出一個(gè)選通控制信號(hào)用于關(guān)斷開關(guān)元件的信號(hào)選擇裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電動(dòng)機(jī)，其中電流檢測裝置包括一個(gè)耦合到SRM驅(qū)動(dòng)電路的負(fù)(-)端的電流檢測電阻器，它用作輸出一個(gè)與驅(qū)動(dòng)電流值成正比的電壓信號(hào)。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中比較裝置包含一個(gè)用于確定參考電壓Vref的可變電阻器，一個(gè)用于消除包含在從電流檢測電阻器輸出的電壓信號(hào)中的噪聲分量的電容器，以及一個(gè)用于當(dāng)通過電容器施加作用的電壓信號(hào)的電壓值大于參考電壓Vref的電壓值時(shí)輸出一個(gè)低電平信號(hào)，并且當(dāng)通過電容器施加的電壓信號(hào)的電壓值小于參考電壓的電壓值時(shí)輸出一個(gè)高電平信號(hào)的運(yùn)算放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中信號(hào)選擇裝置包含一個(gè)用于完成來自比較裝置的輸出信號(hào)與轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的邏輯乘積并隨后產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)用于控制上部開關(guān)元件的柵極的第一邏輯乘積門，以及一個(gè)用于完成來自第一邏輯乘積門的輸出信號(hào)與PWM信號(hào)的邏輯乘積并隨后產(chǎn)生一個(gè)信號(hào)用于控制上部開關(guān)元件的柵極的第二邏輯乘積門。
全文摘要
開關(guān)磁阻電動(dòng)機(jī)(SRM)的驅(qū)動(dòng)電路,包括一電流檢測單元,檢測流進(jìn)SRM驅(qū)動(dòng)電路的電流量并輸出代表驅(qū)動(dòng)電路中電流量的信號(hào),一比較單元,比較參考電流量與驅(qū)動(dòng)電路中的電流量,并在SRM驅(qū)動(dòng)電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一停止信號(hào),及一信號(hào)選擇單元,接收來自比較裝置的輸出信號(hào),PWM信號(hào)和轉(zhuǎn)子位置信號(hào),并在從比較裝置輸入停止信號(hào)期間輸出選通控制信號(hào)以關(guān)斷開關(guān)元件。本發(fā)明改善了SRM可靠性,降低了電動(dòng)機(jī)大噪聲。
文檔編號(hào)H02H7/08GK1170275SQ97113828
公開日1998年1月14日 申請日期1997年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者表尚淵 申請人:三星電子株式會(huì)社