电机驱动电路
阅读：184发布：2020-05-13
专利汇可以提供电机驱动电路专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 提供能够在对 电机 的速度进行可变控制的电机驱动 电路 中，自动地设定与电机的速度对应的适当的超前 角 值的电机驱动电路。电机驱动电路（10）具备：超前角设定校正单元（12），上述超前角设定校正单元（12）从安装在电机的速度检测单元输入与电机的速度成比例的 频率 的检测 信号 Sf，并且具有根据基准超前角计数值S＿count而预先设定的校正基准计数值Ref＿count，并将校正基准计数值Ref＿count与检测信号Sf的周期之比作为校正量Bad、将校正量Bad与比例系数Ks相乘取得超前角校正值Sad；超前角设定单元（11），其将基准超前角计数值S＿count与超前角校正值Sad相加并输出超前角设定信号Sa。，下面是电机驱动电路专利的具体信息内容。
1.一种电机驱动电路，是被从外部输入包括基于目标速度的旋转速度信息的驱动指令信号，根据该驱动指令信号对电机的速度进行可变控制的电机驱动电路，其特征在于，具备：
超前角设定校正单元，其被从安装在所述电机的速度检测单元被输入与所述电机的速度成比例的频率的检测信号，并且具有根据基准超前角值而预先设定的校正基准周期，将所述校正基准周期和与所述电机的速度成比例的频率的检测信号的周期之比作为校正量，将该校正量与比例系数相乘来取得超前角校正值；和
超前角设定单元，其将所述基准超前角值与所述超前角校正值相加并输出超前角设定信号。
2.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，
具备周期检测计数器，该周期检测计数器输出基于基准时钟计数出的与所述检测信号的周期相当的检测周期计数值，
所述超前角设定校正单元具有与所述校正基准周期对应的校正基准计数值和除法单元，该除法单元通过将所述校正基准计数值除以所述检测周期计数值来计算所述校正量。
3.根据权利要求1所述的电机驱动电路，其特征在于，
所述超前角设定校正单元具有多个所述校正基准周期。
4.根据权利要求2所述的电机驱动电路，其特征在于，
所述超前角设定校正单元具有多个所述校正基准周期。
5.根据权利要求1～4中任意一项所述的电机驱动电路，其特征在于，
所述驱动指令信号所包含的所述旋转速度信息是与所述目标速度对应的电压指令信号或者PWM占空比指令信号。
电机驱动电路
技术领域
[0001] 本发明涉及对电机的旋转速度进行可变控制的电机驱动电路。
背景技术
[0002] 近年来，复印机、页式打印机等OA（Office Automation：办公自动化）设备的彩色化、精细化、数字化正在不断发展，与此相伴，这些设备所使用的电机被要求以大的旋转速度范围且高的旋转速度精度进行动作。对驱动这样的电机的电路要求在大的旋转速度范围内的各转速下具备最佳的控制性能。
[0003] 另外，这样的电机的驱动方式从静音化等观点出发一般的从现有的矩形波驱动渐渐变成使电机卷线的施加电压为正弦波的正弦波驱动。并且，抑制重要的是为了以这样的正弦波驱动维持高效率要调整针对电机引起电压相位的卷线电流相位的延迟的超前角控制。
[0004] 已知作为具备超前角控制功能的电机驱动电路提出了如图3所示的控制器107（例如，参照专利文献1）。图3所示的控制器107是驱动油压式动力转向系统所使用的三相无电刷电机（以下仅称为“电机”）106的电机驱动电路的例子。
[0005] 该控制器107具备基于来自舵角传感器111和车速传感器112的输入来计算目标转速的目标转速运算单元173和基于来自旋转位置检测传感器171的输入来计算电机转速的转速运算单元174，目标转速与实际转速间的偏差被输入至转速控制单元175。然后，转速控制单元175和PWM控制单元176利用比例控制和积分控制来设定控制电压，由此，构成为通过驱动电路172对电机106的转速进行控制。
[0006] 另外，在控制器107中，在相位控制单元177基于用转速控制单元175求出的比例项、积分项等控制参数，来求出驱动电路172的最佳通电相位角，并使其结果向PWM控制单元176反映，从而实施超前角控制。
[0007] 并且，以往，还存在下述那样的电机驱动电路，其构成为：在进行在大范围内变化的速度的控制的电机驱动电路中，具有2个预先设定的超前角值，并利用输入至超前角值设定端子的电压电平的High／Low来切换超前角值设定。例如，在图4所示的超前角值设定电路的例子中，构成为，向PS端子（超前角值设定端子）输入的电压电平的High／Low根据PSO端子的状态的接通／短路（GND）而被设定，并根据该设定的切换来切换超前角值的设定。通常根据电机的旋转速度等经由电机驱动电路的接口从外部供给用于切换这样的PSO端子状态的信号。
[0008] 专利文献1：特开2005－192338号公报
发明内容
[0009] 然而，图3所示的控制器107具备基于来自舵角传感器111和车速传感器112的输入来计算目标转速的目标转速运算单元173、和被输入目标转速与实际转速间的偏差的转速控制单元175，并且基于用该转速控制单元175求出的比例项、积分项等控制参数来实施超前角控制。因此，在不具备基于目标转速（目标速度）的转速控制单元的电机驱动电路中无法实施图3所示的控制器107中的超前角控制。
[0010] 另外，如图4所示那样的、在利用向超前角值设定端子输入的信号电平来切换超前角值的构成中，例如，在以执行更高精度的控制为目的，使对应的超前角值的个数增加的情况下，需要大量的电阻和开关元件等复杂的切换电路。
[0011] 本发明是鉴于上述课题而提出的，其目的在于提供一种在对电机的速度进行可变控制的电机驱动电路中，能够自动地设定与电机的速度对应的适当的超前角值的电机驱动电路。
[0012] 以下的发明方式是举例说明本发明构成的方式，为了容易理解本发明的多种构成而分项进行说明。各项并不限定本发明的技术范围，参考用于实施发明的最佳方式而对各项的构成要素的一部分进行了置换、削除或者追加其他构成要素的方案也包括在本申请发明的技术范围内。
[0013] （1）一种电机驱动电路，是从外部输入包含基于目标速度的旋转速度信息的驱动指令信号，根据该驱动指令信号对上述电机的速度进行可变控制的电机驱动电路，其特征在于，具备超前角设定校正单元，其从安装于电机的速度检测单元输入与上述电机的速度成比例的频率的检测信号，并且具有根据基准超前角值而预先设定的校正基准周期，并将上述校正基准周期和与上述电机的速度成比例的频率的检测信号的周期之比作为校正量，将该校正量与比例系数相乘取得超前角校正值；超前角设定单元，其将上述基准超前角值与上述超前角校正值相加并输出超前角设定信号（技术方案1）。
[0014] 根据本项所述的电机驱动电路，能够根据从速度检测单元输入的检测信号的变动，自动地校正超前角值，并在对电机的速度进行可变控制的电机驱动电路中，能够在电机的速度变动时使各个速度中的驱动效率最佳化。
[0015] 另外，本项所述的电机驱动电路基于从速度检测单元输入的检测信号来校正超前角设定，因此实施超前角控制不需要来自外部的目标速度的输入，进而利用不具备基于目标速度的转速控制单元的简单且廉价的电机驱动电路，能够实施电机的超前角控制。
[0016] 并且，在本项所述的电机驱动电路中，在电机驱动电路的内部自动进行与电机的速度对应的超前角设定的校正，因此不需要超前角值的切换电路、用于从外部输入其切换信号的接口等，而能够通过简单且廉价的构成来实施驱动效率的最佳化。
[0017] （2）根据（1）项所述的电机驱动电路，其特征在于，具备输出基于基准时钟计数出的与上述检测信号周期相当的检测周期计数值的周期检测计数器，上述超前角设定校正单元具有与上述校正基准周期对应的校正基准计数值和除法单元，该除法单元通过将上述校正基准计数值除以上述检测周期计数值来计算上述校正量（技术方案2）。
[0018] 根据本项所述的电机驱动电路，能够将根据从速度检测单元输入的检测信号的周期的变动自动地校正超前角值的电机驱动电路构成为，不使用模拟电路（例如，积分放大器、电阻、电容器）的完全的数字处理的电路。尤其是在将电机驱动电路作为集成电路（IC）的情况下，通过灵活应用以少的面积构成更多的数字电路的微细加工工艺，能够利用芯片面积小且成本较低的IC实现高性能的电机驱动电路。
[0019] （3）根据（1）或者（2）项所述的电机驱动电路，其特征在于，上述超前角设定校正单元具有多个上述校正基准周期（技术方案3）。
[0020] 根据本项所述的电机驱动电路，能够灵活且容易地对速度可变范围大的电机实施最佳的超前角设定的校正。
[0021] （4）根据（1）～（3）中任意一项所述的电机驱动电路，其特征在于，在上述驱动指令信号中包含的上述旋转速度信息是与上述目标速度对应的电压指令信号或者PWM占空比指令信号（技术方案4）。
[0023] 图1是表示包括本发明的一实施方式中的电机驱动电路的电机驱动系统的示意框图。
[0024] 图2是表示本发明的一实施方式中的电机驱动电路的主要部分的功能框图。
[0025] 图3是表示以往的电机驱动电路的一个例子的电路构成图。
[0026] 图4是表示以往的电机驱动电路的另一例子的电路构成图。
[0027] 符号说明：
[0028] 10…电机驱动电路；11...超前角设定单元；12...超前角设定校正单元；14...频率发电机（速度检测单元）；16...周期检测计数器；18...乘法单元；19...加法单元；20...除法单元；25...电机；30...外部装置；Bad...校正量；Sa...超前角设定信号；
Sad...超前角校正值；Sd...驱动指令信号；Sf...检测信号；FG＿count:检测周期计数值；Ref＿count...校正基准计数值；S＿count:基准超前角计数值。
Sad...超前角校正值；Sd...驱动指令信号；Sf...检测信号；FG＿count:检测周期计数值；Ref＿count...校正基准计数值；S＿count:基准超前角计数值。
具体实施方式
[0029] 以下，参照附图对本发明的实施方式进行说明。
[0030] 图1是表示本实施方式中的电机驱动电路10被优选适用的电机驱动系统的示意图。图1所示的电机驱动系统包括电机25和电机驱动电路10，电机25安装有频率发电机（Frequency Generator。以下，称为“FG”）14作为速度检测单元。从FG14向电机驱动电路10输入与电机25的速度（旋转速度）成比例的频率的检测信号（以下，仅称为“检测信号”）Sf，并且从外部装置30（例如，电机驱动电路10的上位系统）向电机驱动电路10输入驱动指令信号Sd。
[0031] 在图1所示的电机驱动系统中，向外部装置30输入来自FG14的检测信号Sf和与电机目标速度相当的基准信号（省略图示），外部装置30向电机驱动电路10输出包含基于目标速度的旋转速度信息的驱动指令信号Sd。在本实施方式中，电机驱动电路10构成为不具备基于目标速度来控制电机25的速度的转速控制单元，而基于输入的驱动指令信号Sd来对电机25的速度进行可变控制。具体而言，驱动指令信号Sd是与目标速度对应的电压指令信号或者PWM占空比指令信号。
[0032] 图2是表示本实施方式中的电机驱动电路10的主要部分的功能框图。电机驱动电路10具备被输入检测信号Sf的周期检测计数器16，向该周期检测计数器16供给恒定周期的基准时钟CLK。
[0033] 这里，虽然优选在电机驱动电路10的内部具备基准时钟CLK的产生单元（省略图示），但是，本发明的电机驱动电路10可以从外部被输入基准时钟CLK。
[0034] 电机驱动电路10还具备包括加法单元19的超前角设定单元11、包括具备规定比例系数Ks的乘法单元18和除法单元20的超前角设定校正单元12。
[0035] 在本实施方式中，对于周期检测计数器16，只要是基于基准时钟CLK对检测信号Sf的周期进行计数，输出计数出的值（检测周期计数值）FG＿count的构成即可，对于其具体构成能够设为任意的适当的构成。例如，周期检测计数器16还可以具备按每一构成基准时钟CLK的各脉冲信号的输入为单位进行正计数的自由运行计数器、和检测输入信号的上升并保存在该时刻的自由运行计数器的计数值的输入捕捉寄存器，周期检测计数器16也可以通过计算在连续的2个时刻保存的计数值之差，从而将在输入信号的1周期的期间内输入的基准时钟CLK的脉冲数作为与输入信号的周期相当的计数值输出来输出。
[0036] 在电机驱动电路10中，超前角设定单元11将预先设定的基准超前角值作为对应的基准超前角计数值S＿count来具有，该基准超前角计数值S＿count被输入加法单元19，并在加法单元19中，该基准超前角计数值S＿count被加上对后述的校正量Bad乘以比例系数Ks而得到的超前角校正值Sad，输出得到的超前角设定信号Sa。
[0037] 另一方面，从周期检测计数器16输出与检测信号Sf的周期相当的检测周期计数值FG＿count。然后，电机驱动电路10的超前角设定校正单元12将根据基准超前角值预先设定的校正基准周期作为对应的校正基准计数值Ref＿count具有，向除法单元20输入检测周期计数值FG＿count和校正基准计数值Ref＿count。在除法单元20中，通过进行“Ref＿count／FG＿count”，作为校正基准周期与检测信号Sf的周期之比，计算校正量Bad。该校正量Bad被输入乘法单元18，将该校正量Bad与规定的比例系数Ks相乘从而计算超前角校正值Sad。
[0038] 然后，从乘法单元18向超前角设定单元11的加法单元19输出超前角校正值Sad。由此，来校正基准超前角值（基准超前角计数值S＿count）。
[0039] 这样，在电机驱动电路10中，利用超前角校正值Sad根据检测信号Sf的周期（检测周期计数值FG＿count）自动地校正用于设定超前角的基准超前角值（基准超前角计数值S＿count），因此，即使检测信号Sf的周期（即，电机25的旋转速度）发生变动，也能够针对各个速度进行适当的超前角设定，进而能够使电机的驱动效率最佳化。
[0040] 此际，在电机驱动电路10中，由于基于检测信号Sf来校正超前角设定，所以不需要为了实施超前角控制而从外部对电机驱动电路10输入目标速度，从而能够利用不具备基于目标速度的转速控制单元的简单且廉价的构成来实现电机驱动电路10。
[0041] 并且，如上所述那样，在电机驱动电路10的超前角设定校正单元12中，作为校正量Bad，使用了“校正基准周期／检测信号Sf的周期”（Ref＿count／FG＿count）（这相当于设定与“1／校正基准周期”成比例的校正基准速度，并将利用校正基准速度使与“1／检测信号Sf的周期”成比例的电机25的旋转速度归一化后的值作为校正时的旋转速度来使用）。如下所述那样，该构成尤其在速度可变范围大的电机控制中有优势。
[0042] 即，在速度可变范围大的电机的控制中，为了使电机的驱动效率最佳化，有时会要求根据旋转速度所属的多个速度域（例如，低速域、中速域、高速域等）来分别设定不同的超前角。针对这样的要求，电机驱动电路10还可以构成为，分别根据多个速度域而具备适当的多个校正基准周期（例如，低速域用、中速域用、高速域用的各自的校正基准周期），根据旋转速度所属的速度域来切换校正量的计算所使用的校正基准周期（具体而言，对应的校正基准计数值Ref＿count）。
[0043] 此时，电机驱动电路10优选构成为，与检测信号Sf的周期（检测周期计数值FG＿count）连动地、自动进行校正基准周期的切换。
[0044] 由此，即使在旋转速度在大范围内发生变动的情况下，也能够灵活且容易地切换超前角值的校正量，以使得电机的驱动效率最佳化。并且，即使在速度域个数增加的情况下，也无需增加电机驱动电路10的部件数而通过使作为数据被保存在超前角设定校正单元12中的校正基准周期增加，就能够容易地应对。
[0045] 并且，电机驱动电路10还可以具备基于从加法单元19输出的超前角设定信号Sa（以及，从未图示的其他控制单元（例如，速度控制单元以及相位控制单元）输出的控制信号）来驱动电机25的公知驱动电路（省略图示）。
[0046] 如上那样构成的电机驱动电路10，将检测信号Sf的周期作为检测周期计数值（即，数值数据）FG＿count取入，对于以后的处理，由于全部能够作为数值数据的运算处理来执行，因此能够不使用模拟电路而作为完全的数字处理电路来实现。此时，电路10的各构成要素只要起到参照图2说明的各功能模块的功能即可，故能够利用任意适当的硬件、软件、或者它们的组合来实现。电机驱动电路10的这样的特征，尤其是将电机驱动电路10作为集成电路（IC）的情况下，通过芯片面积小且低成本的IC实现高性能的电机驱动电路这点上有优势。
[0047] 以上，基于优选实施方式对本发明进行了说明，但本发明并不局限于上述的实施方式。例如，本发明包括具有由等同功能的模拟电路构成电机驱动电路的任意的构成要素的情况。另外，电机25的速度检测单元并不仅是FG14也可以使用霍尔元件等位置检测元件。
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