專利名稱：負(fù)載驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種負(fù)載驅(qū)動裝置，其通過施加電源電壓來驅(qū)動電負(fù)載。
背景技術(shù)：
常規(guī)的負(fù)載驅(qū)動電路對諸如電動機(jī)這樣的電負(fù)載執(zhí)行開關(guān)控制，這樣的負(fù)載驅(qū)動電路采用噪聲濾波器來減少在開關(guān)負(fù)載時出現(xiàn)的噪聲。然而，在這樣的噪聲濾波器中，是將線圈用作電阻器，因此減少了供給負(fù)載的供電電壓。
對此，在JP 2001-23809A和JP 2001-23811A中已經(jīng)提出了一種降低噪聲濾波器的損耗的方法。具體地，采用了Fe-Ni基軟磁合金的粉末(一種高磁導(dǎo)率的復(fù)合磁性物質(zhì))作為用于噪聲濾波器的高性能的金屬復(fù)合磁性材料，并且使用了通過對這種粉末進(jìn)行壓縮成型而制成的壓縮粉末磁芯。
借助于JP 2001-23809A中的方法，通過增強(qiáng)為噪聲濾波器所采用的磁性材料的材料特性，降低了噪聲濾波器的損耗。然而，采用線圈的該噪聲濾波器的構(gòu)造和常規(guī)的噪聲濾波器的構(gòu)造是相同的，所以線圈的電阻并不能被完全消除。因此，該噪聲濾波器中的線圈減少了要供給負(fù)載的供電電壓。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種負(fù)載驅(qū)動裝置，其能夠降低噪聲濾波器的損耗。
根據(jù)一個方面，一種用電源驅(qū)動負(fù)載的負(fù)載驅(qū)動裝置包括噪聲濾波器以及用于噪聲濾波器和負(fù)載的控制電路。提供了第一開關(guān)，以通過控制從電源向負(fù)載供電，對負(fù)載進(jìn)行全開驅(qū)動(full-on drive)或開關(guān)驅(qū)動(switching drive)。噪聲濾波器包括線圈和第二開關(guān)。線圈串聯(lián)在電源和負(fù)載之間，而第二開關(guān)與線圈的至少一部分并聯(lián)?？刂齐娐吠ㄟ^接通或關(guān)斷第一開關(guān)來驅(qū)動負(fù)載。控制電路關(guān)斷第二開關(guān)，由此對出現(xiàn)在包括線圈的供電路徑上的噪聲進(jìn)行濾波。控制電路接通第二開關(guān)，由此使電源和負(fù)載之間的線圈的至少一部分短路。
要注意的是，開關(guān)驅(qū)動包括PWM驅(qū)動和工作驅(qū)動(duty drive)二者。在PWM驅(qū)動中，脈沖寬度改變而脈沖的間隔保持不變。在工作驅(qū)動中，接通的周期在預(yù)定的周期內(nèi)改變。


從下面結(jié)合附圖給出的詳細(xì)說明中，本發(fā)明的上述和其它目的、特征和優(yōu)勢將變得更顯而易見。在附圖中圖1是根據(jù)本發(fā)明的第一實(shí)施例的DC電動機(jī)控制裝置的電路圖；圖2是用于按照第一實(shí)施例中的驅(qū)動信號來驅(qū)動PWM控制晶體管的驅(qū)動過程的流程圖；圖3是在第一實(shí)施例中對負(fù)載進(jìn)行PWM驅(qū)動或全開驅(qū)動的情況下，施加給負(fù)載的電壓和電流的波形的信號圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的第二實(shí)施例的DC電動機(jī)控制裝置的電路圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的第三實(shí)施例的DC電動機(jī)控制裝置的方框圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的第四實(shí)施例的三相無刷電動機(jī)控制裝置的電路圖；圖7A和7B是在第四實(shí)施例中對負(fù)載進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動的情況下，施加給倒相器單元的各個晶體管的柵極的電壓波形；圖8是在第四實(shí)施例中當(dāng)開關(guān)晶體管被接通/關(guān)斷時，線圈的電感與無線電噪聲(radio noise)之間的關(guān)系以及線圈的電感和線圈的發(fā)熱量之間的關(guān)系的特性圖；以及圖9是根據(jù)本發(fā)明的第五實(shí)施例的三相無刷電動機(jī)控制裝置的方框圖。
具體實(shí)施例方式
(第一實(shí)施例)參考圖1，示出了第一實(shí)施例，DC電動機(jī)控制系統(tǒng)S1包括電源(DC電壓蓄電池)10、負(fù)載驅(qū)動裝置20和負(fù)載(DC電動機(jī))30。
負(fù)載驅(qū)動裝置20用于對負(fù)載30的開關(guān)驅(qū)動執(zhí)行PWM控制，并消除由于對負(fù)載30的PWM控制而出現(xiàn)的開關(guān)噪聲，該負(fù)載驅(qū)動裝置包括噪聲濾波器21、控制電路22、二極管23、以及用于PWM控制的晶體管24。晶體管24用作第一開關(guān)模塊。
噪聲濾波器21用于消除由于PWM控制晶體管24的開關(guān)驅(qū)動而出現(xiàn)的開關(guān)噪聲。因此，噪聲濾波器21被放在電源10和負(fù)載30之間，并用來消除來自于用于施加電源10的DC電壓的線路的噪聲。噪聲濾波器21包括電容器21a和21b、線圈21c以及開關(guān)晶體管21d。開關(guān)晶體管21d用作第二開關(guān)模塊。
具體地，在噪聲濾波器21中，II型CLC噪聲濾波器由兩個電容器21a和21b以及線圈21c構(gòu)成。通過該II型噪聲濾波器進(jìn)行噪聲消除。此外，線圈21c串聯(lián)在電源10和負(fù)載30之間。
開關(guān)晶體管21d連接到線圈21c的至少一部分。更具體地，開關(guān)晶體管21d的漏極和源極分別連接到線圈21c的兩端，而其柵極連接到控制電路22。此外，開關(guān)信號被從控制電路22輸入到開關(guān)晶體管21d的柵極，由此來接通/關(guān)斷開關(guān)晶體管21d。在這個實(shí)施例中，例如，采用N通道型MOSFET來作為開關(guān)晶體管21d。
控制電路22被從外部供應(yīng)用于驅(qū)動負(fù)載30的驅(qū)動信號，以便驅(qū)動負(fù)載30。具體地，在控制電路22被供應(yīng)了用于對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動(占空比100％)的驅(qū)動信號的情況下，它輸出開關(guān)信號，以接通開關(guān)晶體管21d。也就是說，線圈21c的兩端被短路。
此外，在控制電路22被供應(yīng)了用于對負(fù)載30進(jìn)行脈寬調(diào)制(PWM)驅(qū)動的控制信號的情況下，它生成對應(yīng)于PWM驅(qū)動中的脈沖寬度的負(fù)載信號，并將該負(fù)載信號輸出到PWM控制晶體管24，由此對PWM控制晶體管24進(jìn)行PWM驅(qū)動。此外，由于按照PWM控制，在PWM控制晶體管24中出現(xiàn)了開關(guān)噪聲，因此控制電路22輸出開關(guān)信號來關(guān)斷開關(guān)晶體管21d，以便通過噪聲濾波器21來消除噪聲。
具有上述功能的控制電路22包括微型計算機(jī)，該微型計算機(jī)包括CPU、其中存儲有用于驅(qū)動PWM控制晶體管24的驅(qū)動程序的存儲器、等等。此外，從外部輸入到控制電路22的驅(qū)動信號例如可以是其驅(qū)動頻率為25Hz-5kHz的工作信號。二極管23連接在負(fù)載30的兩端，并且它用于防止流過負(fù)載30的電流的逆流。
PWM控制晶體管24用于對負(fù)載30進(jìn)行PWM控制。該P(yáng)WM控制晶體管24連接在負(fù)載30的低端和電路的接地端之間，而其柵極連接到控制電路22。此外，負(fù)載信號被從控制電路22輸入到PWM控制晶體管24的柵極，從而PWM控制晶體管24根據(jù)該負(fù)載信號的占空比來對負(fù)載30進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動。在這個實(shí)施例中，例如，采用N通道型MOSFET來作為PWM控制晶體管24。
控制電路22對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動，并且DC電動機(jī)，例如風(fēng)扇的電動機(jī)、燃料泵的電動機(jī)、空調(diào)中吹風(fēng)機(jī)的電動機(jī)，可被用作負(fù)載30。
接下來，將參照圖2所示的驅(qū)動程序來描述DC電動機(jī)控制系統(tǒng)S1的操作。該程序用于按照驅(qū)動信號來驅(qū)動PWM控制晶體管24，并且該程序是由控制電路22執(zhí)行的。當(dāng)供電電壓被供應(yīng)給負(fù)載驅(qū)動裝置20時，該驅(qū)動控制過程開始。
在步驟110，首先進(jìn)行初始化，使得噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d被關(guān)斷。具體地，控制電路22生成用于關(guān)斷開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號，并且將其輸出到開關(guān)晶體管21d，由此將開關(guān)晶體管21d關(guān)斷。
在作為通電模塊的步驟120，按照驅(qū)動信號來給負(fù)載20通電。更具體地，根據(jù)從外部輸入到控制電路22的驅(qū)動信號的占空比，生成用于對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動的負(fù)載信號，并將該信號輸入到PWM控制晶體管24，由此按照該負(fù)載信號來驅(qū)動負(fù)載30。
如圖3所示，在對負(fù)載30進(jìn)行PWM驅(qū)動或全開驅(qū)動的情況下，電壓(VM)和電流(IP)被施加給負(fù)載30。在負(fù)載30的PWM驅(qū)動的情況下，對PWM控制晶體管24進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動，由此將脈沖整形后的電壓施加給負(fù)載30，并且對應(yīng)于該電壓，電流流過負(fù)載30。在這種情況下，出現(xiàn)了開關(guān)噪聲，因此噪聲濾波器21進(jìn)行的噪聲消除是很必要的。
此外，如圖3所示，在負(fù)載30的全開驅(qū)動的情況下，PWM控制晶體管24被持續(xù)地接通，以令負(fù)載30進(jìn)入持續(xù)通電狀態(tài)，并且最大電流流過負(fù)載30。在這種情況下，由于PWM控制晶體管24引起的開關(guān)噪聲并不會出現(xiàn)，因此噪聲濾波器21也非必需。在這種情況下，需要降低噪聲濾波器21的損耗。
因此，在作為開關(guān)驅(qū)動判決模塊的步驟130中，檢查負(fù)載30是否處于開關(guān)驅(qū)動(PWM驅(qū)動)。在負(fù)載30處于全開驅(qū)動而非PWM驅(qū)動的情況下，執(zhí)行步驟140。在負(fù)載30處于PWM驅(qū)動的情況下，執(zhí)行步驟150。
在作為全開驅(qū)動模塊的步驟140，由于負(fù)載30的全開驅(qū)動，噪聲濾波器21的線圈21c的兩端都被短路。具體地，從控制電路22輸出用于接通開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號，由此將開關(guān)晶體管21d接通。這樣，在電源10和負(fù)載30之間形成一條其中噪聲濾波器21的線圈21d的兩端都被短路的路徑，使得能夠降低由于線圈21c的電阻引起的電源10的損耗。也就是說，由于晶體管21d的開電阻低于線圈21c的電阻，因此能夠降低電源10的損耗。
在作為開關(guān)驅(qū)動模塊的步驟150，由于負(fù)載30的PWM驅(qū)動，在電源10和負(fù)載30之間形成一條經(jīng)由噪聲濾波器21的線圈21c延伸的路徑。具體地，在負(fù)載信號被控制電路22生成之后，它被輸出到PWM控制晶體管24，并且PWM控制晶體管24被進(jìn)行PWM驅(qū)動。此外，在對PWM控制晶體管24進(jìn)行PWM驅(qū)動的過程中，在PWM控制晶體管24中出現(xiàn)開關(guān)噪聲。因此，為了在噪聲濾波器21中消除噪聲，控制電路22生成用于關(guān)斷噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號。這樣，在電源10和負(fù)載30之間形成了延伸通過噪聲濾波器21的路徑，以便能夠消除由于PWM控制晶體管24而出現(xiàn)的開關(guān)噪聲。
在步驟160，檢查是否輸入了驅(qū)動信號。也就是說，監(jiān)控外部驅(qū)動信號向控制電路22的輸入是否存在。當(dāng)在這個步驟中確定未輸入驅(qū)動信號時，負(fù)載30的驅(qū)動結(jié)束。另一方面，當(dāng)在步驟160確定輸入了驅(qū)動信號時，該處理返回到步驟120，在該步驟120中，對應(yīng)于該驅(qū)動信號，負(fù)載30被再次通電。因此，在驅(qū)動信號被輸入到控制電路22的同時，重復(fù)步驟120-160。一個驅(qū)動周期(其中步驟160返回到步驟120)例如是4ms-40ms。
根據(jù)第一實(shí)施例，開關(guān)晶體管21d與噪聲濾波器21的線圈21c并聯(lián)，并且在對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動(也就是持續(xù)開驅(qū)動)的情況下，線圈21c被短路。
更具體地，在負(fù)載30的全開驅(qū)動的情況下，PWM控制晶體管24被持續(xù)地接通，因此并不會由于PWM控制晶體管24而出現(xiàn)開關(guān)噪聲。所以，不需要噪聲濾波器21來執(zhí)行噪聲消除，因此開關(guān)晶體管21d被接通以將線圈21c短路，由此能夠降低由于線圈21c引起的電源10的損耗。
在這個實(shí)施例中，采用MOSFET作為開關(guān)晶體管21d，以便能夠?qū)崿F(xiàn)其低的開電阻。
此外，在對負(fù)載30進(jìn)行PWM驅(qū)動的情況下，PWM控制晶體管24被進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動，因此由于PWM控制晶體管24而出現(xiàn)了開關(guān)噪聲。所以，開關(guān)晶體管21d被關(guān)斷，由此能夠由噪聲濾波器21來消除開關(guān)噪聲。
(第二實(shí)施例)在這個實(shí)施例中，如圖4所示，采用繼電器21e作為用于將噪聲濾波器21的線圈21c的兩端短路的開關(guān)模塊。該繼電器21e例如包括開關(guān)和電磁體，并且該開關(guān)的觸點(diǎn)被按照該電磁體的激勵而連接或斷開。
更具體地，控制電路22生成用來接通/關(guān)斷繼電器21e的開關(guān)的信號作為開關(guān)信號。此外，控制電路22基于該開關(guān)信號，使得一電流流過繼電器21e的電磁體，由此將該開關(guān)接通/關(guān)斷，以使線圈21c的兩端短路/斷開。
(第三實(shí)施例)在這個實(shí)施例中，如圖5所示，控制電路22由定制集成電路(IC)而非微型計算機(jī)構(gòu)成。具體地，負(fù)載驅(qū)動裝置20包括噪聲濾波器21、控制電路22以及包括PWM控制晶體管24的驅(qū)動電路25。噪聲濾波器21與第一實(shí)施例中的相同，并且它被配置為使得開關(guān)晶體管21d跨接在線圈21c上。
控制電路22包括輸入信號處理器電路22a和通電信號發(fā)生器電路22b。輸入信號處理器電路22a基于外部輸入的驅(qū)動信號，生成用于驅(qū)動負(fù)載30的開信號，并將該開信號輸出到通電信號發(fā)生器電路22b。對應(yīng)于從輸入信號處理器電路22a輸入的開信號，通電信號發(fā)生器電路22b生成用于驅(qū)動負(fù)載30的負(fù)載信號，并且將該負(fù)載信號輸出到驅(qū)動電路25。通電信號發(fā)生器電路22b也生成用于接通/關(guān)斷噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號，并將該開關(guān)信號輸出到噪聲濾波器21。
驅(qū)動電路25按照從通電信號發(fā)生器電路22b輸入的負(fù)載信號，對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動。驅(qū)動電路25包括如圖1所示的PWM控制晶體管24和二極管23，并且它被配置為向負(fù)載30供應(yīng)通過噪聲濾波器21輸入的供電電壓。
在操作中，用于驅(qū)動負(fù)載30的驅(qū)動信號是從外部輸入到控制電路22的輸入信號處理器電路22a的。在輸入信號處理器電路22a中，生成了用于對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動的開信號，并且將其輸入到通電信號發(fā)生器電路22b。這樣，在通電信號發(fā)生器電路22b中，生成了用于接通噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號，并且將其輸入到噪聲濾波器21。在噪聲濾波器21中，按照從通電信號發(fā)生器電路22b輸入的開關(guān)信號，開關(guān)晶體管21d被接通，由此線圈21c的兩端被短路。
此外，在通電信號發(fā)生器電路22b中，按照輸入的開信號，生成了用于使PWM控制晶體管24常通或持續(xù)地接通PWM控制晶體管24的負(fù)載信號，并且將其輸入到驅(qū)動電路25。這樣，在驅(qū)動電路25中，根據(jù)該負(fù)載信號，執(zhí)行負(fù)載30的全開驅(qū)動，在該全開驅(qū)動中，PWM控制晶體管24是常通的。
另一方面，在從外部輸入到控制電路30的驅(qū)動信號是用于對負(fù)載30進(jìn)行PWM驅(qū)動的情況下，在輸入信號處理器電路22a中生成了用于對負(fù)載30進(jìn)行PWM驅(qū)動的開信號，并將其輸入到通電信號發(fā)生器電路22b。在負(fù)載30的PWM驅(qū)動的情況下，該開信號包含占空比信息。
此外，在通電信號發(fā)生器電路22b中生成了用于關(guān)斷噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號，并且將其輸入到開關(guān)晶體管21d。這樣，在噪聲濾波器21中，開關(guān)晶體管21d被關(guān)斷，由此啟動噪聲濾波器的操作。
此外，在通電信號發(fā)生器電路22b中，生成了用于對負(fù)載30進(jìn)行PWM驅(qū)動的負(fù)載信號，并且將其輸入到驅(qū)動電路25。這樣，在驅(qū)動電路25中，執(zhí)行負(fù)載30的PWM驅(qū)動，在該P(yáng)WM驅(qū)動中，根據(jù)該負(fù)載信號對PWM控制晶體管24進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動。
如上所述，即使控制電路22由定制IC構(gòu)成，根據(jù)對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動的情況、或?qū)ζ溥M(jìn)行PWM驅(qū)動的情況，連接在噪聲濾波器21的線圈21c的兩端上的開關(guān)晶體管21d能夠被短路或斷開。
(第四實(shí)施例)這個實(shí)施例是針對如圖6所示的三相無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)S2。三相無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)S2在包括噪聲濾波器21和控制電路22的負(fù)載驅(qū)動裝置20中具有倒相器電路26，該倒相器電路用于對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動。
倒相器電路26對從電源10向負(fù)載30的通電的接通/關(guān)斷進(jìn)行三相控制。更具體地，倒相器電路26向作為負(fù)載30的電動機(jī)施加其相位每120°電角度發(fā)生變化的電壓。它包括三個高端晶體管26a、26c、26e和三個低端晶體管26b、26d、26f。此外，形成了晶體管26a和26b的第一路徑，形成了晶體管26c和26d的第二路徑，并形成了晶體管26e和26f的第三路徑。這里，通過各個低端晶體管26b、26d和26f的開關(guān)驅(qū)動，對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動?？梢苑謩e采用N通道型MOSFET作為高端晶體管26a、26c、26e和低端晶體管26b、26d、26f。
此外，噪聲濾波器21中的開關(guān)晶體管21d連接到線圈21c的至少一部分。然而，更具體地，開關(guān)晶體管21d并未連接在線圈21c的兩端上以便使該線圈21c短路，而是如圖6所示，開關(guān)晶體管21d的漏極連接到線圈21c的路徑上的中點(diǎn)A。這樣，線圈21c被配置為使得第一線圈B和第二線圈C串聯(lián)在點(diǎn)A，并且開關(guān)晶體管21d處于這樣一個狀態(tài)，其中它與第二線圈C并聯(lián)。所以，開關(guān)晶體管21d僅使線圈21c的一部分短路，也就是，僅使第二線圈C短路。
這是因?yàn)?，倒相器電?6對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動。更具體地，即使當(dāng)在一個相區(qū)(phase section)內(nèi)負(fù)載30被進(jìn)行全開驅(qū)動時，三相開關(guān)驅(qū)動仍驅(qū)動該負(fù)載30，并且因此，仍由于三相開關(guān)驅(qū)動而出現(xiàn)開關(guān)噪聲。所以，為了防止發(fā)生由于三相開關(guān)驅(qū)動引起的開關(guān)噪聲無法通過使噪聲濾波器21的線圈21c的兩端完全短路而消除的情況，開關(guān)晶體管21d使線圈21c部分短路，由此降低了線圈21c中的電壓降或損耗，同時將噪聲濾波器21的噪聲消除功能維持在某個程度上。
此外，由于負(fù)載30被進(jìn)行三相開關(guān)濾波，因此控制單元22按照外部輸入的驅(qū)動信號，生成用于對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，并將所述負(fù)載信號輸入到各個高端晶體管26a、26c、26e和各個低端晶體管26b、26d、26f，由此對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動。
此外，對應(yīng)于負(fù)載30被以與第一和第二實(shí)施例相同的方式進(jìn)行全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動的每種情況，控制單元22生成用于接通/關(guān)斷噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的開關(guān)信號。三相無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)S2可以按照圖2所示的流程圖對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動。
在這樣的三相無刷電動機(jī)控制系統(tǒng)S2中，通過控制電路22生成輸入到倒相器電路26的負(fù)載信號，波形如圖7A或圖7B所示。圖7A或圖7B示出了柵極電壓波形，在對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動的過程中，所述柵極電壓波形被施加到倒相器電路26的各個晶體管的柵極。圖7A或圖7B中所示的電壓U1、U2、V1、V2、W1和W2分別對應(yīng)于圖6所示的晶體管26a-26f的柵極電壓。這樣，在負(fù)載30的全開驅(qū)動的情況下，圖7A所示的柵極電壓波形被輸入到倒相器電路26，而在負(fù)載30的PWM驅(qū)動的情況下，圖7B所示的柵極電壓波形被輸入到倒相器電路26。
在負(fù)載30的全開驅(qū)動的情況下，如圖7A所示，其相位每120°發(fā)生變化的電壓被分別施加到高端晶體管26a、26c、26e。在電壓被施加到高端晶體管26a、26c、26e之后，其中每一個都在一個相區(qū)中變?yōu)槌ｉ_的電壓被分別施加到低端晶體管26b、26d、26f。這樣，低端晶體管26b、26d、26f每120°被進(jìn)行全開驅(qū)動。
在這種情況下，噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d處于這樣的狀態(tài)，其中它被控制電路22生成的開關(guān)信號接通，以使線圈21c的第二線圈C短路。這樣，在電源10和負(fù)載30之間形成了一條經(jīng)由線圈21c的第一線圈B和開關(guān)晶體管21d延伸的路徑。所以，在噪聲濾波器21中，減少了由于三相開關(guān)驅(qū)動引起的噪聲，同時降低了電源10的損耗。
此外，在負(fù)載30的PWM驅(qū)動的情況下，如圖7B所示，其相位每120°偏移的電壓被以與全開驅(qū)動相同的方式分別施加到高端晶體管26a、26c、26e。此外，在電壓被施加到高端晶體管26a、26c、26e之后，脈沖整形后的電壓被分別施加到低端晶體管26b、26d、26f，其中所述脈沖整形后的電壓每一個對應(yīng)于一個相區(qū)中的PWM驅(qū)動。這樣，低端晶體管26b、26d、26f每120°被進(jìn)行PWM驅(qū)動。
在這種情況下，噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d處于這樣的狀態(tài)，其中它被控制電路22生成的開關(guān)信號關(guān)斷。這樣，在電源10和倒相器單元30之間形成了一條經(jīng)由線圈21c的第一線圈B和第二線圈C延伸的路徑。所以，噪聲濾波器21用來消除開關(guān)噪聲。
在如這個實(shí)施例一樣通過采用三相無刷電動機(jī)而使得負(fù)載30被進(jìn)行三相驅(qū)動的情況下，確認(rèn)能夠帶來以下優(yōu)勢。首先，在圖6所示的噪聲濾波器21中，假定第一線圈B的電阻為RL1，開關(guān)晶體管21d的開電阻為RON。于是，在關(guān)系RL1＞＞RON滿足的情況下，由于噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d的接通，所以抑制了線圈21c的發(fā)熱。
圖8示出了當(dāng)開關(guān)晶體管21d被接通/關(guān)斷時，線圈21c的電感L和無線電噪聲(dBm)之間的關(guān)系以及線圈21c的電感L和線圈21c的發(fā)熱量(ΔT)之間的關(guān)系。在該圖中，線圈21c中第一線圈B的電感被標(biāo)為L1，而第二線圈C的電感被標(biāo)為L2。于是，在開關(guān)晶體管21d為開的狀態(tài)下，形成了經(jīng)由第一線圈B和開關(guān)晶體管21d延伸的路徑，因此線圈21c的電感變?yōu)長1。另一方面，在開關(guān)晶體管21d為關(guān)的狀態(tài)下，形成了經(jīng)由第一線圈B和第二線圈C延伸的路徑，因此線圈21c的電感變?yōu)?L1+L2)。
如圖8所示，無線電噪聲通常與線圈21c的電感成反比關(guān)系。因此，當(dāng)負(fù)載30被從全開驅(qū)動(實(shí)線特性)改變?yōu)镻WM驅(qū)動(虛線特性)時，無線電噪聲增加。此外，線圈21c的發(fā)熱通常與線圈21c的電感L成正比關(guān)系。因此，當(dāng)負(fù)載30被從PWM驅(qū)動改變?yōu)槿_驅(qū)動時，線圈21c的發(fā)熱量增加。
更具體地，在開關(guān)晶體管21d并未被包括在噪聲濾波器21中并且負(fù)載30被從PWM驅(qū)動改變?yōu)槿_驅(qū)動的情況下，與開關(guān)晶體管21d為關(guān)(L＝L1+L2)的狀態(tài)相同的狀態(tài)持續(xù)，并且負(fù)載30并未被進(jìn)行開關(guān)驅(qū)動，使得開關(guān)噪聲減少了，從而增強(qiáng)了無線電噪聲的電平，如圖8中箭頭N1所示。然而，由于流過負(fù)載30的電流增加了，因此線圈21c的發(fā)熱增加了，如圖8中箭頭H1所示。
相反，在如這個實(shí)施例中一樣，開關(guān)晶體管21d被包括在噪聲濾波器21中的情況下，一旦將負(fù)載30從PWM驅(qū)動改變?yōu)槿_驅(qū)動，開關(guān)晶體管21d就被接通(L＝L1)，并且形成了經(jīng)由線圈21c中的第一線圈B和開關(guān)晶體管21d延伸的路徑。所以，線圈21c的發(fā)熱量能夠如箭頭H2所示的那樣被大大降低，同時如箭頭N2所示的那樣無線電噪聲被保持在相同的程度，就像開關(guān)晶體管21d為關(guān)的情況一樣。
此外，如圖8所示，可以通過設(shè)置無線電噪聲的預(yù)設(shè)閾值和線圈21c的發(fā)熱的預(yù)設(shè)閾值，來適當(dāng)?shù)乜刂茻o線電噪聲和發(fā)熱。具體地，負(fù)載30被進(jìn)行全開驅(qū)動，并且線圈21c被開關(guān)晶體管21d短路，以便具有一個滿足無線電噪聲的預(yù)設(shè)閾值的電感值，由此能夠減少線圈21c的發(fā)熱同時滿足無線電噪聲的預(yù)設(shè)閾值。
如上所述，在采用三相無刷電動機(jī)作為負(fù)載30的情況下，即使當(dāng)負(fù)載30被進(jìn)行全開驅(qū)動時，要被驅(qū)動的晶體管也隨每個相區(qū)而改變，因此出現(xiàn)了開關(guān)噪聲。然而，通過如圖6所示的開關(guān)晶體管21d在噪聲濾波器21中使線圈21c的第二線圈C短路，由此能夠降低電源10的損耗，并且還能夠保持噪聲消除功能。
此外，在三相驅(qū)動負(fù)載30的情況下，考慮到了在全開驅(qū)動和開關(guān)驅(qū)動中，都會出現(xiàn)由于用于改變倒相器電路26的各個晶體管26a-26e的接通/關(guān)斷的頻率引起的改變噪聲。所以，在兩種驅(qū)動方案中，都令噪聲濾波器21的第一線圈B作為噪聲濾波器，由此能夠消除改變頻率上的噪聲。
(第五實(shí)施例)這個實(shí)施例類似于第四實(shí)施例，但是控制電路22是如圖9所示由定制IC而非微型計算機(jī)構(gòu)成的。在這個實(shí)施例中，負(fù)載驅(qū)動裝置20包括噪聲濾波器21、控制電路22和倒相器電路26。噪聲濾波器21與第四實(shí)施例中的相同，并且它被配置為連接用于使線圈21c的第二線圈C短路的開關(guān)晶體管21d。
此外，在這個實(shí)施例中，控制電路22包括位置檢測器電路22c。位置檢測器電路22c檢測作為負(fù)載30的三相無刷電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置。在控制電路22中，當(dāng)通電信號發(fā)生器電路22b被從輸入信號處理器電路22a供應(yīng)了用于對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動的開信號時，它基于該開信號來生成用于對負(fù)載30進(jìn)行三相開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，并將該負(fù)載信號輸出到倒相器電路26。
此外，倒相器電路26按照從通電信號發(fā)生器電路22b輸入的負(fù)載信號，對負(fù)載30進(jìn)行三相的全開驅(qū)動或PWM驅(qū)動。在這種情況下，從倒相器電路26輸出到負(fù)載30的電壓信號被反饋回位置檢測器電路22c，并被用于檢測負(fù)載30的旋轉(zhuǎn)位置。此外，位置檢測器電路22c獲得的旋轉(zhuǎn)位置信息被輸入到輸入信號處理器電路22a，并被用于在生成開信號的過程中校正三相驅(qū)動。
即使當(dāng)采用三相無刷電動機(jī)作為負(fù)載30并且控制電路22由定制IC構(gòu)成時，對應(yīng)于對負(fù)載30進(jìn)行全開驅(qū)動的情況、或?qū)ζ溥M(jìn)行PWM驅(qū)動的情況，線圈21c的第二線圈C能夠被噪聲濾波器21的開關(guān)晶體管21d短路，由此能夠降低由于線圈21c的電阻引起的其損耗。
(其它實(shí)施例)在上述實(shí)施例的每一個中，各種修改和替換都是可能的。例如，也可以采用LC型濾波器作為噪聲濾波器21。N通道型MOSFET 21d、24、26a-26f中的全部或部分都可以用P通道型MOSFET來替代。在這些實(shí)施例中，晶體管21d可以與線圈21c的至少一部分并聯(lián)。
權(quán)利要求
1.一種用于用電源(10)來驅(qū)動負(fù)載(30)的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，包括噪聲濾波器(21)，其包括串聯(lián)在所述電源(10)和所述負(fù)載(30)之間的線圈(21c)；第一開關(guān)模塊(24、26)，用于控制從所述電源向所述負(fù)載供電；以及控制電路(22)，用于通過接通或關(guān)斷所述第一開關(guān)模塊來驅(qū)動所述負(fù)載，其特征在于所述噪聲濾波器(21)還包括與所述線圈的至少一部分并聯(lián)的第二開關(guān)模塊(21d、21e)，以及所述控制電路(22)關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊，由此對出現(xiàn)在包括所述線圈的供電路徑上的噪聲進(jìn)行濾波，以及接通所述第二開關(guān)模塊，由此使在所述電源和所述負(fù)載之間的所述線圈的至少一部分短路。
2.如權(quán)利要求1所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中所述第二開關(guān)模塊(21d、21e)并聯(lián)到所述線圈的兩端；所述控制電路(22)基于施加自外部的驅(qū)動信號通過全開驅(qū)動或開關(guān)驅(qū)動來驅(qū)動所述負(fù)載；所述控制電路(22)接通所述第二開關(guān)模塊以使所述線圈短路，并執(zhí)行所述第一開關(guān)模塊的全開驅(qū)動，使得所述負(fù)載被全開驅(qū)動；以及所述控制電路(22)關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊并執(zhí)行所述第一開關(guān)模塊的開關(guān)驅(qū)動，使得所述負(fù)載被開關(guān)驅(qū)動。
3.如權(quán)利要求2所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中，所述控制電路(22)包括通電模塊(120)，用于基于所述驅(qū)動信號生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，并將所述負(fù)載信號輸出到所述第一開關(guān)模塊，由此驅(qū)動所述負(fù)載；開關(guān)驅(qū)動檢查模塊(130)，用于基于所述通電模塊生成的所述負(fù)載信號檢查所述負(fù)載是否處于所述開關(guān)驅(qū)動中；全開驅(qū)動模塊(140)，用于在所述開關(guān)驅(qū)動檢查模塊確定所述負(fù)載不處于所述開關(guān)驅(qū)動中的情況下，輸出用于接通所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此接通所述第二開關(guān)模塊并使所述線圈的兩端短路，并在所述電源和所述負(fù)載之間形成使所述線圈短路的供電路徑，并且還向所述第一開關(guān)模塊輸出用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動的負(fù)載信號；以及開關(guān)驅(qū)動模塊(150)，用于在所述開關(guān)驅(qū)動檢查模塊確定所述負(fù)載處于所述開關(guān)驅(qū)動中的情況下，輸出用于關(guān)斷所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊并在所述電源和所述負(fù)載之間形成包括所述線圈的供電路徑，并且還向所述第一開關(guān)模塊輸出用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號。
4.如權(quán)利要求2所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中，所述控制電路(22)包括輸入信號處理器電路(22a)，其基于所述驅(qū)動信號工作，在所述負(fù)載的全開驅(qū)動的情況下，輸出用于接通所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此形成使所述噪聲濾波器的線圈的兩端短路的供電路徑，并且還生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動的開信號，而在所述負(fù)載的開關(guān)驅(qū)動的情況下，輸出用于關(guān)斷所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此在所述電源和所述負(fù)載之間形成經(jīng)由所述線圈延伸的供電路徑，并且還生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述開關(guān)驅(qū)動的開信號；以及開信號發(fā)生器電路(22b)，其響應(yīng)于從所述輸入信號處理器電路輸入的所述開信號，生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，并將所述負(fù)載信號輸入到所述第一開關(guān)模塊，由此對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動。
5.如權(quán)利要求1所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中所述線圈(21c)包括互相串聯(lián)的第一線圈(B)和第二線圈(C)；所述第一開關(guān)模塊(24、26)包括倒相器電路(26)；以及所述控制電路(22)基于施加自外部的驅(qū)動信號通過全開驅(qū)動或開關(guān)驅(qū)動來驅(qū)動所述負(fù)載；所述控制電路(22)接通所述第二開關(guān)模塊，以使所述第二線圈短路并提供僅包括所述第一線圈的供電路徑，并通過所述倒相器電路執(zhí)行所述負(fù)載的全開驅(qū)動，使得所述負(fù)載被全開驅(qū)動；以及所述控制電路(22)關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊，以提供包括所述第一線圈和所述第二線圈的供電路徑，并通過所述倒相器電路執(zhí)行所述負(fù)載的開關(guān)驅(qū)動，使得所述負(fù)載被開關(guān)驅(qū)動。
6.如權(quán)利要求5所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中，所述控制電路(22)包括通電模塊(120)，用于基于所述驅(qū)動信號生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，并將所述負(fù)載信號輸出到所述第一開關(guān)模塊，由此通過所述倒相器電路來驅(qū)動所述負(fù)載；開關(guān)驅(qū)動檢查模塊(130)，用于基于所述通電模塊生成的所述負(fù)載信號檢查所述負(fù)載是否處于所述開關(guān)驅(qū)動中；全開驅(qū)動模塊(140)，用于在所述開關(guān)驅(qū)動檢查模塊確定所述負(fù)載不處于所述開關(guān)驅(qū)動中的情況下，輸出用于接通所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此接通所述第二開關(guān)模塊并使所述第二線圈短路，并在所述電源和所述倒相器電路之間形成包括所述第一線圈和所述第二開關(guān)模塊的供電路徑，并且還向所述倒相器電路輸出用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動的負(fù)載信號；以及開關(guān)驅(qū)動模塊(150)，用于在所述開關(guān)驅(qū)動檢查模塊確定所述負(fù)載處于所述開關(guān)驅(qū)動中的情況下，輸出用于關(guān)斷所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊并在所述電源和所述倒相器電路之間形成包括所述第一線圈和所述第二線圈的供電路徑，并且還向所述倒相器電路輸出用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號。
7.如權(quán)利要求5所述的負(fù)載驅(qū)動裝置(20)，其中，所述控制電路(22)包括位置檢測器電路(22c)，其檢測作為所述負(fù)載的電動機(jī)的旋轉(zhuǎn)位置；輸入信號處理電路(22a)，其基于所述驅(qū)動信號和指示所述位置檢測器電路檢測到的所述負(fù)載的旋轉(zhuǎn)位置的位置信號工作，在所述負(fù)載被通過所述倒相器電路進(jìn)行所述全開驅(qū)動的情況下，輸出用于接通所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此使所述第二線圈短路并在所述電源和所述倒相器電路之間形成包括所述第一線圈和所述第二開關(guān)模塊的供電路徑，并且還生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動的開信號，而在所述負(fù)載被進(jìn)行所述開關(guān)驅(qū)動的情況下，輸出用于關(guān)斷所述噪聲濾波器的第二開關(guān)模塊的開關(guān)信號，由此關(guān)斷所述第二開關(guān)模塊并在所述電源和所述倒相器電路之間形成包括所述第一線圈和所述第二線圈的供電路徑，并且還生成用于對所述負(fù)載進(jìn)行所述開關(guān)驅(qū)動的開信號；以及通電信號發(fā)生器電路(22b)，其響應(yīng)于從所述輸入信號處理器電路輸入的所述開信號，生成用于通過所述倒相器電路對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動的負(fù)載信號，由此通過所述倒相器電路對所述負(fù)載進(jìn)行所述全開驅(qū)動或所述開關(guān)驅(qū)動。
全文摘要
一種負(fù)載驅(qū)動裝置(20)包括噪聲濾波器(21)和基于驅(qū)動信號工作的控制電路(22)，該噪聲濾波器包括串聯(lián)在電源(10)和負(fù)載(30)之間的線圈(21c)、以及與線圈(21c)并聯(lián)的開關(guān)晶體管(21d)。在對負(fù)載(30)進(jìn)行全開驅(qū)動的情況下，控制電路(22)接通噪聲濾波器(21)的開關(guān)晶體管(21d)，由此使線圈(21c)短路，并形成一條包括開關(guān)晶體管(21d)而沒有線圈的供電路徑。在對負(fù)載(30)進(jìn)行PWM驅(qū)動的情況下，控制電路(22)關(guān)斷噪聲濾波器(21)的開關(guān)晶體管(21d)，由此形成一條包括線圈(21c)的供電路徑。
文檔編號H02M3/155GK101056056SQ20071009652
公開日2007年10月17日 申請日期2007年4月11日 優(yōu)先權(quán)日2006年4月12日
發(fā)明者用皆正壽, 吉村聰史, 安藤昭 申請人:株式會社電裝