PWM电机驱动装置
阅读：586发布：2020-05-12
专利汇可以提供PWM电机驱动装置专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且PWM 电机 驱动装置具有：时间计数器，计数电机 相位 信号 中的极性的时间；保存时间的寄存器；区间设定 电路 ，将时间分割成任意的区间，并生成用于调整电机 电流 相位的任意的区间设定；以及区间校正电路，将表示电机电流相位的电机电流相位信号和电机相位信号进行比较，并校正区间设定。，下面是PWM电机驱动装置专利的具体信息内容。
1.一种PWM电机驱动装置，具有：
时间计数器，计数电机相位信号中的极性的时间；
寄存器，保存所述时间；
区间设定电路，将所述时间分割成任意的区段，再将所分割的区段分配给任意的区间，并生成用于校正电机电流相位的任意的区间设定；
区间校正电路，将表示所述电机电流相位的电机电流相位信号和所述电机相位信号进行比较，并校正所述区间设定；
分频电路，生成在所述时间计数器和所述区间设定电路中使用的时钟信号；以及H电桥控制电路，对电机进行PWM驱动，
所述区间校正电路对利用由所述区间设定电路分割后的区段设定的各个所述任意的区间的区段数进行校正，生成区间校正信号，而且增加该区间校正信号的占空比减少的区间的区段数。
2.根据权利要求1所述的PWM电机驱动装置，
所述区间校正电路校正所述区间设定，以使所述电机相位信号的逻辑与所述电机电流相位信号的逻辑的切换边界一致。
3.根据权利要求1或2所述的PWM电机驱动装置，
所述PWM电机驱动装置还具有对于由所述区间校正电路校正后的各个区间，任意设定PWM占空比的占空比分配电路。
4.根据权利要求1或2所述的PWM电机驱动装置，
所述PWM电机驱动装置还具有：
占空比检测电路，检测所输入的PWM信号的占空比；以及
占空比设定电路，对于由所述区间校正电路校正后的各个区间，根据由所述占空比检测电路检测出的占空比任意设定PWM占空比。
5.根据权利要求1或2所述的PWM电机驱动装置，
所述PWM电机驱动装置还具有：
PWM检测电路，检测所输入的PWM信号的占空比及周期；以及
占空比/周期设定电路，对于由所述区间校正电路校正后的各个区间，根据由所述PWM检测电路检测出的占空比及周期任意设定PWM占空比及周期。
6.一种PWM电机驱动装置，具有：
时间计数器，计数电机相位信号中的极性的时间；
寄存器，保存所述时间；
区间设定电路，将所述时间分割成任意的区段，再将所分割的区段分配给任意的区间，并生成用于校正电机电流相位的任意的区间设定；
区间校正电路，将表示所述电机电流相位的电机电流相位信号和所述电机相位信号进行比较，并校正所述区间设定；
分频电路，生成在所述时间计数器和所述区间设定电路中使用的时钟信号；以及H电桥控制电路，对电机进行PWM驱动，
所述区间校正电路对利用由所述区间设定电路分割后的区段设定的各个所述任意的区间的区段数进行校正，生成区间校正信号，
所述PWM电机驱动装置还具有：
占空比检测电路，检测所输入的PWM信号的占空比；
加权电路，对所检测出的占空比进行加权；以及
占空比可变电路，对于由所述区间校正电路校正后的各个区间，根据由所述加权电路设定的占空比设定PWM占空比。
PWM电机驱动装置
技术领域
[0001] 本发明涉及PWM电机驱动装置。
背景技术
[0002] 在以电机驱动电流的高效率化为目的的PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)电机驱动电路中，采用如下的软开关驱动：在按照电机的极性切换电机电流的极性的情况下，使PWM占空比可以变化，并使电机电流的变动缓慢变化，由此实现电机的静音化和高效率驱动。
[0003] 另外，已公开了如下的现有技术：计数表示电机的极性的电机相位信号的周期，对所计数的周期分配软开关区间，由此设定基于电机的周期的软开关区间，在电机电流的极性切换时，使电机电流的变动缓慢变化，以便使压摆率(slew rate)的倾斜平缓(参照专利文献1)。
[0004] 现有技术文献
[0005] 专利文献
[0006] 专利文献1：日本特开2013－66264号公报
发明内容
[0007] 但是，专利文献1所公开的PWM电机驱动装置存在如下课题：在表示电机的极性的电机相位的切换部分产生以电机电流相位的延迟和前进为原因的负转矩，使得效率变差并损害静音性。
[0008] 鉴于上述课题，提供一种PWM电机驱动装置，减轻在电机的极性的切换部分产生的负转矩，使电机静音并且高效率地驱动电机。
[0009] 为了解决上述课题，本发明的一个方式的PWM电机驱动装置具有时间计数器、寄存器、区间设定电路、区间校正电路、分频电路和控制电路。时间计数器计数电机相位信号中的极性的时间。寄存器保存时间。区间设定电路将时间分割成任意的区间，并生成用于校正电机电流相位的任意的区间设定。区间校正电路将表示电机电流相位的电机电流相位信号和电机相位信号进行比较，并校正区间设定。分频电路生成在时间计数器和区间设定电路中使用的时钟信号。H电桥控制电路对电机进行PWM驱动。
[0010] 例如，也可以是，PWM电机驱动装置还具有任意设定PWM占空比的占空比分配电路。
[0011] 例如，也可以是，PWM电机驱动装置还具有：占空比检测电路，检测PWM信号的占空比；以及占空比设定电路，对于由区间校正电路调整后的各个区间，按照在占空比检测电路检测出的占空比任意设定PWM占空比。
[0012] 例如，也可以是，PWM电机驱动装置具有：PWM检测电路，检测PWM信号的占空比及周期；以及占空比/周期设定电路，对于由区间校正电路调整后的各个区间，按照在PWM检测电路检测出的占空比及周期任意设定PWM占空比及周期。
[0013] 例如，也可以是，PWM电机驱动装置具有：区间校正电路，将电机电流相位信号和电机相位信号进行比较，并校正区间设定；占空比检测电路，检测PWM信号的占空比；加权电路，对所检测出的占空比进行加权；以及占空比可变电路，对于由区间校正电路调整后的各个区间，按照在加权电路设定的占空比设定PWM占空比。
[0015] 图1是实施方式1的PWM电机驱动装置的块图。
[0016] 图2是表示实施方式1的区间设定电路的动作的图。
[0017] 图3是表示实施方式1的动作的波形图。
[0018] 图4是表示实施方式1的效果的波形图。
[0019] 图5是实施方式2的PWM电机驱动装置的块图。
[0020] 图6是实施方式3的PWM电机驱动装置的块图。
[0021] 图7是实施方式3的PWM电机驱动装置的块图。
具体实施方式
[0022] 下面，参照附图说明本发明的实施方式的PWM电机驱动装置。另外，下面的实施方式均用于示出本发明的一个具体示例，数值、形状、材料、构成要素、构成要素的配置位置及连接方式等仅是一例，不能限定本发明。
[0023] (实施方式1)
[0024] 图1是表示实施方式1的PWM电机驱动装置的块图。在图1中，电机相位信号S1表示电机的极性。电机电流相位信号S2表示电机电流的极性。时间计数器C1计数电机相位信号S1的各极性的时间。寄存器C2保存由时间计数器C1测定的时间计数值S3。区间设定电路C3将在寄存器C2保存的时间计数值S3分割成任意的区段(step)，再将所分割后的区段分配给任意的区间，并输出区间设定信号S5。区间校正电路C4将电机电流相位信号S2和电机相位信号S1进行比较，并校正在区间设定电路C3设定的区间的区段数的分配，由此生成区间校正信号S6。分频电路C5对时钟信号CK1进行分频，由此生成时间计数器C1和区间设定电路C3的时钟信号CK2和CK3。PWM区间设定电路C6以电机相位信号S1和电机电流相位信号S2和时钟信号CK1为输入，并输出区间校正信号S6。PWM区间设定电路C6包括时间计数器C1、寄存器C2、区间设定电路C3、区间校正电路C4和分频电路C5。占空比分配电路C7对通过区间校正电路C4校正后的各个区间分配PWM(Pulse Width Modulation：脉宽调制)占空比，并输出占空比分配信号S7。H电桥控制电路C8对电机进行PWM驱动。
[0025] 下面，对图1所示的PWM电机驱动装置的动作进行说明。在电机旋转时，霍尔元件检测转子的磁化极性。将在比较器对霍尔元件检测出的微小信号进行二值化而得的电机相位信号S1输入时间计数器C1。时间计数器C1在电机相位信号S1的逻辑反转时，开始使用了在分频电路C5生成的时钟信号CK2的向上计数(count-up)动作。在电机相位信号S1的下一次的逻辑反转时，将时间计数值S3存储在寄存器C2中，时间计数器C1被重置，再次从零开始进行向上计数动作。这样，时间计数器C1和寄存器C2反复进行计数并保存与电机极性对应的时间的动作。
[0026] 下面，使用图2说明区间设定电路C3的动作。在图2中，区间设定电路C3在被输入了寄存器值S4时，使用用于计数时间计数值S3的时钟信号CK2的n倍频率的时钟信号CK3开始向上计数。区间设定电路C3在区段计数值S8达到寄存器值S4时输出区段1信号，再次从零开始向上计数区段计数值，并在达到寄存器值S4时输出下一个区段2信号。区间设定电路C3反复该动作一直到输出区段n信号为止，将电机相位信号S1的区间分割给区段1～n，再将所分割的区段分配给任意的区间，并输出区间设定信号S5。
[0027] 区间校正电路C4在由区间设定电路C3任意分割而成的区段中的任意区段，将电机相位信号S1和电机电流相位信号S2进行比较，并校正在区间设定电路C3设定的各个区间的区段数，由此生成区间校正信号S6，以便使电机相位和电机电流相位的逻辑的切换边界一致。
[0028] 占空比分配电路C7对被校正后的每个区间分配用于控制电机电流的增加、保持或者减少的占空比，并输出占空比分配信号S7。
[0029] H电桥控制电路C8按照所设定的占空比分配信号S7对功率元件进行PWM驱动，由此控制电机电流IM。
[0030] 图3是表示由实施方式1的区间校正电路C4校正前的电机电流的极性切换动作的图。图4是表示由实施方式1的区间校正电路C4校正后的电机电流的极性切换动作的图。
[0031] 在图3中，H电桥控制电路C8根据占空比分配信号S7而被控制，该占空比分配信号S7是根据在区间设定电路C3设定的区间设定信号S5而设定的信号。由此，虽然电机电流IM在缓慢变化，但是电机电流相位信号S2在电机相位信号S1的切换部分延迟，由此产生负转矩。
[0032] 在图4中，区间校正电路C4将区间校正信号S6的占空比减少的区间m的区段数从4加1而成为5，由此校正电机电流相位的延迟。由此，能够防止因电机电流相位信号S2在图3的电机相位信号S1的切换部分延迟而产生负转矩。
[0033] (实施方式2)
[0034] 下面，对实施方式2的PWM电机驱动装置的结构及动作，参照附图并以与上述的实施方式(特别是实施方式1)的不同之处为中心进行说明。
[0035] 图5是表示实施方式2的PWM电机驱动装置的图。在图5中，C1～C5、S1～S6、CK1～CK3与图1相同。占空比检测电路C9利用时钟信号CK1检测PWM信号S9的占空比，并输出占空比信号S10。占空比设定电路C10接收占空比信号S10和区间校正信号S6，并设定输出占空比。
[0036] 下面，对图5所示的PWM电机驱动装置的动作进行说明。首先，与实施方式1一样，PWM区间设定电路C6以电机相位信号S1和电机电流相位信号S2和时钟信号CK1为输入，并输出区间校正信号S6。PWM区间设定电路C6包括时间计数器C1、寄存器C2、区间设定电路C3、区间校正电路C4和分频电路C5。
[0037] 占空比检测电路C9利用时钟信号CK1检测PWM信号S9的占空比，并输出占空比信号S10。
[0038] 占空比设定电路C10输出以如下方式被进行了分配的占空比设定信号S11，该方式为，使用于对被校正后的每个区间控制电机电流的增加、保持或者减少的PWM占空比的最大值成为占空比信号S10。
[0039] H电桥控制电路C8根据所设定的占空比设定信号S11对功率元件进行PWM驱动，由此控制电机电流IM。
[0040] 在此，例如在使电机的转速变化的情况下，在电机的转速达到高速时，相对于电机相位信号S1，电机电流相位信号S2在延迟的方向(相位延迟)变化。并且，在电机的转速达到低速时，相对于电机相位信号S1，电机电流相位信号S2在前进的方向(相位前进)变化。为了解决该问题，通过采取实施方式2的结构，能够根据PWM信号S9改变占空比，因而能够自动校正上述的相位延迟及相位前进这样的相位差。
[0041] (实施方式3)
[0042] 下面，对实施方式3的PWM电机驱动装置的结构及动作，参照附图并以与上述的实施方式(特别是实施方式1)的不同之处为中心进行说明。
[0043] 图6是表示实施方式3的PWM电机驱动装置的图。在图6中，C1～C6、S1～S6、CK1～CK3与图1相同。PWM检测电路C11使用时钟信号CK1检测PWM信号S9的占空比及周期，并输出占空比信号S10及周期信号S12。占空比/周期设定电路C12接收占空比信号S10和周期信号S12和区间校正信号S6，并设定PWM输出占空比及周期。
[0044] 下面，对图6的动作进行说明。首先，与实施方式1一样，PWM区间设定电路C6以电机相位信号S1和电机电流相位信号S2和时钟信号CK1为输入，并输出区间校正信号S6。PWM区间设定电路C6包括时间计数器C1、寄存器C2、区间设定电路C3、区间校正电路C4和分频电路C5。PWM检测电路C11使用时钟信号CK1检测PWM信号S9的占空比及周期，并输出占空比信号S10及周期信号S12。
[0045] 占空比/周期设定电路C12输出以如下方式被进行了分配的占空比/周期设定信号S13，该方式为，使用于对被校正后的每个区间控制电机电流的增加、保持或者减少的PWM占空比的最大值与占空比信号S10相同、而且使PWM周期与利用周期信号S12输入的周期相同。
[0046] H电桥控制电路C8根据所设定的占空比/周期设定信号S13对功率元件进行PWM驱动，由此控制电机电流IM。
[0047] 在此，例如在想使电机的转速变化的情况下，在电机的转速达到高速时，相对于电机相位信号S1，电机电流相位信号S2在延迟的方向(相位延迟)变化。并且，在电机的转速达到低速时，相对于电机相位信号S1，电机电流相位信号S2在前进的方向(相位前进)变化。另外，在将PWM的周期固定为一定周期的情况下，在电机的转速达到高速时，在由区间设定电路C3设定的区间(一周期)中的占空比检测的次数、比电机的转速为低速时减少，因而存在不能进行精细的电机电流的切换的问题。为了解决这些问题，通过采取实施方式3的结构，能够根据PWM信号S9改变占空比及周期，因而能够自动对上述的相位延迟及相位前进这样的相位差进行校正。另外，通过可以改变周期，即使是电机的转速变化时，也能够根据各个区间任意设定占空比检测的次数，因而能够根据各个转速进行最佳且平滑的电机电流的切换。其结果是，能够实现电机的静音化和PWM驱动的高效化。
[0048] (实施方式4)
[0049] 下面，对实施方式4的PWM电机驱动装置的结构及动作，参照附图并以与上述的实施方式(特别是实施方式1)的不同之处为中心进行说明。
[0050] 图7是表示实施方式4的PWM电机驱动装置的图。在图7中，C1～C6、S1～S6、CK1～CK3与图1相同。C9和S9～S10与图3相同。加权电路C13对在占空比检测电路C9检测出的占空比信号S10进行加权，并输出加权信号S14。占空比可变电路C14接收加权信号S14和区间校正信号S6，并设定输出占空比。
[0051] 下面，对图7的动作进行说明。首先，与实施方式1一样，PWM区间设定电路C6以电机相位信号S1和电机电流相位信号S2和时钟信号CK1为输入，并输出区间校正信号S6。PWM区间设定电路C6包括时间计数器C1、寄存器C2、区间设定电路C3、区间校正电路C4和分频电路C5。占空比检测电路C9使用时钟信号CK1检测PWM信号S9的占空比，并输出占空比信号S10。
[0052] 加权电路C13使占空比信号S10的加权可变，并输出加权信号S14。占空比可变电路C14输出以如下方式被进行了分配的加权占空比设定信号S15，该方式为，使用于对被校正后的每个区间控制电机电流的增加、保持或者减少的PWM占空比的最大值成为加权信号S14。
[0053] H电桥控制电路C8根据所设定的加权占空比设定信号S15对功率元件进行PWM驱动，由此控制电机电流IM。
[0054] 如上所述，通过采取实施方式4的结构，能够根据PWM信号S9进行任意的PWM占空比设定。例如，在转速相对于输入占空比较高的情况下，通过在加权电路C13减小占空比的加权，能够进行降低转速的调整。并且，在转速相对于输入占空比较低的情况下，通过在加权电路C13增大占空比的加权，能够进行提高转速的调整。这样，能够提高电机的转速相对于输入占空比的设定的线性度。其结果是，能够稳定地进行电机的转速控制，实现电机的静音化和PWM驱动的高效化。
[0055] (总结)
[0056] 以上使用附图说明的本实施方式(实施方式1～4)的PWM电机驱动装置，根据表示电机的极性的电机相位自动调整电机电流相位，而且在切换电机电流的极性的情况下，使电机电流的变动平缓地变化，由此能够减轻在电机的极性的切换部分产生的负转矩，能够使电机静音并且高效率地驱动电机。
[0057] 以上对本发明的实施方式的PWM电机驱动装置进行了说明，但本发明不限于该实施方式。
[0058] 例如，也可以是，上述实施方式的PWM电机驱动装置中包含的多个处理部的一部分或者全部由作为集成电路的LSI来实现。这些LSI可以形成为独立的单片，也可以形成为包含一部分或者全部的单片。
[0059] 并且，集成电路化不限于LSI，也可以利用专用电路或者通用处理器实现。也可以采用在制作LSI后能够编程的可现场编程门阵列(FPGA：Field Programmable Gate Array)、或者能够重构架LSI内部的电路单元的连接和设定的可重配置处理器(reconfigurable processor)。
[0060] 另外，在上述实施方式中，各构成要素也可以由专用的硬件构成、或者通过执行适合于各构成要素的软件程序来实现。也可以是，CPU或者处理器等的程序执行部读出并执行在硬盘或者半导体存储器等记录介质中记录的软件程序，由此实现各构成要素。
[0061] 另外，块图中的功能单元的划分仅是一例，也可以由一个功能单元实现多个功能单元、或将一个功能单元划分成多个、或将一部分功能转移至其它的功能单元中。此外，也可以是，一个硬件或者软件并行地或者以时分方式处理具有相似功能的多个功能单元的功能。
[0062] 以上根据实施方式对一个或者多个方式的PWM电机驱动装置进行了说明，但本发明不限于该实施方式。只要不脱离本发明的宗旨，对本实施方式实施本行业人员能够想到的各种变形而得到的方式、或者将不同的实施方式中的构成要素进行组合而构成的方式，都包含在一个或者多个方式的范围内。
[0063] 产业上的可利用性
[0064] 本发明能够适用于PWM电机驱动装置。
[0065] 标号说明
[0066] C1时间计数器；C2寄存器；C3区间设定电路；C4区间校正电路；C5分频电路；C6PWM区间设定电路；C7占空比分配电路；C8H电桥控制电路；C9占空比检测电路；C10占空比设定电路；C11PWM检测电路；C12占空比/周期设定电路；C13加权电路；C14占空比可变电路；IM电机电流；S1电机相位信号；S2电机电流相位信号；S3时间计数值；S4寄存器值；S5区间设定信号；S6区间校正信号；S7占空比分配信号；S8区段计数值；S9PWM信号；S10占空比信号；S11占空比设定信号；S12周期信号；S13占空比/周期设定信号；S14加权信号；S15加权占空比设定信号；CK1、CK2、CK3时钟信号。
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