專利名稱：馬達控制裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于驅(qū)動無刷DC馬達的控制裝置。
背景技術(shù)：
眾所周知，無刷DC馬達(以下只稱作無刷馬達或者馬達)通過交流電力而驅(qū)動， 該交流電力是通過逆變器主電路對直流電力進行轉(zhuǎn)換而得到的。從逆變器主電路得到的交流電力的電壓是脈沖電壓。無刷馬達在持續(xù)驅(qū)動中，必須在轉(zhuǎn)子的特定旋轉(zhuǎn)位置(特定的定時)將通電從電樞繞組的某一相繞組切換到其他繞組。該通電的切換定時稱作繞組電流的換流定時?？刂颇孀兤髦麟娐返拈_關(guān)元件的通斷驅(qū)動，以使繞組電流的換流定時與轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置相關(guān)。因此，需要有檢測轉(zhuǎn)子位置的旋轉(zhuǎn)位置的單元，作為該單元，具有用于檢測轉(zhuǎn)子的實際旋轉(zhuǎn)位置的霍爾式傳感器、或者通過相繞組的相電流間接地檢測旋轉(zhuǎn)位置的電流檢測器。
為了用一個電流檢測器檢測多個相的相電流，電流檢測器被配置于逆變器主電路的直流側(cè)。作為構(gòu)成電流檢測器的電流檢測元件，具有檢測基于直流電流的磁通數(shù)的霍爾元件式電流檢測器、檢測電流值來作為電壓值的電阻式電流檢測器。這些電流檢測器有時在進行無刷馬達的速度控制或轉(zhuǎn)矩控制的情況下檢測負載電流，并將其檢測信號用作控制的反饋信號。因此，對在反饋控制中使用的電流檢測器、和作為轉(zhuǎn)子位置檢測元件的霍爾式傳感器進行組合而得到的檢測器的結(jié)構(gòu)也是公知的。
為了正確獲得穩(wěn)定的換流定時，希望在這些電流檢測器中能夠以高精度檢測相電流。然而，在電流檢測電阻的兩端產(chǎn)生的與流通電流值對應(yīng)的電壓極其微小，所以電流檢測精度容易受到放大器等內(nèi)部電路的不被期望的固有特性、或者周圍溫度的影響。特別希望在電流檢測信號中減輕因放大器等檢測電路內(nèi)的特性產(chǎn)生的偏置電壓(按照也包含偏置電流的概念來使用該偏置電壓的用語)的影響。發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的馬達控制裝置，對馬達進行控制，其特征在于，包括電力轉(zhuǎn)換主電路，用于將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力來驅(qū)動上述馬達，具有橋式連接的多個開關(guān)元件；開關(guān)信號形成單元，形成至少三相的開關(guān)信號，以驅(qū)動上述多個開關(guān)元件而使其通斷模式成為PWM 模式；電流檢測單元，設(shè)置在上述電力轉(zhuǎn)換主電路的直流側(cè)，檢測其直流電流，將該檢測電流供給至上述開關(guān)信號形成單元來作為上述馬達的電流信息；判斷單元，判斷從該電流檢測單元輸出的檢測值中包含的偏置電壓的大??；以及檢測值校正單元，基于該判斷單元判斷出的偏置電壓的大小，校正從上述電流檢測單元輸出的上述檢測值；上述判斷單元通過使上述檢測值中的一個相的相對于正方向電流的檢測值和相對于負方向電流的檢測值基于其正負性質(zhì)而抵消的運算，確定偏置電壓，并將該確定的偏置電壓傳遞給上述檢測值校正單元。


圖I是表示第一實施方式的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖2是表示該第一實施方式的偏置電壓的確定方法的流程圖。
圖3是表示該第一實施方式的逆變器主電路的電流流路的電路圖。
圖4是表示該第一實施方式的逆變器主電路的不同的電流流路的電路圖。
圖5是表示該第一實施方式的逆變器主電路的開關(guān)模式的波形圖。
圖6是第二實施方式的與圖2相當?shù)膱D。
圖7是表示該第二實施方式的逆變器主電路的W相的電流流路的電路圖。
圖8是表示該第二實施方式的V相的電流流路的與圖7相當?shù)膱D。
圖9是表示該第二實施方式的U相的電流流路的與圖7相當?shù)膱D。
圖10是該第二實施方式的與圖5相當?shù)膱D。
具體實施方式
實施方式的馬達控制裝置，具備電力轉(zhuǎn)換主電路，該電力轉(zhuǎn)換主電路具有橋式連接的多個開關(guān)元件，用于將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力來驅(qū)動馬達。在控制裝置中，具有形成開關(guān)信號的開關(guān)信號形成單元，該開關(guān)信號用于驅(qū)動構(gòu)成該電力轉(zhuǎn)換主電路的上述多個開關(guān)元件而使其通斷模式成為PWM模式。在上述電力轉(zhuǎn)換主電路的直流側(cè)設(shè)置檢測該直流電流的電流檢測單元，將該檢測電流供給至上述開關(guān)形成單元來作為上述馬達的電流信息。 而且，具有判斷從該電流檢測單元輸出的檢測值中包含的偏置電壓的大小的判斷單元、和校正從電流檢測單元輸出的上述檢測值的檢測值校正單元。上述判斷單元通過使上述檢測值中的一個相的相對于正負各電流的檢測值相抵消的運算來確定偏置電壓，將該偏置電壓發(fā)送給上述檢測值校正單元。
根據(jù)實施方式，能夠提供可靠地檢測馬達的驅(qū)動過程中在相電流檢測器的輸出中包含的偏置電壓并能夠?qū)υ撈秒妷哼M行校正的馬達控制裝置。
(第一實施方式)
在圖I中，無刷馬達3構(gòu)成為通過將來自直流電源I的直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力的電力轉(zhuǎn)換器即逆變器主電路2而被驅(qū)動。逆變器主電路2包括在直流母線4、5之間橋式連接的多相例如三相電橋臂6U、6V、6W，在各臂中分別串聯(lián)連接有兩個開關(guān)元件例如 FETl FET6。其中，F(xiàn)ETl FET3構(gòu)成正側(cè)的開關(guān)元件，F(xiàn)ET4 FET6構(gòu)成負側(cè)的開關(guān)元件，與各FETl FET6反向并聯(lián)地連接有旁路二極管7a，而且，與直流電源I并聯(lián)連接有電力電容器7b。
對這些FETl FET6的通斷開關(guān)動作進行控制的控制裝置，由微型計算機8構(gòu)成。 該微型計算機8構(gòu)成開關(guān)信號形成單元，該開關(guān)信號形成單元將三相PWM信號gl g6合成并將合成后的信號提供給上述FETl FET6的柵極。由此，F(xiàn)ETl FET6被以PWM模式進行通斷控制，從逆變器主電路2向無刷馬達3提供近似正弦波的PWM波形脈沖電壓。通過該PWM波形脈沖電壓而在無刷馬達3中流動三相交流電流。檢測該無刷馬達3的電流的單元即電流檢測器9，包括介于負側(cè)的直流母線5中的電流檢測電阻10、對該電流檢測電阻10的兩端的電壓進行放大的放大器例如運算放大器11、和附屬電阻12 15。其中，電阻12是增益設(shè)定電阻。從電壓源16經(jīng)由電阻13對運算放大器11的輸入側(cè)施加基準電壓 +VO。來自該運算放大器11的模擬輸出電壓，被提供給上述微型計算機8的AD轉(zhuǎn)換輸入口8a。
來自運算放大器11的模擬輸出電壓，在基準電壓為Ov的情況下是以O(shè)v為基準而正負增減的電壓，若如該實施方式這樣被提供基準電壓+V0，則成為以該+VO為基準增減的模擬電壓。該實施方式的運算放大器11綜合考慮到基準電壓VO為Ov時輸出電壓在-2. 5v +2. 5v的范圍內(nèi)增減的特性、以及微型計算機8的AD轉(zhuǎn)換輸入口 8a所接受的電壓范圍為Ov到+5v的情況，而將基準電壓VO設(shè)定為+2. 5v。由此，運算放大器11的輸出電壓V2成為在Ov +5v內(nèi)增減的模擬電壓。
無刷馬達3的驅(qū)動過程中，在逆變器主電路2的輸出側(cè)流動有馬達3的作為相繞組電流的三相交流電流，所以在作為其輸入側(cè)的直流母線4、5中流動有與馬達電流相對應(yīng)的值的直流電流。該直流電流流過電流檢測電阻10，其電壓下降量Vl表示檢測電流值。從接受了該電壓下降量Vl作為輸入電壓的運算放大器11，輸出以基準電壓+2. 5v為基準增減的檢測電壓V2來作為檢測值，該檢測電壓V2經(jīng)由上述AD轉(zhuǎn)換輸入口 8a被輸送給微型計算機8，在該微型計算機8內(nèi)被轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
微型計算機8根據(jù)檢測電壓V2的相位、S卩電流檢測器9的檢測電流的相位(電氣角信息)，判斷無刷馬達3的轉(zhuǎn)子位置，控制逆變器主電路2的開關(guān)元件FETl FET6，以在基于該轉(zhuǎn)子位置信息的定時對相繞組的通電進行切換。雖在附圖中進行了省略，但微型計算機8將來自電流檢測器9的檢測電流作為負載電流值的反饋信息來處理，還執(zhí)行轉(zhuǎn)矩控制及速度控制。
如上所述，在從內(nèi)置有運算放大器11的電流檢測器9輸出的檢測電壓V2中含有偏置電壓。在現(xiàn)有技術(shù)中也進行從檢測電壓中除去偏置電壓值的處理。作為該現(xiàn)有的處理方法，存在構(gòu)成為運算放大器的輸入為零時輸出也為零的零調(diào)整法、在微型計算機內(nèi)進行數(shù)值處理等的方法。
接著，對該第一實施方式中的偏置電壓的除去方法進行說明。為了除去該偏置電壓，微型計算機8構(gòu)成偏置電壓判斷單元以及從AD轉(zhuǎn)換后的檢測電壓V2中除去偏置電壓的檢測值校正單元。在圖5中，示出了用于PWM信號合成的在某個特定時刻上升的一個周期量的載波信號Pc、逆變器主電路2的正側(cè)開關(guān)元件FETl FET3的開關(guān)模式、以及流過電流檢測電阻10的直流電流IB (相電流Iu、Iv、Iw的總稱)。在圖5中，在開關(guān)元件FETl FET3處于斷開狀態(tài)時，負側(cè)開關(guān)元件FET4 FET6分別為接通狀態(tài)。而且，相電流的狀態(tài)以檢測電壓的值V2a、V2b、V2d來示出，這些圖示狀態(tài)是開關(guān)元件FETl FET6的開關(guān)模式處于圖示狀態(tài)時的情況。相電流與開關(guān)元件FETl FET6的開關(guān)模式相對應(yīng)地如圖示期間Aw、 BuX及Dw那樣變化。該開關(guān)模式的特征在于，通過逆變器主電路2直流側(cè)的電流IB如期間Aw及Dw所示那樣存在只成為一相的期間。即，若關(guān)注正側(cè)的三個開關(guān)元件FETl FET3， 就是其中的I個處于接通狀態(tài)且其他2個處于斷開狀態(tài)的期間。負側(cè)的開關(guān)元件FET4 FET6處于分別與FETl FET3相反的通斷狀態(tài)。
在圖3中示出了只有上述相電流Iw流動的期間Aw中的逆變器主電路2的電流流路，在圖4中示出了只有相電流Iw流動的期間Dw中的逆變器主電路2的電流流路。比較該圖3和圖4，注意到逆變器主電路2的直流側(cè)的相電流Iw的大小相同但流動方向相互相反這一點。根據(jù)該圖3、圖4、圖5，在期間Aw、Bu、C以及Dw內(nèi)，在期間Aw中只有正側(cè)的開關(guān)元件FET3接通，而且，在期間Dw中只有負側(cè)的開關(guān)元件FET6接通。該情況意味著在期間Aw以及Dw中的開關(guān)模式時，流過電流檢測電阻10的電流只是I相的量的電流(在本例中是W相電流Iw)。而且，理解到，從檢測電壓V2a和V2d之間的對比可知，根據(jù)開關(guān)模式的不同，存在電流Iw的方向也不同的期間。
在本實施方式中，如上述那樣，根據(jù)在逆變器主電路2的直流側(cè)電流IB只為I相的量的開關(guān)模式期間中的相電流，來檢測或判斷偏置電壓。即，從運算放大器11輸出的檢測電壓V2，是在與通過了電流檢測電阻10的相電流Iw的值對應(yīng)的大小的電壓中加上上述基準電壓VO和電流檢測器9內(nèi)的偏置電壓Vf而得的值。
接著，通過圖2的流程圖對偏置電壓Vf的大小的判斷方法以及電流檢測值(檢測電壓V2)的校正方法進行說明。微型計算機8，在步驟SI中在AD轉(zhuǎn)換輸入口 8a接受檢測電壓V2，對其進行AD轉(zhuǎn)換后寫入微型計算機8內(nèi)的寄存器中(S2 S4)。該寫入針對如圖 5所示那樣只一相通過電流檢測電阻10的模式下的各期間Aw、Bu、Dw進行。所有開關(guān)元件FETl FET6處于接通的期間C，因為三相電流的總和為零，所以被從檢測的對象期間中除去。在圖5中示出了在各期間Aw、Bu、Dw被寫入至寄存器的檢測電壓V2的值V2a、V2b、 V2d。Tl T3是寫入定時。
步驟S5示出了偏置電壓判斷單元，在此，從寄存器讀取只產(chǎn)生W相的電流Iw的期間Aw及Dw的電壓值V2a及V2d，通過預(yù)定的運算式進行運算而求得偏置電壓判斷值VfT。 該運算式為“Vff = (V2a+V2d)/2” (步驟5)。在此，V2a及V2d都是在電流檢測電阻10的電壓下降量Vl中加上基準電壓VO和偏置電壓Vf而得的值，并且因為該電壓下降量Vl的極性在V2a和V2d中是相反方向，所以上述運算的結(jié)果變成“Vff = V0+Vf”，通過該形式確定偏置電壓。在該運算式中除以“2”的理由是因為“V0”、“Vf”分別為2倍。這樣，進行基于檢測電壓V2a和V2d的極性正負的性質(zhì)使相電流成分抵消而從檢測電壓V2中除去的運笪o
步驟S6 S8示出了從檢測值中除去偏置電壓的檢測值校正單元，結(jié)果檢測出不包含偏置電壓的相電流的值。這些步驟S6 S8在執(zhí)行了步驟SI S3的載波信號Pc的周期的下一個周期執(zhí)行。另外，在步驟S6中，進行“V2w = V2-Vff”的運算。通過該運算獲得的V2w等于減去了 V2中原來包含的基準電壓VO和偏置電壓Vf之后的值，所以是不包含偏置電壓Vf的W相電流Iw的檢測值。在步驟S7中，進行“V2u = -I X (V2-Vff) ”的運算。 在此，乘以“-1”，是因為在期間Bu通過電流檢測電阻10的U相電流Iu是負方向(參照圖 5)。通過該運算獲得的V2u等于減去了 V2中原來包含的基準電壓VO和偏置電壓Vf之后的值，所以是不包含偏置電壓Vf的U相電流Iu的檢測值。在步驟S8中，基于U、V、W相電流Iu、Iv、Iw的總和為零的性質(zhì)，進行“V2v = -V2u-V2w”的運算，與上述同樣得到不包含偏置電壓Vf的V相電流Iv的檢測值V2v。執(zhí)行周期移動，以在載波信號Pc的下一個周期再次執(zhí)行步驟SI S3。
(第二實施方式)
接著，參照圖6、圖7、圖8、圖9以及圖10說明第二實施方式。圖10所示的開關(guān)模式，是3個正側(cè)FET1、FET2、FET3不重復(fù)而單獨表現(xiàn)為接通狀態(tài)的模式。在只有W相的FET3 處于接通狀態(tài)的期間E中，在圖7箭頭所示的電流流路中，只有W相電流Iw流過電流檢測電阻10，在只有V相的FET2處于接通狀態(tài)的期間F中，在圖8箭頭所示的電流流路中，只有 V相電流Iv流過電流檢測電阻10，在只有U相的FETl處于接通狀態(tài)的期間G中，在圖9箭頭所示的電流流路中，只有U相電流Iu流過電流檢測電阻10。在圖6所示的步驟S2中，將電流檢測器9的在期間E中的檢測電壓V2e寫入寄存器，在步驟S3中寫入期間F中的檢測電壓V2f，在步驟S4中寫入期間G中的檢測電壓V2g。
在作為偏置電壓判斷單元的步驟S5中，執(zhí)行“Vff = (V2e+V2f+V2g)/3”的運算。 其結(jié)果，因為三相交流電力壓的總和為零，所以剩下了 “Vff = V0+Vf”，通過該形式確定偏置電壓。在該運算式中除以“3”的理由是因為“V0”、“Vf”為3倍。在作為檢測值校正單元的步驟S6中，為了檢測U相電流Iu而進行“V2u = V2g-Vff ”的運算，在步驟S7中，為了檢測V相電流Iv而進行“V2v = V2f-Vff”的運算，同樣，在步驟S8中進行“V2w = V2e_Vff” 的運算。這樣，得到不包含偏置電壓的U、V、W各相電流的檢測值V2u、V2v、V2w。
(第三實施方式)
作為第三實施方式說明如下的方法。在第一實施方式中，基于同一相電流在相互相反方向的電流的和為零這樣的法則的相電流抵消方法，是在偏置電壓判斷值Vff中除了偏置電壓Vf之外還余留了基準電壓VO的運算方法。與此相對，也可以采用在偏置電壓判斷值Vff中不余留基準電壓VO的如下這樣的運算方法。即，也可以是如下方法在微型計算機8內(nèi)，在將進行了 AD轉(zhuǎn)換后的檢測電壓V2寫入寄存器的過程中取V2與VO之差，將該差和該差的正負符號一起寫入寄存器。
雖然對本發(fā)明的幾個實施方式進行了說明，但是這些實施方式僅僅是作為例子來說明的，并沒有意圖限定發(fā)明的范圍。這些的新的實施方式能夠通過其他各種方式來實施， 在不脫離發(fā)明的主旨的范圍內(nèi)，能夠進行各種省略、置換以及變更。這些實施方式或其變形包含在發(fā)明的范圍或主旨內(nèi)，并包含在權(quán)利要求所記載的發(fā)明及其等同的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種馬達控制裝置，對馬達進行控制，其特征在于，包括電力轉(zhuǎn)換主電路，用于將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力來驅(qū)動上述馬達，具有橋式連接的多個開關(guān)元件；開關(guān)信號形成單元，形成至少三相的開關(guān)信號，以驅(qū)動上述多個開關(guān)元件而使其通斷模式成為PWM模式；電流檢測單元，設(shè)置在上述電力轉(zhuǎn)換主電路的直流側(cè)，檢測其直流電流，將該檢測電流供給至上述開關(guān)信號形成單元來作為上述馬達的電流信息；判斷單元，判斷從該電流檢測單元輸出的檢測值中包含的偏置電壓的大??；以及檢測值校正單元，基于該判斷單元判斷出的偏置電壓的大小，校正從上述電流檢測單元輸出的上述檢測值；上述判斷單元通過使上述檢測值中的一個相的相對于正方向電流的檢測值和相對于負方向電流的檢測值基于其正負性質(zhì)而抵消的運算，確定偏置電壓，并將該確定的偏置電壓傳遞給上述檢測值校正單元。
2.一種馬達控制裝置，對馬達進行控制，其特征在于，包括電力轉(zhuǎn)換主電路，用于將直流電力轉(zhuǎn)換為交流電力來驅(qū)動上述馬達，具有橋式連接的多個開關(guān)元件；開關(guān)信號形成單元，形成三相開關(guān)信號，該三相開關(guān)信號用于驅(qū)動上述多個開關(guān)元件而使其通斷模式成為PWM模式；電流檢測單元，設(shè)置在上述電力轉(zhuǎn)換主電路的直流側(cè)，檢測其直流電流，將該檢測電流供給至上述開關(guān)信號形成單元來作為上述馬達的電流信息；判斷單元，判斷從該電流檢測單元輸出的檢測值中包含的偏置電壓的大??；以及檢測值校正單元，基于該判斷單元判斷出的偏置電壓的大小，校正從上述電流檢測單元輸出的上述檢測值；上述判斷單元通過運算上述檢測值中的相互不同的各相的總和來確定偏置電壓，將該確定出的偏置電壓發(fā)送給上述檢測值校正單元。
3.如權(quán)利要求I所述的馬達控制裝置，其特征在于，上述開關(guān)信號形成單元、上述判斷單元以及上述檢測值校正單元由微型計算機構(gòu)成； 上述電流檢測單元包括電流檢測電阻，設(shè)置在上述電力轉(zhuǎn)換主電路的直流側(cè)；以及運算放大器，接受該電流檢測電阻的電壓下降量來作為輸入電壓，將該輸入電壓放大后作為檢測電壓輸出；上述判斷單元構(gòu)成為，通過進行上述檢測電壓中的一個相的相對于正方向電流的檢測電壓和相對于負方向電流的檢測電壓之和的運算、以及將該和除以數(shù)值2的運算，得到偏置電壓判斷值；上述檢測值校正單元構(gòu)成為，進行從各相的上述檢測電壓中減去上述偏置電壓判斷值的運算。
4.如權(quán)利要求3所述的馬達控制裝置，其特征在于，上述運算放大器被提供用于對負的輸入進行電平設(shè)定以成為正的輸出的基準電壓，由此使上述偏置判斷電壓中除了偏置電壓之外還包含有基準電壓。
全文摘要
馬達控制裝置將從設(shè)置在電力轉(zhuǎn)換主電路直流側(cè)的電流檢測器輸出的檢測值輸出給對上述電力轉(zhuǎn)換主電路的開關(guān)元件進行控制的開關(guān)信號形成單元來作為馬達電流信息。判斷單元判斷上述檢測值中包含的偏置電壓的大小。該判斷單元通過使上述檢測值中的一個相的相對于正方向電流的檢測值和相對于負方向電流的檢測值基于其正負性質(zhì)而抵消的運算，來確定偏置電壓。檢測值校正單元基于上述確定的偏置電壓校正上述檢測值。
文檔編號H02P6/08GK102545737SQ20111035147
公開日2012年7月4日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2010年11月9日
發(fā)明者前川佐理 申請人:株式會社東芝