專利名稱：馬達(dá)控制設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于通過導(dǎo)通和截止半導(dǎo)體開關(guān)裝置來控制馬達(dá)電流的馬達(dá)控制設(shè)備。
背景技術(shù)：
為了降低用于控制風(fēng)扇馬達(dá)的裝置中的噪音和功耗，其中所述風(fēng)扇馬達(dá)被用在汽車中的引擎冷卻系統(tǒng)當(dāng)中，例如，使用脈寬調(diào)制(PWM)以在風(fēng)扇馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)速度方面執(zhí)行連續(xù)或比例控制。當(dāng)由于風(fēng)扇馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)或者是短路而出現(xiàn)過大的電流時(shí)，它所引起的熱量很有可能損壞PWM控制模塊中的半導(dǎo)體開關(guān)裝置。
因此，作為一般的解決方案，提供一種能夠處理此類過大電流的過電流保護(hù)電路。當(dāng)在半導(dǎo)體開關(guān)裝置檢測(cè)到過大電流后而將其實(shí)際上置于連續(xù)截止?fàn)顟B(tài)時(shí)，然而，實(shí)際上風(fēng)扇馬達(dá)也同樣處于停止轉(zhuǎn)動(dòng)的狀態(tài)，這對(duì)于冷卻所述的引擎會(huì)有負(fù)面影響。為了解決這一問題，提供了一種具有多種過電流保護(hù)功能的馬達(dá)控制設(shè)備。
例如，提供一種電路以建立能夠?qū)⒘鬟^風(fēng)扇馬達(dá)的電流限制到某一水平的受限的電流狀態(tài)，當(dāng)由于風(fēng)扇的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)，或者如日本專利NO.3,102,355(專利文件1)所揭示的那樣，在電流處于受限電流狀態(tài)的風(fēng)扇馬達(dá)期間保持連續(xù)導(dǎo)通這樣的其它原因時(shí)，所述電流水平不會(huì)產(chǎn)生導(dǎo)致半導(dǎo)體開關(guān)裝置發(fā)生故障的過度熱量。
此外，當(dāng)出現(xiàn)過大的電流時(shí)，也可以采用另一種電路以間歇地保持PWM控制模塊的連續(xù)輸出。采用這種電路以提供這樣的控制結(jié)構(gòu)，即當(dāng)檢測(cè)到過大的電流時(shí)，將流過風(fēng)扇馬達(dá)的電流置于抑制狀態(tài)。在所述電流抑制狀態(tài)下，可以監(jiān)控PWM控制模塊的內(nèi)部溫度。當(dāng)PWM控制模塊的內(nèi)部溫度超過上限時(shí)，立刻中止PWM控制模塊的輸出。當(dāng)PWM控制模塊的內(nèi)部溫度后來低于預(yù)設(shè)的溫度時(shí)，將PWM控制模塊重置到初始狀態(tài)。正如日本專利公開文本NO.特開平9284,999(專利文件2)中所公開的，重復(fù)執(zhí)行上述操作直到恢復(fù)正常狀態(tài)。
在保持所述風(fēng)扇馬達(dá)的工作和防止半導(dǎo)體開關(guān)裝置發(fā)生故障方面，根據(jù)本發(fā)明的控制是很有效的。然而，由于流過風(fēng)扇馬達(dá)的電流是連續(xù)的，所以很有可能最終在風(fēng)扇馬達(dá)內(nèi)產(chǎn)生取決于造成過大電流位置的層短路。
另一方面，在根據(jù)專利文件2的控制的情況下，通過同時(shí)監(jiān)控流過風(fēng)扇馬達(dá)的電流和PWM控制模塊的內(nèi)部溫度來執(zhí)行過電流保護(hù)操作。因此，具體來講，當(dāng)PWM控制模塊的內(nèi)部溫度超過了上限時(shí)，在操作中就會(huì)不可避免的出現(xiàn)延時(shí)，從而停止PWM控制模塊的輸出。當(dāng)所述的延時(shí)出現(xiàn)時(shí)，由于產(chǎn)生于風(fēng)扇馬達(dá)的層短路或者其它原因?qū)е翽WM控制模塊的內(nèi)部溫度可能會(huì)激增。如果不能夠處理溫度的這種激增，就會(huì)降低保護(hù)馬達(dá)控制設(shè)備和馬達(dá)免受損壞的操作的可靠性。

發(fā)明內(nèi)容
因此，致力于上述問題的本發(fā)明的一個(gè)目的就是，提供一種用于控制馬達(dá)的馬達(dá)控制設(shè)備，以作為一種以高度可靠性來執(zhí)行保護(hù)該設(shè)備自身以及馬達(dá)免受損壞的操作的設(shè)備，其中所述損壞是當(dāng)維護(hù)馬達(dá)工作狀態(tài)的時(shí)候出現(xiàn)過大電流時(shí)、由于過大電流所產(chǎn)生的熱量而引起的。
本發(fā)明提供了一種馬達(dá)控制設(shè)備，用于控制帶有過電流保護(hù)電路的馬達(dá)，其中在檢測(cè)到流過馬達(dá)的電流處于超過預(yù)定閾值的幅度后，重復(fù)地執(zhí)行計(jì)時(shí)器操作。在所述的計(jì)時(shí)器操作中，暫停在預(yù)先設(shè)置的ON時(shí)間周期內(nèi)的、用于停止驅(qū)動(dòng)電路工作的異常檢測(cè)信號(hào)后，在預(yù)先設(shè)置的OFF時(shí)間周期內(nèi)輸出異常檢測(cè)信號(hào)。也就是說，驅(qū)動(dòng)電路在OFF時(shí)間周期內(nèi)暫停驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)裝置，而在ON時(shí)間周期內(nèi)驅(qū)動(dòng)半導(dǎo)體開關(guān)裝置。伴隨著上述的操作，半導(dǎo)體開關(guān)裝置的溫度在所執(zhí)行的驅(qū)動(dòng)期間增高而在停止驅(qū)動(dòng)期間降低，最終在預(yù)定值達(dá)到飽和。
此外，在執(zhí)行上述計(jì)時(shí)器操作的時(shí)間周期內(nèi)，即，在過電流保護(hù)操作的時(shí)間周期內(nèi)，以這樣一種區(qū)別來執(zhí)行所述控制以使OFF時(shí)間周期比ON時(shí)間周期相對(duì)長(zhǎng)一些，所述區(qū)別即流過馬達(dá)的過電電流越大，則區(qū)別也就越大。特別是，隨著流過馬達(dá)的電流的增大，OFF時(shí)間周期與ON時(shí)間周期的比值也在增高。因此，在執(zhí)行過電流保護(hù)操作期間，即使當(dāng)流過馬達(dá)的電流在增大，半導(dǎo)體開關(guān)裝置達(dá)到飽和時(shí)的飽和溫度也可以被限制在一個(gè)相對(duì)低的值。
結(jié)果，由過電流保護(hù)操作所提供的飽和溫度被限制在了能在不考慮流過馬達(dá)的電流大小的情況下保持半導(dǎo)體開關(guān)裝置的良好性能的某一水平。因此，提高了過電流保護(hù)操作的可靠性。此外，在所述過電流保護(hù)操作功能中，盡管是間歇地，但還是可以保持馬達(dá)的工作狀態(tài)。因此，本發(fā)明適于在甚至執(zhí)行了過電流保護(hù)功能的情況下必須保持馬達(dá)工作的應(yīng)用。


本發(fā)明的上述以及其它的目的、特征和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)在下面參照附圖的詳細(xì)說明中變得更加清晰。在附圖中圖1是表示根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的馬達(dá)控制設(shè)備的框圖；圖2是第一實(shí)施例的過電流保護(hù)電路的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)；圖3是在第一實(shí)施例的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)；圖4是在第一實(shí)施例中出現(xiàn)在各個(gè)點(diǎn)的信號(hào)的波形時(shí)序圖；圖5A和5B是在第一實(shí)施例中表示溫度變化的時(shí)序圖。
圖6是表示根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的馬達(dá)控制設(shè)備的框圖。
圖7是第二實(shí)施例的過電流保護(hù)電路的詳細(xì)電路結(jié)構(gòu)。
圖8是在第二實(shí)施例中出現(xiàn)在各個(gè)點(diǎn)的信號(hào)的波形時(shí)序圖。
圖9是表示在第二實(shí)施例中電流變化的時(shí)序圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)本發(fā)明將參照各種實(shí)施例加以詳細(xì)描述，在這些實(shí)施例中，將所述馬達(dá)控制設(shè)備應(yīng)用到用于汽車引擎冷卻設(shè)備的電驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)中。
參照?qǐng)D1，直流電馬達(dá)1充當(dāng)?shù)蛪嚎諝鈮嚎s機(jī)風(fēng)扇(未示出)的驅(qū)動(dòng)器，用于冷卻流過諸如散熱器這樣的熱量交換器的引擎冷卻制冷劑。馬達(dá)控制設(shè)備2控制馬達(dá)1的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。電池3通過點(diǎn)火開關(guān)(未示出)向馬達(dá)控制設(shè)備2供電。值得注意的是，在某些結(jié)構(gòu)中，電池3直接向馬達(dá)控制設(shè)備2供電。
提供給馬達(dá)1的電壓決定了低壓空氣壓縮機(jī)風(fēng)扇的轉(zhuǎn)動(dòng)速度。馬達(dá)控制設(shè)備2通過采用脈寬調(diào)制(PWM)控制方法來調(diào)整電壓的電平，所述方法將電池3的輸出轉(zhuǎn)換應(yīng)用到馬達(dá)1。馬達(dá)控制設(shè)備2具有接收來自電子控制單元(ECU)、用于引擎(E/G)控制的電壓命令信號(hào)Vc。所述電壓命令信號(hào)Vc是請(qǐng)求將電壓電平輸出給馬達(dá)1的輸出電平命令信號(hào)。值得注意的是，上述信號(hào)通過脈沖通信而在引擎控制ECU4和馬達(dá)控制設(shè)備2之間相互轉(zhuǎn)換。由此，電壓命令信號(hào)Vc是脈沖序列信號(hào)。
引擎控制ECU4具有公知的結(jié)構(gòu)，用于基于將許多來自傳感器的信號(hào)輸入作為請(qǐng)求所述操作的信號(hào)而執(zhí)行控制引擎操作。在此情況下，引擎控制ECU4在預(yù)先設(shè)置的條件下處理所述傳感器信號(hào)，以便產(chǎn)生為把引擎冷卻制冷劑保持在目標(biāo)控制溫度所必需的電壓命令信號(hào)Vc，然后將所述電壓命令信號(hào)Vc提供給馬達(dá)控制器設(shè)備2。應(yīng)當(dāng)注意的是，傳感器信號(hào)包括從溫度傳感器、汽車傳感器和A/C開關(guān)那里接收的信號(hào)，所述溫度傳感器用于檢測(cè)引擎冷卻制冷劑的溫度。
馬達(dá)控制器設(shè)備2具有作為用于執(zhí)行PWM控制的半導(dǎo)體開關(guān)裝置的n溝道功率的MOSFET 5。處于ON狀態(tài)的MOSFET 5通過平滑電路6從電池3到馬達(dá)1建立導(dǎo)電通路的連接。值得注意的是，還提供平滑電路6，以作為限制在開關(guān)MOSFET 5的操作中產(chǎn)生的導(dǎo)通噪音的裝置。一個(gè)續(xù)流二極管7連接在馬達(dá)的輸入端之間作為用于吸收反電動(dòng)勢(shì)的裝置。
為了驅(qū)動(dòng)MOSFET 5并且保護(hù)馬達(dá)控制設(shè)備2和馬達(dá)1免受因流過馬達(dá)1的過大電流引起的熱量而帶來的損害，給馬達(dá)控制提供這樣的內(nèi)部電路，該電路包括輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8，信號(hào)處理電路9，馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10，振蕩電路11，驅(qū)動(dòng)電路12和過電流保護(hù)電路13。
輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8的作用是作為一輸入接口而將從引擎控制ECU4處接收到的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)Vb并且將其提供給信號(hào)處理電路9。
馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10檢測(cè)出現(xiàn)在馬達(dá)1的接線端之間的電壓并且將代表所檢測(cè)電壓的電壓檢測(cè)信號(hào)提供給信號(hào)處理電路9及過電流保護(hù)電路13。在通過PWM控制來驅(qū)動(dòng)馬達(dá)1的情況下，出現(xiàn)在馬達(dá)1接線端之間的電壓依照MOSFET 5的ON和OFF狀態(tài)而急劇地上升和下降。代替檢測(cè)這種急劇的電壓變化，馬達(dá)控制設(shè)備2的結(jié)構(gòu)包括用于在馬達(dá)1的接線端之間施加平滑變化電壓的平滑電路6，所述平滑變化的電壓是由馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10來檢測(cè)的。
振蕩電路11產(chǎn)生具有預(yù)定頻率的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)，并且將上述信號(hào)提供給信號(hào)處理電路9和過電流保護(hù)電路13。
信號(hào)處理電路9具有這樣一種公知結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)用于根據(jù)直流電壓信號(hào)Vb與由馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10反饋的電壓檢測(cè)信號(hào)以及由振蕩電路11產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)相比較的比較結(jié)果，來產(chǎn)生帶有脈沖序列波形的PWM信號(hào)。這一結(jié)構(gòu)用于將PWM信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)電路12和過電流保護(hù)電路13。如前所述，通過輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8接收來自引擎控制ECU4的直流電壓信號(hào)Vb，其中電壓檢測(cè)信號(hào)代表出現(xiàn)在馬達(dá)輸入端之間的電壓。
驅(qū)動(dòng)電路12放大所述PWM信號(hào)以便產(chǎn)生電壓信號(hào)，并且將電壓信號(hào)施加于MOSFET 5的柵極和源極之間，以切換MOSFET 5的導(dǎo)通和截止。切換后的MOSFET 5繼而又在馬達(dá)1上執(zhí)行PWM驅(qū)動(dòng)操作。在馬達(dá)1上執(zhí)行PWM驅(qū)動(dòng)操作的結(jié)果是，施加于馬達(dá)1上的電壓平均值可以用來控制馬達(dá)1，由此可以驅(qū)動(dòng)所述馬達(dá)以可變的速度運(yùn)轉(zhuǎn)。
過電流保護(hù)電路13是為保護(hù)馬達(dá)1和馬達(dá)控制設(shè)備2免受因流過馬達(dá)1的過大電流產(chǎn)生的熱量所造成的損壞而配備的，所述損壞是由于馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)或者是通過檢測(cè)到電流的負(fù)載導(dǎo)線處于短路電路狀態(tài)。
在圖2中示出了所述過電流保護(hù)電路13。除了前述輸入信號(hào)以外，也就是，除了由信號(hào)處理電路9產(chǎn)生的PWM信號(hào)、由馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10產(chǎn)生的電壓檢測(cè)信號(hào)和由振蕩電路11產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)以外，所述過電流保護(hù)電路13還接收出現(xiàn)在MOSFET 5的漏極和源極之間的電壓。這里，出現(xiàn)在MOSFET 5的漏極和源極之間的電壓僅僅指漏極電壓。所述過電流保護(hù)電路13根據(jù)在MOSFET 5為ON狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)施加于MOSFET 5的漏極電壓，來檢測(cè)流過馬達(dá)1的負(fù)載電流。
接收由馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10產(chǎn)生的電壓檢測(cè)信號(hào)的第一過電流檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路14輸出第一閾值電壓Vth1，對(duì)于電壓檢測(cè)信號(hào)較高的電平范圍而言，第一閾值電壓Vth1被設(shè)置在了一個(gè)相對(duì)較小的值上。第一比較器15將第一閾值電壓Vth1與漏極電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)漏極電壓超過第一閾值電壓Vth1時(shí)，將比較結(jié)果輸出為高電平的信號(hào)。
接收由馬達(dá)電壓檢測(cè)電路10產(chǎn)生的電壓檢測(cè)信號(hào)的第二過流電檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路16輸出第二閾值電壓Vth2，對(duì)于電壓檢測(cè)信號(hào)較高的電平范圍而言，第一閾值電壓Vth1被設(shè)置在了一個(gè)相對(duì)較小的值上。然而，第二閾值電壓Vth2被設(shè)置為高于第一閾值電壓Vth1預(yù)定差值的電平。第二比較器17將第二閾值電壓Vth1與漏極電壓進(jìn)行比較，并且當(dāng)漏極電壓超過第二閾值電壓Vth1時(shí)，將比較結(jié)果輸出為高電平的信號(hào)。
第一比較器15的輸出端經(jīng)NPN型雙極性晶體管15a接地。具體而言，NPN型雙極性晶體管15a的集電極連接到第一比較器15的輸出端，而NPN型雙極性晶體管15a的發(fā)射極接地。第二比較器17的輸出端經(jīng)NPN型雙極性晶體管17a接地。具體而言，NPN型雙極性晶體管17a的集電極連接到第一比較器17的輸出端，而NPN型雙極性晶體管17a的發(fā)射極接地。
NPN型雙極性晶體管15a和NPN型雙極性晶體管17a的基極接收由轉(zhuǎn)換器電路18輸出的信號(hào)，所述信號(hào)是由信號(hào)處理電路9產(chǎn)生的PWM信號(hào)的轉(zhuǎn)換結(jié)果。由此，當(dāng)將PWM信號(hào)設(shè)置為低電平時(shí)，即，在MOSFET 5處于OFF狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，導(dǎo)通NPN型雙極性晶體管15a和17a，并且NPN型雙極性晶體管15a和NPN型雙極性晶體管17a的ON狀態(tài)把第一比較器15和第二比較器17的輸出分別強(qiáng)制降低為低電平。
另一方面，在MOSFET 5處于ON狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，根據(jù)比較結(jié)果來設(shè)置第一比較器15的輸出。更具體而言，當(dāng)流過MOSFET 5的負(fù)載電流的水平超過對(duì)應(yīng)于第一閾值電壓Vth1的第一過電流水平時(shí)，第一比較器15輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。同樣，在MOSFET 5處于ON狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，根據(jù)比較結(jié)果來設(shè)置第一比較器17的輸出。更具體而言，當(dāng)流過MOSFET 5的負(fù)載電流的電平超過對(duì)應(yīng)于第二閾值電壓Vth2的第二過電流水平時(shí)，第二比較器17輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。將第二閾值電壓Vth2的電平設(shè)置的比第一閾值電壓Vth1更高。
在MOSFET 5處于OFF狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，忽略在由第一比較器15和第二比較器17執(zhí)行的操作內(nèi)漏極電壓的增高，所述第一比較器15和第二比較器17檢測(cè)到流過MOSFET 5的過大電流。另一方面，在MOSFET 5處于ON狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，第一比較器15根據(jù)流過MOSFET 5且超過對(duì)應(yīng)于第一閾值電壓Vth1的第一過電流水平的負(fù)載電流來輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。同樣，在MOSFET 5處于ON狀態(tài)下的時(shí)間周期內(nèi)，第二比較器15根據(jù)流過MOSFET 5且超過對(duì)應(yīng)于第二閾值電壓Vth2的第二過電流水平的負(fù)載電流來輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。
將由振蕩電路11產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)提供給第一ON計(jì)時(shí)器19的時(shí)鐘端子CK和第一OFF計(jì)時(shí)器20的時(shí)鐘端子CK。第一ON計(jì)時(shí)器19具有在ON時(shí)間周期t1內(nèi)啟動(dòng)第一ON計(jì)時(shí)器操作以計(jì)算脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，所述ON時(shí)間周期t1設(shè)置在通過給觸發(fā)器端子T的信號(hào)的上升沿處。隨著第一ON計(jì)時(shí)器操作的完成，第一ON計(jì)時(shí)器19從其輸出端Q輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。所述計(jì)數(shù)脈沖是由于劃分基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)頻率而產(chǎn)生的信號(hào)。
同樣，第一OFF計(jì)時(shí)器20具有在OFF時(shí)間周期t2內(nèi)啟動(dòng)第一OFF計(jì)時(shí)器操作以計(jì)算脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，所述OFF時(shí)間周期t2設(shè)置在通過給觸發(fā)器端子T的信號(hào)的上升沿處。隨著第一OFF計(jì)時(shí)器操作的完成，第一OFF計(jì)時(shí)器20從其輸出端Q輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。所述計(jì)數(shù)脈沖是由于劃分基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)頻率而產(chǎn)生的信號(hào)。
值得注意的是，第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20都具有一個(gè)禁用端N。當(dāng)設(shè)置在高電平的信號(hào)提供給禁用端N時(shí)，禁止執(zhí)行第一ON計(jì)時(shí)器和第一OFF計(jì)時(shí)器操作。第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20的禁用端N都連接到第二比較器17的輸出端。
在第一ON計(jì)時(shí)器19內(nèi)，觸發(fā)器端子T連接到第一比較器15的輸出端，而輸出端Q連接到用作第一鎖存電路21的R-S觸發(fā)器的置位輸入端S。由此，當(dāng)?shù)谝槐容^器15檢測(cè)到過大電流時(shí)，第一ON計(jì)時(shí)器19在ON時(shí)間周期t1內(nèi)啟動(dòng)第一ON計(jì)時(shí)器操作。隨著第一ON計(jì)時(shí)器操作的完成，將第一鎖存電路21置位以鎖存檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。
在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，隨著檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的提升或從第一鎖存電路21的釋放，第一鎖存電路21輸出低電平信號(hào)。然而，依據(jù)鎖存在第一鎖存電路21的檢測(cè)到的過電流狀態(tài)，第一鎖存電路21輸出作為異常檢測(cè)信號(hào)的高電平信號(hào)。由第一鎖存電路21輸出的信號(hào)被提供給了第一OFF計(jì)時(shí)器20的觸發(fā)器端子T。所述信號(hào)分別通過或門22a和22b而分別提供給驅(qū)動(dòng)電路12和輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8。第一OFF計(jì)時(shí)器20的輸出端Q連接到第一鎖存電路21的復(fù)位輸入端R。
由此，當(dāng)置位第一鎖存電路21時(shí)，輸出異常檢測(cè)信號(hào)，第一OFF計(jì)時(shí)器20在OFF時(shí)間周期t2內(nèi)啟動(dòng)第一OFF計(jì)時(shí)器操作。隨著第一OFF計(jì)時(shí)器操作的完成，重置第一鎖存電路21，以便提升或釋放檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。
由振蕩電路11產(chǎn)生的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)同樣被提供給第二ON計(jì)時(shí)器23的時(shí)鐘終端CK和第二OFF計(jì)時(shí)器24的時(shí)鐘終端CK。第二ON計(jì)時(shí)器23具有在ON時(shí)間周期t1’內(nèi)啟動(dòng)第二ON計(jì)時(shí)器操作以計(jì)算脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，所述ON時(shí)間周期t1’設(shè)置在通過給觸發(fā)器端子T的信號(hào)的上升沿并且短于ON時(shí)間周期t1。隨著第二ON計(jì)時(shí)器操作的完成，第二ON計(jì)時(shí)器23從其輸出端Q輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。所述計(jì)數(shù)脈沖是由于劃分基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)頻率而產(chǎn)生的信號(hào)。
同樣，第二OFF計(jì)時(shí)器24具有在OFF時(shí)間周期t2’內(nèi)啟動(dòng)第二OFF計(jì)時(shí)器操作以計(jì)算脈沖數(shù)的結(jié)構(gòu)，所述OFF時(shí)間周期t2’設(shè)置在通過給觸發(fā)器端子T的信號(hào)的上升沿處并且長(zhǎng)于OFF時(shí)間周期t2。隨著第二OFF計(jì)時(shí)器操作的完成，第二OFF計(jì)時(shí)器24從其輸出端Q輸出設(shè)置在高電平的信號(hào)。所述計(jì)數(shù)脈沖是由于劃分基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)頻率而產(chǎn)生的信號(hào)。
在第二ON計(jì)時(shí)器23內(nèi)，觸發(fā)器端子T連接到第二比較器17的輸出端，而輸出端Q連接到用作第二鎖存電路25的R-S觸發(fā)器的置位輸入端S。由此，當(dāng)?shù)诙容^器17檢測(cè)到過大電流時(shí)，第二ON計(jì)時(shí)器23在ON時(shí)間周期t1’內(nèi)啟動(dòng)第二ON計(jì)時(shí)器操作。隨著第二ON計(jì)時(shí)器操作的完成，將第二鎖存電路25置位，以便鎖存檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。
在穩(wěn)定狀態(tài)條件下，隨著檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的提升或從第二鎖存電路25的釋放，第二鎖存電路25輸出低電平信號(hào)。然而，依據(jù)鎖存在第二鎖存電路25的檢測(cè)到的過電流狀態(tài)，第二鎖存電路25輸出作為異常檢測(cè)信號(hào)的高電平信號(hào)。由第二鎖存電路25輸出的信號(hào)被提供給了第二OFF計(jì)時(shí)器25的觸發(fā)器端子T。所述信號(hào)分別通過或門22a和22b而分別提供給驅(qū)動(dòng)電路12和輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8。第二OFF計(jì)時(shí)器24的輸出端Q連接到第二鎖存電路25的復(fù)位輸入端R。
由此，當(dāng)置位第二鎖存電路25時(shí)，輸出異常檢測(cè)信號(hào)，第二OFF計(jì)時(shí)器24在OFF時(shí)間周期t2’(t2’＞t2)內(nèi)啟動(dòng)第二OFF計(jì)時(shí)器操作。隨著第二OFF計(jì)時(shí)器操作的完成，復(fù)位第二鎖存電路25以便提升檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。
驅(qū)動(dòng)電路12具有當(dāng)接收到異常檢測(cè)電流時(shí)強(qiáng)制截止MOSFET 5并且當(dāng)異常檢測(cè)信號(hào)消失后提升MOSFET 5的被強(qiáng)制設(shè)置在OFF狀態(tài)的結(jié)構(gòu)。正如稍后將要描述的那樣，輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8具有這樣的結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)包括一種使用異常檢測(cè)信號(hào)的功能，所述異常信號(hào)是作為用在抑制突增或激增電流的操作中的信號(hào)。
在圖3所示的輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8中，電源供應(yīng)終端+Vcc通過上拉電阻器26而連接到引擎控制ECU4的輸出端。以集電極開路的形式提供了未在圖中出現(xiàn)的引擎控制ECU4。由引擎控制ECU4產(chǎn)生的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc提供給比較器27的反相輸入端(-)。另一方面，將基準(zhǔn)電壓Vref提供給比較器27的同相輸入端(+)。比較器27具有用于比較電壓命令信號(hào)和基準(zhǔn)電壓Vref的結(jié)構(gòu)。在由引擎控制ECU4產(chǎn)生的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc超過基準(zhǔn)電壓Vref的時(shí)間周期內(nèi)，比較器27輸出設(shè)置在低電平的信號(hào)。
由比較器27輸出的、作為表明比較結(jié)果的信號(hào)在由反相器28反相后被提供給了NPN型雙極性晶體管29的基極。由此，在由引擎控制ECU4產(chǎn)生的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc超過基準(zhǔn)電壓Vref的時(shí)間周期內(nèi)，NPN型雙極性晶體管29處于ON狀態(tài)。
NPN型雙極性晶體管29的集電極和發(fā)射極分別通過電阻器30連接到電源端+Vcc，且通過電阻器31接地。由此，NPN型雙極性晶體管29的發(fā)射極根據(jù)NPN型雙極性晶體管29的ON和OFF狀態(tài)來輸出脈沖序列電壓Va，即，根據(jù)由引擎控制ECU4產(chǎn)生的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc來輸出上述電壓。脈沖序列電壓Va具有由電源端+Vcc決定的峰值以及電阻器30和電阻器31阻值的標(biāo)度比(divisionratio)。
以上述方式輸出的脈沖序列電壓Va被提供給一包含電阻器32和電容器33的積分電路，以便被轉(zhuǎn)換為直流電壓信號(hào)Vb。繼而，將所述直流電壓信號(hào)Vb提供給信號(hào)處理電路9。電阻器34和NPN型雙極性晶體管35的串連電路并聯(lián)到電容器33。具體而言，NPN型雙極性晶體管35的集電極和發(fā)射極分別連接到電阻器34和地。如圖2所示，從第一鎖存電路21和第二鎖存電路25的輸出端Q產(chǎn)生的信號(hào)通過過電流保護(hù)電路13中的或門22b而被提供給NPN型雙極性晶體管35的基極，其中上述兩個(gè)鎖存電路組成了過電流保護(hù)電路的輸出級(jí)。每一個(gè)從第一鎖存電路21和第二鎖存電路25的輸出端Q產(chǎn)生的信號(hào)都是設(shè)置在高電平的異常信號(hào)或設(shè)置在低電平的信號(hào)。
由此，當(dāng)設(shè)置在高電平的、充當(dāng)異常檢測(cè)信號(hào)的信號(hào)從過電流保護(hù)電路13輸出時(shí)，異常檢測(cè)信號(hào)強(qiáng)制的將MOSFET 5置于OFF狀態(tài)而且導(dǎo)通NPN型雙極性晶體管35。其結(jié)果是，提供給信號(hào)處理電路9的直流電壓信號(hào)Vb被降低到地電位的0V電平。另一方面，當(dāng)過電流保護(hù)電路13停止輸出異常檢測(cè)信號(hào)時(shí)，即，當(dāng)過電流保護(hù)電路13輸出設(shè)置在低電平的信號(hào)時(shí)，NPN型雙極性晶體管35恢復(fù)到OFF狀態(tài)。由此，在驅(qū)動(dòng)電路12強(qiáng)制截止MOSFET 5后，過電流保護(hù)電路13停止輸出異常檢測(cè)信號(hào)而驅(qū)動(dòng)電路12再次導(dǎo)通MOSFET 5。隨著MOSFET5的再次導(dǎo)通，重新啟動(dòng)馬達(dá)1，從0V開始逐漸的提高提供給信號(hào)處理電路9的直流電壓信號(hào)Vb。
圖4示出了圖1結(jié)構(gòu)中的電壓和電流的典型波形的模型。更具體來講，(a)示出了由電池3輸出的電壓+B的波形。(b)示出了由輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8提供給信號(hào)處理電路9的直流電壓信號(hào)的波形。(c)示出了MOSFET 5的漏極電壓VDS的波形。(d)示出了馬達(dá)電壓VM的波形，所述馬達(dá)電壓VM是出現(xiàn)在馬達(dá)1的接線端之間的電壓。(e)示出了馬達(dá)電流IM的波形，所述馬達(dá)電流IM是流過馬達(dá)1的負(fù)載電流。值得注意的是，(c)僅僅示出了忽略了時(shí)基的漏極電壓VDS的波形。實(shí)踐中，上述波形是反映MOSFET 5的切換頻率的更復(fù)雜波形。
圖4所示的時(shí)間周期是預(yù)定的時(shí)間間隔，所述間隔緊隨由電池3供給電力的引擎控制ECU4輸出的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc的起始。在時(shí)間周期A內(nèi)，直流電壓信號(hào)Vb在輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8內(nèi)，根據(jù)由電阻器32和電容器33決定的時(shí)間常數(shù)而逐漸的上升，穩(wěn)定在由脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc設(shè)置的電壓電平處。所述信號(hào)處理電路9基于直流電壓信號(hào)Vb和從振蕩電路11處接收到的基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(hào)而產(chǎn)生PWM信號(hào)。更具體而言，所產(chǎn)生的PWM信號(hào)具有一個(gè)逐漸提升的占空比，以便跟隨由直流電壓信號(hào)Vb表明的電壓命令值。
信號(hào)處理電路9將PWM信號(hào)提供給驅(qū)動(dòng)電路12。所述驅(qū)動(dòng)電路12放大所述PWM信號(hào)以產(chǎn)生用于切換MOSFET 5的放大信號(hào)。通過由放大后的PWM信號(hào)進(jìn)行切換，MOSFET 5顯示出帶有其波形的漏極電壓VDS，所述波形依(c)中所示的模型而變化。以此種方式切換MOSFET5，馬達(dá)電壓VM逐漸升高，穩(wěn)定在由脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc設(shè)置的電壓電平處。此外，在達(dá)到穩(wěn)定前，馬達(dá)電流IM同樣不斷地升高。
在圖4中示出的時(shí)間周期B是在馬達(dá)電壓VM穩(wěn)定在由引擎控制ECU4輸出的脈沖序列電壓命令信號(hào)Vc設(shè)置的電壓電平，并且由于馬達(dá)電壓VM的穩(wěn)定而導(dǎo)致的馬達(dá)電流IM也保持在穩(wěn)定值時(shí)的時(shí)間間隔。
在圖4中示出的時(shí)間周期C是以由于異常而引起的過大電流開始，以所述電流的消逝而結(jié)束，所述的異常是指諸如馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)或者在穩(wěn)定態(tài)下的負(fù)載短路電路。
萬一出現(xiàn)了諸如馬達(dá)的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)或者在穩(wěn)定態(tài)下的負(fù)載短路電路這樣的異常，馬達(dá)電流IM的電平，即，流過MOSFET 5的負(fù)載電流的電平就會(huì)升高。隨著馬達(dá)電流IM在時(shí)間T0超過了如圖4所示的電流上限Imax，那么第一比較器15輸出設(shè)置為高電平的信號(hào)。電流上限Imax是對(duì)應(yīng)于第一閾值電壓Vth1的第一過電流水平。
將設(shè)置在高電平的信號(hào)輸出到第一ON計(jì)時(shí)器19的觸發(fā)器端子T，觸發(fā)第一ON計(jì)時(shí)器19以開始前述第一ON計(jì)時(shí)器操作。隨著稍后在ON時(shí)間周期t1的終了處完成了第一ON計(jì)時(shí)器操作，第一ON計(jì)時(shí)器19輸出用于設(shè)置第一鎖存電路21的信號(hào)，以鎖存檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。
鎖存了檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的第一鎖存電路21通過或門22a輸出異常信號(hào)到驅(qū)動(dòng)電路12。驅(qū)動(dòng)電路12在接收到異常檢測(cè)信號(hào)的同時(shí)，強(qiáng)制截止MOSFET 5。由此，切斷馬達(dá)電流IM。
當(dāng)輸出異常檢測(cè)信號(hào)導(dǎo)致MOSFET 5被強(qiáng)制截止時(shí)，所示異常檢測(cè)信號(hào)同時(shí)導(dǎo)通位于輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8內(nèi)的NPN型雙極性晶體管35，從而導(dǎo)致由輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8提供給信號(hào)處理電路9的直流電壓信號(hào)Vb被下拉到地電位的0V電平。
稍后，當(dāng)異常檢測(cè)信號(hào)消失時(shí)，直流電壓信號(hào)Vb再次以預(yù)定時(shí)間常數(shù)從0V電平上升到由電壓命令信號(hào)Vc表示的值。由信號(hào)處理電路9提供給驅(qū)動(dòng)電路12的PWM信號(hào)的占空比同樣逐漸上升到由直流電壓信號(hào)Vb表示的值，即，由電壓命令信號(hào)Vc表示的值。其結(jié)果是，馬達(dá)電流IM也逐漸從馬達(dá)電流IM曾經(jīng)所處的切斷狀態(tài)處升高。
如上所述，第一鎖存電路21也輸出異常檢測(cè)信號(hào)到第一OFF計(jì)時(shí)器20的觸發(fā)端T，以觸發(fā)所述第一OFF計(jì)時(shí)器20以啟動(dòng)第一OFF計(jì)時(shí)器操作。
當(dāng)稍后在OFF時(shí)間周期t2的終了處完成了第一OFF計(jì)時(shí)器操作時(shí)，第一OFF計(jì)時(shí)器20輸出用于復(fù)位第一鎖存電路21的信號(hào)。當(dāng)復(fù)位第一鎖存電路21時(shí)，提升鎖存在其中的檢測(cè)到的過電流狀態(tài)。據(jù)此，第一鎖存電路21停止將異常檢測(cè)信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電路12。
ON時(shí)間周期t1設(shè)置為第一ON計(jì)時(shí)器19在其中執(zhí)行第一ON計(jì)時(shí)器操作的時(shí)間周期，ON時(shí)間周期t1同樣起到監(jiān)控馬達(dá)電流IM的時(shí)間周期的作用。當(dāng)馬達(dá)電流IM沒有超過響應(yīng)于在電流監(jiān)控時(shí)間周期內(nèi)的第二閾值電壓Vth2的第二過電流水平時(shí)，第二比較器17不會(huì)將其輸出反相成一個(gè)設(shè)置在高電平的信號(hào)。
值得注意的是，第二過電流水平高于第一過電流水平。由于第二比較器17不會(huì)將其輸出反相成一個(gè)設(shè)置在高電平的信號(hào)，所以第二ON計(jì)時(shí)器23不會(huì)啟動(dòng)第二計(jì)時(shí)器操作，而且第二鎖存電路25實(shí)際上仍保持提升的鎖存狀態(tài)(即，將檢測(cè)到的過電流狀態(tài)從第二鎖存電路25提升)。
由此，當(dāng)馬達(dá)電流IM沒有超過第二過電流水平時(shí)，在緊隨強(qiáng)制截止MOSFET 5的操作的OFF時(shí)間周期終了處，第一OFF計(jì)時(shí)器20輸出的信號(hào)提升鎖存在第一鎖存電路21的檢測(cè)到的過電流狀態(tài)，導(dǎo)致第一鎖存電路21停止輸出異常檢測(cè)信號(hào)。由此，驅(qū)動(dòng)電路12恢復(fù)切換MOSFET 5的操作，即，在馬達(dá)1上執(zhí)行PWM驅(qū)動(dòng)操作。當(dāng)馬達(dá)電流IM再次超過第一過電流水平時(shí)，第一比較器15將設(shè)置在高電平的信號(hào)輸出給第一ON計(jì)時(shí)器19的觸發(fā)器端T，觸發(fā)第一ON計(jì)時(shí)器19以恢復(fù)第一ON計(jì)時(shí)器操作。
由此，當(dāng)馬達(dá)電流IM增加、超過了第一過電流水平但沒有超過第二過電流水平時(shí)，在如圖4所示的暫停后，重復(fù)執(zhí)行由第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器連續(xù)執(zhí)行的ON計(jì)時(shí)器操作和OFF計(jì)時(shí)器操作。在預(yù)先產(chǎn)生用于OFF時(shí)間周期t2的信號(hào)前，通過終止在提前設(shè)置的OFF時(shí)間周期t1內(nèi)的異常檢測(cè)信號(hào)來執(zhí)行第一ON計(jì)時(shí)器操作和OFF計(jì)時(shí)器操作。由于在暫停周期τ后重復(fù)執(zhí)行這些操作，因此在ON時(shí)間周期t1和暫停周期τ的總的周期內(nèi)終止異常檢測(cè)信號(hào)。照此，重復(fù)執(zhí)行第一實(shí)施例的第一ON計(jì)時(shí)器操作和OFF計(jì)時(shí)器操作。值得注意的是，暫停周期τ是馬達(dá)電流IM從0電平上升到過電流水平的時(shí)間周期。
由此，當(dāng)馬達(dá)電流IM增加、超過了第一過電流水平但沒有超過第二過電流水平時(shí)，在緊隨初始電流監(jiān)控周期t1的OFF時(shí)間周期t2內(nèi)強(qiáng)制截止MOSFET 5，并且在ON時(shí)間周期t1和暫停周期τ的總的周期內(nèi)再次導(dǎo)通MOSFET 5，其中在t1周期內(nèi)MOSFET 5處于ON狀態(tài)。
另一方面，當(dāng)馬達(dá)電流IM增加、在電流監(jiān)控周期內(nèi)超過了響應(yīng)于第二閾值電壓Vth2的第二過電流水平時(shí)，第二比較器將設(shè)置在高電平的信號(hào)輸出給第二ON計(jì)時(shí)器23的觸發(fā)器端T，觸發(fā)第二ON計(jì)時(shí)器23以啟動(dòng)第二ON計(jì)時(shí)器操作。隨著稍后在ON時(shí)間周期t1’的終了處完成所述的第二計(jì)時(shí)器操作，第二ON計(jì)時(shí)器23輸出一用于在第二鎖存電路25內(nèi)設(shè)置第二鎖存電路25，以鎖存檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的信號(hào)。
鎖存了檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的第二鎖存電路25通過或門22a將異常檢測(cè)信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電路12。在接收到異常檢測(cè)信號(hào)的同時(shí)，驅(qū)動(dòng)電路12強(qiáng)制截止MOSFET 5。由此，切斷了馬達(dá)電流IM。值得注意的是，由第二比較器17輸出的高電平信號(hào)被提供給了第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20的禁止端N。由此，就分別禁止了第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20的第一ON計(jì)時(shí)器操作和第一OFF計(jì)時(shí)器操作。
如上所述，第二鎖存電路25將異常檢測(cè)信號(hào)同樣輸出給第二OFF計(jì)時(shí)器24的觸發(fā)器端T，觸發(fā)第二OFF計(jì)時(shí)器24以啟動(dòng)第二OFF計(jì)時(shí)器操作。隨著稍后在OFF時(shí)間周期t2’的終了處完成所述的第二計(jì)時(shí)器操作，第二OFF計(jì)時(shí)器24輸出用于復(fù)位第二鎖存電路25的信號(hào)。當(dāng)復(fù)位第二鎖存電路25時(shí)，提升檢測(cè)到的鎖存于此的過電流狀態(tài)。據(jù)此，第二鎖存電路25停止向驅(qū)動(dòng)電路12輸出異常檢測(cè)信號(hào)。
在提前設(shè)置的OFF時(shí)間周期t2’產(chǎn)生信號(hào)前，通過終止在提前設(shè)置的On時(shí)間周期t1’內(nèi)的異常檢測(cè)信號(hào)而執(zhí)行第二ON計(jì)時(shí)器操作和第二OFF計(jì)時(shí)器操作。由于在暫停周期τ后重復(fù)執(zhí)行這些操作，因此在ON時(shí)間周期t1’和暫停周期τ的總的周期內(nèi)終止異常檢測(cè)信號(hào)。照此，重復(fù)執(zhí)行第一實(shí)施例的第二ON計(jì)時(shí)器操作和OFF計(jì)時(shí)器操作。
由此，當(dāng)馬達(dá)電流IM增加、超過了響應(yīng)于第二閾值電壓Vth2的第二過電流水平時(shí)，接收來自第二鎖存電路25的異常檢測(cè)信號(hào)的驅(qū)動(dòng)電路12將MOSFET 5一直保持在OFF狀態(tài)，直到在第二OFF計(jì)時(shí)器24內(nèi)設(shè)置的OFF時(shí)鐘周期t2’的終了時(shí)刻。由于OFF時(shí)間周期t2’大于設(shè)置在第一OFF計(jì)時(shí)器20中的OFF時(shí)鐘周期t2，所以當(dāng)馬達(dá)電流IM超過第二過電流水平時(shí)，延長(zhǎng)MOSFET 5的所述OFF時(shí)間周期。即，執(zhí)行所述控制以將由計(jì)時(shí)器函數(shù)設(shè)置的OFF時(shí)間周期延長(zhǎng)至相對(duì)于由計(jì)時(shí)器函數(shù)設(shè)置的ON時(shí)間周期長(zhǎng)一點(diǎn)的某個(gè)值，以使得流過馬達(dá)的電流越大，則在OFF時(shí)間周期和ON時(shí)間周期的差值也越大。
如上所述，按照超過了第二過電流水平的馬達(dá)電流IM，在OFF時(shí)間周期t2’(＞t2)內(nèi)強(qiáng)制將MOSFET 5置于OFF狀態(tài)下之后，則在ON時(shí)間周期t1’(＜t1)和暫停周期τ的總的周期內(nèi)將MOSFET 5置于ON狀態(tài)，并且重復(fù)執(zhí)行上述操作。
在圖4中示出的時(shí)間周期D是這樣的時(shí)間周期，即在此周期內(nèi)解除了馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)，負(fù)載的短路狀態(tài)，或者其它可能導(dǎo)致流過馬達(dá)1的過大電流的因素，以至于可以將馬達(dá)電流IM減小到低于響應(yīng)于第一閾值電壓Vth1的第一過電流水平的幅度。
圖5A和5B均是表示在圖4所示的時(shí)間周期C內(nèi)MOSFET 5的典型溫度變化圖。圖5A和5B所示的時(shí)間周期B與圖4所示的時(shí)間周期B是相同的。即，在此周期內(nèi)，馬達(dá)電壓VM和馬達(dá)電流IM每個(gè)都有一個(gè)穩(wěn)定值。在此期間內(nèi)，MOSFET 5的溫度變化穩(wěn)定在預(yù)定的水平。
圖5A示出了時(shí)間周期C，在此周期內(nèi)馬達(dá)電流IM升高，超過了第一過電流水平但沒有超過第二過電流水平。在此周期內(nèi)，在由第一ON計(jì)時(shí)器19和暫停周期τ設(shè)置的總的ON時(shí)間周期t1的時(shí)間內(nèi)再次驅(qū)動(dòng)前，在由第一OFF計(jì)時(shí)器20設(shè)置的OFF時(shí)間周期t2內(nèi)重復(fù)執(zhí)行操作以停止MOSFET 5。由此，在時(shí)間周期(t1+τ)內(nèi)MOSFET 5的溫度持續(xù)升高而在OFF時(shí)間周期t2內(nèi)下降，在能夠保持MOSFET 5性能的電平上達(dá)到最終飽和。
另一方面，圖5B示出了時(shí)間周期C，在該周期內(nèi)，馬達(dá)電流IM升高，甚至超過了第二過電流水平。在此時(shí)間周期內(nèi)，在由第二ON計(jì)時(shí)器23和暫停周期τ設(shè)置的總的ON時(shí)間周期t1’(＜t1)的時(shí)間內(nèi)再次驅(qū)動(dòng)前，在由第二OFF計(jì)時(shí)器24設(shè)置的OFF時(shí)間周期t2’(＞t2)內(nèi)重復(fù)執(zhí)行操作以終止MOSFET 5。在時(shí)間周期C內(nèi)，如上所述，馬達(dá)電流在此周期內(nèi)超過了第二過電流水平，溫度增長(zhǎng)率比在如圖5A所示的當(dāng)驅(qū)動(dòng)MOSFET 5時(shí)溫度的增長(zhǎng)率要大。結(jié)果，MOSFET 5的溫度最終飽和在能夠保持MOSFET 5性能的電平上。
當(dāng)連續(xù)截止和導(dǎo)通MOSFET 5時(shí)，具有按照本實(shí)施例的結(jié)構(gòu)的過電流保護(hù)電路13執(zhí)行過電流保護(hù)操作。在執(zhí)行所述過電流保護(hù)操作的時(shí)間周期內(nèi)，在本結(jié)構(gòu)內(nèi)執(zhí)行控制以將MOSFET 5的OFF時(shí)間周期延長(zhǎng)到相對(duì)于MOSFET 5的ON時(shí)間周期而言長(zhǎng)出下述一個(gè)差值，以至于馬達(dá)電流IM越大，在OFF時(shí)間周期和ON時(shí)間周期的差值越大。由此，在所述的過電流保護(hù)電路操作中，OFF時(shí)間周期和ON時(shí)間周期的比值隨著馬達(dá)電流IM的升高而增長(zhǎng)。因此，通過所述過電流保護(hù)操作，即使是馬達(dá)電流IM增長(zhǎng)時(shí)，也可以將MOSFET 5達(dá)到飽和溫度時(shí)的值限制在相對(duì)低的水平。
其結(jié)果是，當(dāng)執(zhí)行保護(hù)馬達(dá)1和馬達(dá)控制裝置2免受由過大電流產(chǎn)生的熱所引起的損壞時(shí)，前述的飽和溫度被限制在可以保持MOSFET5性能的水平上，而無需考慮馬達(dá)電流IM的幅度。由此，提高了過電流保護(hù)操作的可靠性。
此外，在此過電流保護(hù)操作中，盡管是間歇地，但可以保持馬達(dá)1的操作狀態(tài)。由此，本發(fā)明適于在如本發(fā)明實(shí)施例一樣的過電流保護(hù)操作中應(yīng)用。所述應(yīng)用的一個(gè)例子便是用于汽車引擎的冷卻裝置中的電驅(qū)動(dòng)風(fēng)扇系統(tǒng)。
此外，當(dāng)過電流保護(hù)電路輸出一個(gè)異常檢測(cè)信號(hào)以強(qiáng)制截止MOSFET 5時(shí)，所述異常檢測(cè)信號(hào)同樣導(dǎo)通位于輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路中的NPN型雙極性晶體管35。這就導(dǎo)致了由輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8提供給信號(hào)處理電路9的直流電壓信號(hào)Vb下拉到地的0V電平。由此，當(dāng)過電流保護(hù)電路13停止輸出異常檢測(cè)信號(hào)時(shí)，直流電壓信號(hào)Vb的電平從0V電平逐漸上升。
因此，由信號(hào)處理電路9提供給驅(qū)動(dòng)電路12的PWM信號(hào)的脈寬也會(huì)逐漸的上升到響應(yīng)于電壓命令信號(hào)Vc的值。其結(jié)果是，能夠提供的有益效果便是在馬達(dá)1激活時(shí)，讓將流過馬達(dá)1的突增電流限制在低電平。
(第一實(shí)施例的修正)第一實(shí)施例可以按如下方式修正。
盡管第一實(shí)施例僅有ON計(jì)時(shí)器和OFF計(jì)時(shí)器組合而成的兩級(jí)，即，第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20的組合以及第二ON計(jì)時(shí)器23和第二OFF計(jì)時(shí)器24的組合，但是所述組合的級(jí)數(shù)可以提高到3或者更大值。在包括較大級(jí)數(shù)的結(jié)構(gòu)中，能夠以根據(jù)馬達(dá)電流IM幅度的高準(zhǔn)確性來執(zhí)行所述的過電流保護(hù)操作。
此外，在第一ON計(jì)時(shí)器19中設(shè)置計(jì)時(shí)器操作ON時(shí)間周期t1被設(shè)置為比在第二ON計(jì)時(shí)器23中設(shè)置的計(jì)時(shí)器操作ON時(shí)間周期t1’大以滿足t1＞t1’這一關(guān)系。另一方面，在第一OFF計(jì)時(shí)器20中設(shè)置的計(jì)時(shí)器操作OFF時(shí)間周期t2被設(shè)置為比在第二OFF計(jì)時(shí)器24設(shè)置的計(jì)時(shí)器操作OFF時(shí)間周期t2’大以滿足t2＜t2’這一關(guān)系。然而，計(jì)時(shí)器操作ON時(shí)間周期t1和t1’，以及計(jì)時(shí)器操作OFF時(shí)間周期t2和t2不必滿足上述關(guān)系，但相反，只要在以第二ON計(jì)時(shí)器23和第二OFF計(jì)時(shí)器24的組合中的計(jì)時(shí)器操作時(shí)間周期t2’與計(jì)時(shí)器操作時(shí)間周期t1’的比值大于在以第一ON計(jì)時(shí)器19和第一OFF計(jì)時(shí)器20的組合中的計(jì)時(shí)器操作時(shí)間周期t2與計(jì)時(shí)器操作時(shí)間周期t1的計(jì)時(shí)器的比值，就可以將其設(shè)置為任何值。
此外，盡管第一實(shí)施例具有作為分離組件的第一鎖存電路21和第二鎖存電路25，但是同樣可以將其結(jié)構(gòu)修改為如下的結(jié)構(gòu)，即在其中，第一鎖存電路21和第二鎖存電路25的功能由單個(gè)鎖存電路來實(shí)現(xiàn)。
(第二實(shí)施例)在圖6中示出的第二實(shí)施例基本上與圖1中示出的第一實(shí)施例相同。然而，在第二實(shí)施例中，電阻器100連接在馬達(dá)1的負(fù)極端和位于MOSFET 5與續(xù)流二極管7之間的連接點(diǎn)之間。此外，將出現(xiàn)在電阻器100末端間的電壓提供給過電流保護(hù)電路13。
在圖7所示的過電流保護(hù)電路13中，將馬達(dá)電流IM作為出現(xiàn)在電阻器100末端的電流電壓(圖8中的S3)而檢測(cè)。所述過電流保護(hù)電路13包括低端過電流檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路140，用于設(shè)置響應(yīng)于低端閾值電流的低端過電流檢測(cè)閾值電壓Va(圖8中的S1)。低端判斷比較器150將由低端過電流檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路140輸出的低端過電流檢測(cè)閾值電壓Va和表示馬達(dá)電流IM的檢測(cè)到的電壓進(jìn)行比較，以判斷所述過大的電流是否大于正在流動(dòng)的所述低端閾值電流。
當(dāng)過大的電流大于正在流動(dòng)的所述低端閾值電流時(shí)，低端判斷比較器150將一信號(hào)提供給檢測(cè)計(jì)時(shí)器180，觸發(fā)檢測(cè)計(jì)時(shí)器180以便在檢測(cè)計(jì)時(shí)器180預(yù)置的ON時(shí)間周期T內(nèi)啟動(dòng)ON計(jì)時(shí)器操作。在ON時(shí)間周期的末端，檢測(cè)計(jì)時(shí)器80輸出信號(hào)(圖8中的S7)。
所述過電流保護(hù)電路13同樣包括低端過電流檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路160，用于設(shè)置響應(yīng)于高端閾值電流的高端過電流檢測(cè)閾值電壓Vb(圖8中的S2)。高端判斷比較器170將由高端過電流檢測(cè)閾值電壓設(shè)置電路160輸出的高端過電流檢測(cè)閾值電壓Vb和表示馬達(dá)電流IM的檢測(cè)到的電壓S3進(jìn)行比較，以判斷所述過大的電流是否大于正在流動(dòng)的所述高端閾值電流。
當(dāng)檢測(cè)到大于高端閾值電流的過大的電流時(shí)(圖8中的S5)，過大的電流作為由低端判斷比較器150、高端判斷比較器170和檢測(cè)計(jì)時(shí)器180產(chǎn)生的信號(hào)邏輯(圖8中的S2，S5，S6，S7)而被鎖存于鎖存電路21中。當(dāng)所述過大的電流的檢測(cè)被鎖存在鎖存電路21中時(shí)，鎖存電路21提供給驅(qū)動(dòng)電路12異常檢測(cè)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)電路12強(qiáng)制截止MOSFET 5。
將所述異常檢測(cè)信號(hào)同樣提供給OFF計(jì)時(shí)器20，觸發(fā)所述OFF計(jì)時(shí)器20在OFF計(jì)時(shí)器20預(yù)置的OFF時(shí)間周期內(nèi)啟動(dòng)OFF計(jì)時(shí)器操作。此外，將所述異常檢測(cè)信號(hào)同樣提供給輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8。在OFF時(shí)間周期的末端，提升鎖存在鎖存電路21中的檢測(cè)到的過電流狀態(tài)，重新導(dǎo)通MOSFET 5，并且表示已經(jīng)提升檢測(cè)到的過電流狀態(tài)的信號(hào)被提供給輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路8。
根據(jù)上述操作，所述過電流保護(hù)電路13只有在計(jì)時(shí)器180的時(shí)間周期T內(nèi)馬達(dá)1超過高端閾值Vb后才限制驅(qū)動(dòng)電路5驅(qū)動(dòng)MOSFET5。
可以將圖7中所示的過電流保護(hù)電路13應(yīng)用到許多用來檢測(cè)過大電流的方法的結(jié)構(gòu)中。由此，實(shí)現(xiàn)了適應(yīng)電流起始時(shí)間的過電流檢測(cè)方法。
圖9示出了表示流過馬達(dá)1的旋轉(zhuǎn)鎖定狀態(tài)和負(fù)載短路狀態(tài)的電流的不同波形。
本發(fā)明不應(yīng)局限于前述的實(shí)施例及其修正，而是可以在不脫離本發(fā)明精神的前提下以多種方式應(yīng)用。
權(quán)利要求
1.一種馬達(dá)控制設(shè)備，包括在馬達(dá)(1)的電流導(dǎo)通路徑中提供的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換裝置(5)；驅(qū)動(dòng)電路(12)，用于執(zhí)行產(chǎn)生用來導(dǎo)通和截止所述半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換裝置(5)的控制信號(hào)的操作；以及過電流保護(hù)電路(13)，用于當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過預(yù)定閾值時(shí)，輸出用來終止驅(qū)動(dòng)電路(12)所執(zhí)行的操作的異常檢測(cè)信號(hào)，其特征在于，所述過電流保護(hù)電路(13)是用于當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過預(yù)定閾值時(shí)，在預(yù)先設(shè)置的OFF時(shí)間周期內(nèi)產(chǎn)生異常檢測(cè)信號(hào)前，在預(yù)先設(shè)置的ON時(shí)間周期內(nèi)重復(fù)執(zhí)行終止異常檢測(cè)信號(hào)的計(jì)時(shí)器操作；以及用于控制以便將OFF時(shí)間周期延長(zhǎng)到大于ON時(shí)間周期如下差值的一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的值以便流過馬達(dá)(1)的電流越大，則在計(jì)時(shí)器操作的操作周期內(nèi)所述差值就越大。
2.如權(quán)利要求1所述的馬達(dá)控制設(shè)備，其中過電流保護(hù)電路(13)包括鎖存電路(21，25)，用于在置位狀態(tài)輸出異常檢測(cè)信號(hào)；第一ON計(jì)時(shí)器(19)和第一OFF計(jì)時(shí)器(20)，用于當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過第一預(yù)定閾值時(shí)，分別交替地執(zhí)行第一ON計(jì)時(shí)器操作和第一OFF計(jì)時(shí)器操作；以及第二ON計(jì)時(shí)器(23)和第二OFF計(jì)時(shí)器(24)，用于當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過大于第一預(yù)定閾值的第二預(yù)定閾值時(shí)，分別交替地執(zhí)行第二ON計(jì)時(shí)器操作和第二OFF計(jì)時(shí)器操作；所述第一ON計(jì)時(shí)器(19)具有下述結(jié)構(gòu)當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過第二預(yù)定閾值時(shí)，所述第一ON計(jì)時(shí)器(19)在第一ON計(jì)時(shí)器操作的末端置位鎖存電路(21，25)并且停止第一ON計(jì)時(shí)器操作；第一OFF計(jì)時(shí)器(20)具有下述結(jié)構(gòu)當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過第二預(yù)定閾值時(shí)，所述第一OFF計(jì)時(shí)器在第一OFF計(jì)時(shí)器操作的末端復(fù)位鎖存電路(21，25)并且停止第一OFF計(jì)時(shí)器操作；所述第二ON計(jì)時(shí)器具有下述結(jié)構(gòu)在第二ON計(jì)時(shí)器操作的末端置位鎖存電路；第二OFF計(jì)時(shí)器(24)具有下述結(jié)構(gòu)在第二OFF計(jì)時(shí)器操作的末端復(fù)位鎖存電路；以及所述第二OFF計(jì)時(shí)器操作的持續(xù)時(shí)間與所述第二ON計(jì)時(shí)器操作的持續(xù)時(shí)間的比值大于所述第一OFF計(jì)時(shí)器操作的持續(xù)時(shí)間與所述第一ON計(jì)時(shí)器操作的持續(xù)時(shí)間的比值。
3.如權(quán)利要求1或2所述的馬達(dá)控制設(shè)備，進(jìn)一步包括信號(hào)處理電路(9)，用于將具有根據(jù)輸入電壓的占空比的脈寬調(diào)制信號(hào)輸出給驅(qū)動(dòng)電路(12)；以及輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(8)，用于將作為從外部源(4)接收到的脈沖序列輸出電平命令信號(hào)的積分結(jié)果而得到的直流電壓信號(hào)提供給信號(hào)處理電路(9)，其中，所述輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換電路(8)具有如下結(jié)構(gòu)其包括放電電路(35)，當(dāng)過電流保護(hù)電路(13)輸出所述異常檢測(cè)信號(hào)時(shí)，所述放電電路(35)將直流電壓信號(hào)下拉到零電平。
4.一種馬達(dá)控制設(shè)備，包括在馬達(dá)(1)的電流導(dǎo)通路徑中提供的半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換裝置(5)；驅(qū)動(dòng)電路(12)，用于執(zhí)行產(chǎn)生用來導(dǎo)通和截止所述半導(dǎo)體轉(zhuǎn)換裝置(5)的控制信號(hào)的操作；以及過電流保護(hù)電路(13)，用于當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過預(yù)定閾值時(shí)，輸出用來終止驅(qū)動(dòng)電路(12)所執(zhí)行的操作的異常檢測(cè)信號(hào)，其特征在于，所述過電流保護(hù)電路(13)包括第一比較裝置(150)，用于當(dāng)電流超過第一閾值時(shí)將馬達(dá)(1)的電流與第一閾值進(jìn)行比較以產(chǎn)生第一信號(hào)；以及第二比較裝置(170)，用于當(dāng)電流超過第二閾值時(shí)將馬達(dá)(1)的電流與高于第一閾值的第二閾值進(jìn)行比較以產(chǎn)生第二信號(hào)；計(jì)時(shí)器裝置(180)，用于測(cè)量響應(yīng)于第一信號(hào)的預(yù)定時(shí)間周期；以及鎖存裝置(21)，用于當(dāng)在由計(jì)時(shí)器裝置(180)測(cè)量的預(yù)定時(shí)間周期內(nèi)從第二比較裝置(170)中產(chǎn)生第二信號(hào)時(shí)鎖存馬達(dá)(1)的電流異常以產(chǎn)生異常檢測(cè)信號(hào)。
全文摘要
在用于馬達(dá)(1)的控制設(shè)備(2)內(nèi)，過電流保護(hù)電路(13)檢測(cè)在馬達(dá)電流內(nèi)的異常并且強(qiáng)制截止MOSFET(5)。所述過電流保護(hù)電路(13)具有計(jì)時(shí)器功能和時(shí)間轉(zhuǎn)換功能。在計(jì)時(shí)器操作中，當(dāng)流過馬達(dá)(1)的電流超過預(yù)定的閾值時(shí)，在產(chǎn)生用于OFF時(shí)間周期的信號(hào)前，過電流保護(hù)電路(13)終止在ON時(shí)間周期內(nèi)的異常檢測(cè)信號(hào)。所述時(shí)間轉(zhuǎn)換功能是用于控制將OFF時(shí)間周期延長(zhǎng)到與ON時(shí)間周期相比一個(gè)相對(duì)長(zhǎng)的值。
文檔編號(hào)H02P29/02GK1538584SQ20041003978
公開日2004年10月20日 申請(qǐng)日期2004年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年3月17日
發(fā)明者野村學(xué), 吉村聰史, 史 申請(qǐng)人:株式會(huì)社電裝