專利名稱：無刷dc電機驅(qū)動器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一般的無刷DC電機驅(qū)動器，更詳細地說，涉及能夠有效降低在穩(wěn)定階 段下經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫度的無刷DC電機驅(qū)動器。
背景技術(shù)：
例如，1997年11月11日公開的日本專利申請公開編號H09-294392公開了無刷電 機驅(qū)動系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含電容器和軟啟動電路。電容器用于減小起動階段中的急劇變化的 高電壓。軟啟動電路以減少多個開關(guān)元件的各自的導通占空比的方式構(gòu)成，使得起動階段 中的電流為過電流閾值(電流限制電平)以下。在該系統(tǒng)中，使用能夠下降的一個過電流 閾值，因此能夠減少在穩(wěn)定階段中由過電流引起的多個開關(guān)元件所產(chǎn)生的熱。但是，在穩(wěn)定 階段，經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫度僅利用一個過電流閾值并不能夠有效地下 降。1998年3月24日公開的日本專利申請公開編號H10-080178公開了 DC無刷電機 驅(qū)動電路。該電路使用可變設(shè)定值，它與一定的實測值(過電流閾值)對應。例如，可變設(shè) 定值在Orpm的0. 8A到1030rpm的1. 7A以一定的比例增大，這與從Orpm到1030rpm的范圍 中的1.7A的過電流閾值對應。這樣，通過使用與電機的轉(zhuǎn)速對應的可變設(shè)定值，能夠利用 一定的過電流閾值限制流過電機繞組(電機線圈)的電流。但是，因為使用多個閾值(設(shè) 定值)，所以驅(qū)動電路需要有復雜的電路(例如CPU和編碼器等)。此外，在穩(wěn)定階段中，利 用多個閾值也不能夠有效地使經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫度下降。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于有效地使穩(wěn)定階段中經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫 度下降。本發(fā)明的無刷DC電機驅(qū)動器包括DC-AC變換電路、控制電路、檢測電路和比較電 路，在具有電機線圈的無刷DC電機中使用。DC-AC變換電路具有多個開關(guān)元件，它們以將 從DC電源供給的DC電壓變換為AC電壓的方式排列?？刂齐娐房刂圃揇C-AC變換電路的 開關(guān)，向該電機線圈供給用于驅(qū)動該無刷DC電機的AC電壓。檢測電路檢測流過該電機線 圈的電流。當通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過過電流閾值時，該比較電路產(chǎn)生過 電流檢測信號。當該比較電路產(chǎn)生該過電流檢測信號時，控制電路在預先決定的時間的期 間，使多個開關(guān)元件的全部或部分斷開，不對它們供給電力。在本發(fā)明的特征中，當在起動 階段通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過該過電流閾值時，控制電路在第一截斷時間 的期間不對該多個開關(guān)元件供給電力，此外，當在穩(wěn)定階段中通過該檢測電路檢測出的電 流達到或超過該過電流閾值時，控制電路在比該第一截斷時間長的第二截斷時間的期間， 不對該多個開關(guān)元件供給電力。在本發(fā)明中，當在起動階段中通過檢測電路檢測出的電流達到或超過過電流閾值 時，控制電路在第一截斷時間的期間不對多個開關(guān)元件供給電力。當多個開關(guān)元件在穩(wěn)定
4階段中經(jīng)受過電流時，控制電路在比第一截斷時間長的第二截斷時間的期間，不對多個開 關(guān)元件供給電力。由此，能夠有效降低在穩(wěn)定階段中經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫度。在一個實施方式中，比較電路在通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過該過電 流閾值的期間，產(chǎn)生該過電流檢測信號?？刂齐娐吩趶脑撨^電流檢測信號結(jié)束開始的第一 截斷時間的期間，不對該多個開關(guān)元件供給電力。比較電路具有保持電路和延遲電路。當 該比較電路在該穩(wěn)定階段中產(chǎn)生該過電流檢測信號時，保持電路不論通過該檢測電路檢測 出的電流如何，在保持時間的期間保持該比較電路的輸出，使得該比較電路持續(xù)產(chǎn)生該過 電流檢測信號。該保持時間與該第一截斷時間構(gòu)成該第二截斷時間。延遲電路構(gòu)成為，從 該無刷DC電機起動到預先決定的延遲時間結(jié)束，延遲該保持電路的動作。在該實施方式中，僅通過在比較電路中具有保持電路和延遲電路，就能夠有效地 降低經(jīng)受過電流的多個開關(guān)元件的各自的溫度。在一個實施方式中，無刷DC電機還包括具有多個磁極的磁轉(zhuǎn)子?？刂齐娐愤€具有 磁傳感器、第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動元件、以及第一延遲電路和第二延遲電路。磁傳感器根 據(jù)該磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生矩形波信號。第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動元件以根據(jù)該矩形波信號使 該DC-AC變換電路中的該多個開關(guān)元件中的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件交替導通和斷 開的方式排列。第一延遲電路和第二延遲電路與通過該檢測電路檢測出的電流無關(guān)地，在 該第一截斷時間的期間，分別使該第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件通過該第一驅(qū)動元件和第 二驅(qū)動元件導通的動作延遲。在一個實施方式中，DC-AC變換電路和檢測電路在該DC電源的正端子與負端子間 串聯(lián)連接。檢測電路具有電流檢測電阻。檢測電路以該電流檢測電阻檢測流過該電機線圈 的電流，產(chǎn)生檢測電壓。比較電路具有運算放大器，它具有第一輸入端子和第二輸入端子以 及輸出端子。運算放大器由該第一輸入端子和第二輸入端子分別接受該檢測電壓和作為該 過電流閾值的基準電壓，比較該檢測電壓和該過電流閾值。保持電路具有第一電阻、第二電 阻和電容器。第一電阻連接于該運算放大器的第一輸入端子與該DC電源的該負端子之間。 第二電阻具有第一端和第二端，該第一端與該第一輸入端子連接。電容器連接在該第二電 阻的該第二端與該運算放大器的該輸出端子之間。比較電路的延遲電路具有連接在該第二 電阻的該第二端與該DC電源的該負端子之間的延遲開關(guān)，從該無刷DC電機起動到該延遲 時間結(jié)束使該延遲開關(guān)導通，之后使該延遲開關(guān)斷開。


進一步詳細敘述本發(fā)明的優(yōu)選實施方式。本發(fā)明的其它特征和優(yōu)點能夠通過以下 詳細的說明和附圖變得更為明確。圖1是本發(fā)明的一實施方式的無刷DC電機驅(qū)動器的概要圖；圖2表示該驅(qū)動器的一個具體例子；圖3表示穩(wěn)定階段中的該驅(qū)動器的動作；圖4表示起動階段中的該驅(qū)動器的動作；以及圖5舉例表示穩(wěn)定階段中的該驅(qū)動器的用于應對過負載的動作。
具體實施例方式圖1表示本發(fā)明的一實施方式的無刷DC電機驅(qū)動器。該驅(qū)動器包括DC-AC變換 電路1、檢測電路2、比較電路3和控制電路6，例如在燃料電池裝置或熱泵裝置等液體供給 裝置中的單相全波型的無刷DC電機7中使用。另外，并不限定于此，本發(fā)明的無刷DC電機 驅(qū)動器也能夠應用于三相全波型的無刷DC電機等各種無刷DC電機。如圖2所示，無刷DC電機7包括定子芯71、電機線圈72和磁轉(zhuǎn)子73。電機線圈 72卷繞于定子芯71。磁轉(zhuǎn)子73具有多個磁極(未圖示)，以各磁極面面對定子芯71的方 式被旋轉(zhuǎn)自由地支承。DC-AC變換電路1和檢測電路2 (詳細地說是后述的電流檢測電阻20)在DC電源 8的正端子81與負端子82之間串聯(lián)連接。DC-AC變換電路1包括以將從DC電源8供給的DC電壓變換為AC電壓的方式排列 的多個開關(guān)元件，并連接于DC電源8的正端子側(cè)，例如，DC-AC變換電路1具有構(gòu)成H橋電 路的開關(guān)元件11 14和電阻15、16。開關(guān)元件11和12 (第一和第二開關(guān)元件)各為N溝道FET，開關(guān)元件13和14各 為P溝道FET。FET13和14的源極端子與DC電源8的正端子81連接，而它們的漏極端子 分別與FETll和12的漏極端子連接。FETll和12的源極端子經(jīng)由檢測電路2 (電流檢測電 阻20)與DC電源8的負端子82連接。作為一個例子，開關(guān)元件11 14也可以為雙極晶 體管(例如NPN和PNP晶體管)。FET13的柵極端子經(jīng)由電阻15與DC電源8的正端子81連接，而且與FET12的漏 極端子直接連接。FET14的柵極端子經(jīng)由電阻16與DC電源8的正端子81連接，而且與 FETll的漏極端子直接連接。電機線圈72具有第一端和第二端，它們分別與FETll和13的 連接點以及FET12和14的連接點連接。作為一個例子，F(xiàn)ET13的柵極端子可以經(jīng)由電阻或 二極管與FET12的漏極端子連接，F(xiàn)ET14的柵極端子也可以經(jīng)由電阻或二極管與FETll的 漏極端子連接。檢測電路2構(gòu)成為對流過電機線圈72的電流進行檢測。本實施方式中，檢測電路 2構(gòu)成為對流過電機線圈72以及FETll或12的電流進行檢測。例如，檢測電路2具有電 流檢測電阻20和二極管21，它們配置在DC-AC變換電路1與DC電源8的負端子82之間， 以檢測流過電機線圈72的電流并產(chǎn)生檢測電壓(電流檢測值)。具體地說，電流檢測電阻 20連接在DC-AC變換電路1與DC電源8的負端子82之間。二極管21的陽極與DC-AC變 換電路1和電流檢測電阻20的連接點連接。二極管21的陰極與比較電路3連接。當通過檢測電路2檢測出的電流達到或超過過電流閾值時，比較電路3產(chǎn)生過電 流檢測信號。在圖2的例子中，比較電路3在通過檢測電路2檢測出的電流達到或超過該 過電流閾值的期間，產(chǎn)生過電流檢測信號。S卩，比較電路3由電阻31和32以及運算放大器30構(gòu)成。電阻31和32連接在控 制電源9與地(ground)之間，對控制電源9的電壓進行分壓，產(chǎn)生基準電壓即過電流閾值， 在圖2的例子中，地為DC電源8的負端子82。過電流閾值被供給至運算放大器30的反轉(zhuǎn) 輸入端子(第二輸入端子)，放大器30的非反轉(zhuǎn)輸入端子(第一輸入端子)與二極管21的 陰極連接。因此，運算放大器30構(gòu)成為，分別從非反轉(zhuǎn)輸入端子和反轉(zhuǎn)輸入端子接受檢測 電壓和過電流閾值，將檢測電壓與過電流閾值進行比較。更詳細地說，當檢測電壓達到或超
6過過電流閾值時，運算放大器30產(chǎn)生HIGH信號即過電流檢測信號，否則則產(chǎn)生LOW信號。 HIGH信號和LOW信號被供給至控制電路6 (和后述的電容器43)。此處，從電流檢測電阻20 的電壓減去二極管21的導通電壓而得到的電壓，作為檢測電壓被供給至運算放大器30的 非反轉(zhuǎn)輸入端子。因此，該過電流閾值被規(guī)定為與期望的過電流流過電流檢測電阻20時的 檢測電壓(非反轉(zhuǎn)輸入端子的輸入電壓)相同的電壓。換言之，控制電源9的電壓和電阻 31和32基于期望的過電流而進行設(shè)定。作為一個例子，比較電路3不限定于該放大器(運 算放大器30)，也可以由比較器和上拉電阻構(gòu)成?？刂齐娐?控制DC-AC變換電路1的開關(guān)，向電機線圈72供給用于驅(qū)動電機7的 AC電壓(矩形波電壓)。例如，控制電路6包含磁傳感器61、N0T電路62、開關(guān)63和64 (第 一和第二驅(qū)動元件)以及RC電路65和66 (第一和第二延遲電路)。磁傳感器61配置在磁轉(zhuǎn)子73附近，根據(jù)磁轉(zhuǎn)子73的旋轉(zhuǎn)(磁極的位置)產(chǎn)生矩 形波信號。例如，能夠?qū)魻栐?霍爾效果元件)的霍爾IC用作該磁傳感器61。矩 形波信號經(jīng)由NOT電路62供給至開關(guān)63，而且直接供給至開關(guān)64。開關(guān)63和64分別為 雙極晶體管或FET等，以根據(jù)供給至它們的控制端子(例如基極或柵極端子)的矩形波信 號，使FETll和12交替導通和斷開的方式排列。即，開關(guān)63連接在FETll的柵極端子與地 之間，而開關(guān)64連接在FET12的柵極端子與地之間。由此，當開關(guān)63或64導通時，F(xiàn)ETll 或12的柵極端子分別與地直接連接。RC電路65和66與通過檢測電路2檢測出的電流無關(guān)地，使得在第一截斷時間的 期間FETll和12通過開關(guān)63和64導通的情況分別延遲。在圖2的例子中，RC電路65包 括電阻651和電容器652，該電阻651連接在控制電路9與FETll的柵極端子和開關(guān)63的 連接點之間，該電容器652連接在該連接點與地之間。同樣，RC電路66包括電阻661和電 容器662，該電阻661連接在控制電路9與FET12的柵極端子和開關(guān)64的連接點之間，該電 容器662連接在該連接點與地之間。由此，在開關(guān)63斷開時，F(xiàn)ETll的導通時刻根據(jù)RC電 路65的時間常數(shù)，被延遲至直到電容器652的電壓達到FETll的閾值電壓。同樣，在開關(guān) 64斷開時，F(xiàn)ET12的導通時刻根據(jù)RC電路66的時間常數(shù)，被延遲至直到電容器662的電壓 達到FET12的閾值電壓。即，第一截斷時間由RC電路65和66的各自的時間常數(shù)決定。換 言之，RC電路65和66的各自的時間常數(shù)基于第一截斷時間而設(shè)定。例如，與現(xiàn)有技術(shù)同 樣地決定第一截斷時間，RC電路65和66的各時間常數(shù)基于該決定了的第一截斷時間而設(shè) 定。此外，當比較電路3產(chǎn)生過電流檢測信號時，控制電路6在預先決定的時間(第一 或第二截斷時間)的期間，使多個開關(guān)元件11 14全部或部分斷開，使得不向多個開關(guān)元 件11 14供電。本實施方式中，控制電路6還包括開關(guān)67和68 (第一和第二截斷元件)， 實質(zhì)上使多個開關(guān)元件11 14斷開。作為一個例子，控制電路6也可以構(gòu)成為使開關(guān)11 和12斷開。開關(guān)67和68各自為雙極晶體管或FET等。開關(guān)67以根據(jù)供給至其本身的控制 端子(例如基極或柵極端子)的過電流檢測信號(HIGH信號)而導通，使FETll斷開的方 式排列。即，開關(guān)67連接在FETll的柵極端子和開關(guān)63的連接點與地之間，使得能夠?qū)?FETll的柵極端子與地直接連接。開關(guān)68以根據(jù)來自比較電路3的過電流檢測信號導通， 使FET12斷開的方式排列。即，開關(guān)68連接在地與FET12的柵極端子和開關(guān)64的連接點
7之間，使得能夠?qū)ET12的柵極端子與地直接連接。此外，開關(guān)67和68分別根據(jù)來自比較 電路3的LOW信號而斷開。這樣，控制電路6在從過電流檢測信號的結(jié)束(HIGH信號的下 降沿)到第一截斷時間的期間，使FETll 14斷開，對它們不進行供電。根據(jù)本發(fā)明的特征，比較電路3還包括保持電路4和延遲電路5。當比較電路3在 穩(wěn)定階段產(chǎn)生過電流檢測信號時，保持電路4與通過檢測電路2檢測出的電流無關(guān)地，在保 持時間的期間保持比較電路3的輸出，使得比較電路3持續(xù)產(chǎn)生該過電流檢測信號。保持 時間和接續(xù)該保持時間的第一截斷時間構(gòu)成第二截斷時間。例如，保持電路4包括電阻41 和42 (第一和第二電阻)以及電容器43。電阻41連接在運算放大器30的非反轉(zhuǎn)輸入端子 與DC電源8的負端子82之間。電阻42具有第一端和第二端，該第一端與運算放大器30的 非反轉(zhuǎn)輸入端子連接。電容器43連接在電阻42的第二端與運算放大器30的輸出端子之 間。由此，保持時間由電阻41和42以及電容器43的時間常數(shù)決定。S卩，當運算放大器30 產(chǎn)生過電流檢測信號(HIGH信號)時，過電流檢測信號供給至控制電路6和電容器43，因此 電容器43利用過電流檢測信號而被充電。此時，從HIGH信號的電壓減去電容器43的電壓 所得到的電壓，通過電阻41和42被分壓，電阻41的電壓(分壓電壓)供給至運算放大器 30的非反轉(zhuǎn)輸入端子。由此，電容器43的電壓由于過電流檢測信號而逐漸增大，當電阻41 的電壓低于過電流閾值(基準電壓)時，運算放大器30產(chǎn)生LOW信號，電容器43通過電阻 41和42放電。S卩，在電阻41的電壓達到與保持時間對應的電壓之前，運算放大器30持續(xù) 產(chǎn)生過電流檢測信號。由此，電阻41和42以及電容器43基于保持時間而設(shè)定。該保持時 間和第一截斷時間構(gòu)成第二截斷時間，因此，保持時間基于第二截斷時間決定。例如，第二 截斷時間決定為使得FETll 14的各結(jié)(Junction)溫度不超過最大額定溫度。第二截斷 時間沒有限定，但決定為第一截斷時間的至少20倍，電阻41和42以及電容器43基于根據(jù) 該決定了的第二截斷時間得到的保持時間進行設(shè)定。延遲電路5構(gòu)成為，從電機7起動到預先決定的延遲時間結(jié)束，使保持電路4的動 作延遲(停止)。例如，延遲電路5包括延遲開關(guān)51、RC電路52和NOT電路53。延遲開關(guān) 51為雙極晶體管或FET等，連接在電阻42的第二端與DC電源8的負端子82之間。RC電 路52由電阻521和電容器522構(gòu)成。電阻521連接在用于接收起動信號(HIGH信號)的 輸入端子50與NOT電路53的輸入端子之間。電容器522連接在電阻521和NOT電路53 的連接點與地之間。NOT電路53的輸出端子與延遲開關(guān)51的控制端子(例如基極或柵極 端子)連接。由此，當起動信號供給至輸入端子50時，NOT電路53產(chǎn)生HIGH信號直至電容 器522的電壓達到或超過NOT電路53的閾值電壓。之后，產(chǎn)生LOW信號。換言之，NOT電 路53在由RC電路52的時間常數(shù)決定的延遲時間結(jié)束之前產(chǎn)生HIGH信號，之后產(chǎn)生LOW 信號。這樣，延遲電路5構(gòu)成為，從電機7起動到該延遲時間結(jié)束使延遲開關(guān)51導通，之后 使延遲開關(guān)51斷開。當延遲開關(guān)51導通時，電阻41和42的并聯(lián)電路連接在運算放大器 30的非反轉(zhuǎn)輸入端子與地之間，電容器43連接在運算放大器30的輸出端子與地之間。由 此，運算放大器30作為比較器起作用，保持電路4停止。此處，RC電路52的時間常數(shù)以該 延遲時間的結(jié)束包含于穩(wěn)定階段的期間的方式設(shè)定。例如，該時間常數(shù)基于無刷DC電機7 的規(guī)格(例如直至電機被穩(wěn)定驅(qū)動的時間等)而設(shè)定。優(yōu)選的是，該時間常數(shù)設(shè)定為50 100msec的范圍內(nèi)的時間或者為Isec以上。由此，在起動階段，當通過檢測電路2檢測出的電流達到或超過過電流閾值時，控
8制電路6在第一截斷時間的期間使FETll 14斷開，不對其供電。此外，在穩(wěn)定階段，當通 過檢測電路2檢測出的電流達到或超過過電流閾值時，控制電路6在比第一截斷時間長的 第二截斷時間的期間，使FETll 14斷開，不對其供電。首先，參照圖3說明穩(wěn)定階段中的本驅(qū)動器的動作。在穩(wěn)定階段，磁傳感器61根 據(jù)磁轉(zhuǎn)子73的旋轉(zhuǎn)(磁極的位置)而產(chǎn)生矩形波信號。即，磁傳感器61交替產(chǎn)生HIGH信 號和LOW信號。當磁傳感器61產(chǎn)生HIGH信號時，LOff信號和HIGH信號分別被供給至開關(guān)63和 64的控制端子，開關(guān)63和64分別被斷開和導通。當開關(guān)64導通時，地與FET12的柵極端 子連接，因此FET12在開關(guān)64導通的時刻斷開。另一方面，F(xiàn)ETll在從開關(guān)63的斷開時刻 起經(jīng)過第一截斷時間(Td)后導通。S卩，當開關(guān)63斷開時，控制電路9經(jīng)由RC電路65與 FETll的柵極端子連接。由此，RC電路65的電容器652的電壓根據(jù)其時間常數(shù)而增大，在 達到或超過FETll的閾值電壓時，F(xiàn)ETll導通。也就是說，在第一截斷時間的期間，F(xiàn)ETll 14斷開，因此不對其供電。當FETll導通時，F(xiàn)ETll的漏極端子與DC電源8的負端子82連接，該漏極端子的 電壓與負端子82的電壓(即接地電壓(電位))相等。此外，F(xiàn)ET14的柵極端子的電壓也 與負端子82的電壓相等。由此，F(xiàn)ET14導通，DC電源8的電壓通過FETll和14施加于電機 線圈72。之后，當磁傳感器61產(chǎn)生LOW信號時，HIGH信號和LOW信號分別供給至開關(guān)63和 64的控制端子，由此開關(guān)63和64分別導通和斷開。當開關(guān)63導通時，地與FETll的柵極 端子連接，因此FETll在開關(guān)63導通的時刻斷開。此時，F(xiàn)ETll的漏極端子經(jīng)由電阻16與 DC電源8的正端子81連接，因此，該漏極端子的電壓與DC電源8的電壓相等，F(xiàn)ET14的柵 極端子的電壓也與DC電源8的電壓相等。由此，F(xiàn)ET14斷開。此外，RC電路66在從開關(guān) 64斷開的時刻開始的第一截斷時間(Td)的期間，延遲FET12的導通。由此，F(xiàn)ETll 14在 第一截斷時間的期間斷開，不對其供電。當FET12導通時，F(xiàn)ET12的漏極端子與DC電源8的負端子82連接，該漏極端子的 電壓與負端子82的電壓相等。此外，F(xiàn)ET13的柵極端子的電壓也與負端子82的電壓相等。 由此，F(xiàn)ET13導通，DC電源8的電壓通過FET12和13以相反的極性施加于電機線圈72。艮口， 通過FET12和13施加于電機線圈72的電壓具有與通過FETll和14施加的電壓相反的極性。這樣，F(xiàn)ETll和14的組以及FET12和13的組根據(jù)磁傳感器61的輸出而交替地導 通和關(guān)閉，由此AC電壓(矩形波電壓)施加于電機線圈72。由此，從定子芯71產(chǎn)生交替磁 場，磁轉(zhuǎn)子73旋轉(zhuǎn)。接著，參照圖4說明起動階段中的本驅(qū)動器的動作。當起動信號供給至輸入端子 50時，延遲開關(guān)51導通直至由延遲電路5決定的延遲時間結(jié)束。在本實施方式中，保持電 路4至少在起動階段的期間停止。 在起動階段，在磁轉(zhuǎn)子73旋轉(zhuǎn)，磁傳感器61產(chǎn)生矩形波信號之前，磁傳感器61產(chǎn) 生與磁轉(zhuǎn)子73的磁極位置對應的信號(HIGH或LOW信號)。依據(jù)該信號，開關(guān)64或64起 動，F(xiàn)ETll或12導通，而另一方則斷開。由此，F(xiàn)ETll和14的第一組或FET12和13的第二 組導通。當?shù)谝唤M或第二組導通時，DC電源8的電壓施加于電機線圈72，因此，過渡電流流過電機線圈72(參照圖4的“流過電機線圈的電流”)。在起動階段，從電機線圈72不會產(chǎn) 生大的反電動勢，因此DC電源8的電壓除以電機線圈72的電阻成分得到的大電流流過電 機線圈72。當過渡電流經(jīng)由FETll或12流至電流檢測電阻20時，過渡電流與電阻20的電阻 值相乘而得的過渡電壓產(chǎn)生于電阻20。從該過渡電壓減去二極管21的導通電壓而得的電 壓成為檢測電路2的檢測電壓，檢測電壓供給至運算放大器30的非反轉(zhuǎn)輸入端子。檢測電 壓與該過渡電流對應，因此檢測電壓能夠達到施加于運算放大器30的反轉(zhuǎn)輸入端子的過 電流閾值。當檢測電壓達到過電流閾值時，運算放大器30產(chǎn)生過電流檢測信號，該信號實 際上被供給至控制電路6的開關(guān)67和68。由此開關(guān)67和68導通。開關(guān)67和68剛一導通，F(xiàn)ETll 14就斷開，電機線圈72和FETll 14不被供 給電力。此外，過渡電流也被截斷。由此，檢測電路2的輸出電壓變得低于過電流閾值，運 算放大器30產(chǎn)生LOW信號，將該信號供給至控制電路6的開關(guān)67和68。結(jié)果，與開關(guān)67 和68的斷開同時地，第一截斷時間(Td)開始。當開關(guān)67和68斷開時，F(xiàn)ETll或12的柵極端子分別經(jīng)由RC電路65或66與控制 電源9連接。由此，F(xiàn)ETll或12在第一截斷時間(Td)之后導通。當FETll或12導通時， 第一組或第二組分別導通，DC電源8的電壓施加于電機線圈72。這樣，在每次檢測電壓達到過電流閾值時，本驅(qū)動器使FETll 14斷開，不對電機 線圈72和FETll 14供電，接著在第一截斷時間的期間，使FETll或12的導通延遲，同時 使電機7的轉(zhuǎn)速逐漸增大。之后，當電機7的轉(zhuǎn)速增大，反電動勢增大時，流過電流檢測電 阻20的電流減少，檢測電壓變得低于過電流閾值，驅(qū)動器的動作階段轉(zhuǎn)移至穩(wěn)定階段。此 外，在由延遲電路5決定的延遲時間之后，保持電路4變得有效(實際上進行動作)。最后，參照圖5說明穩(wěn)定階段中本驅(qū)動器的用于應對過負載的動作。在穩(wěn)定階段， 本驅(qū)動器如果受到由于DC電源8的過電壓以及由對電機7的負載的增大和電機鎖引起的 流過電機線圈72的電流的增大所導致的過負載，則FETll 14和電機線圈72經(jīng)受過電流， 這導致它們各自的溫度上升。依據(jù)本發(fā)明的特征，保持電路4進行動作，使得在穩(wěn)定階段經(jīng) 受過電流的FETll 14和電機線圈72的各自的溫度有效下降。S卩，在本驅(qū)動器像圖3所示那樣動作的穩(wěn)定階段中，當驅(qū)動器受到該過負載時，如 圖5所示，電流檢測電阻20的電壓(檢測電壓)達到施加于運算放大器30的反轉(zhuǎn)輸入端 子的過電流閾值(Ic)。當檢測電壓達到過電流閾值時，比較電路3產(chǎn)生過電流檢測信號，將 該信號供給至控制電路6和保持電路4。由此，在開關(guān)67和68導通、FETll 14斷開的同 時，保持電路4在保持時間(Th)的期間保持比較電路3的輸出，使得比較電路3持續(xù)產(chǎn)生 過電流檢測信號。經(jīng)受過電流的FETll 14和電機線圈72的各自的溫度在保持時間的期 間例如通過周圍溫度而減少。當經(jīng)過保持時間，比較電路3產(chǎn)生LOW信號，則該信號被供給至控制電路6。由此， 保持電路4的電容器43通過電阻41和42放電，而開關(guān)67和68斷開。當開關(guān)67和68斷 開時，F(xiàn)ETll或12在第一截斷時間之后導通，DC電源8的電壓施加于電機線圈72。S卩，在 第二截斷時間之后，DC電源8的電壓施加于電機線圈72。這樣，保持電路4進行動作，使得在本驅(qū)動器沒受到該過負載之前，使經(jīng)受過電流 的FETll 14和電機線圈72的各自的溫度有效地下降。在本實施方式中，通過采用在比較電路3之外具有保持電路4和延遲電路5的價廉且簡單的結(jié)構(gòu)，能夠有效地使經(jīng)受過電 流的開關(guān)元件11 14的各自的溫度下降。例如，如果第二截斷時間為第一截斷時間的至 少20倍長，則能夠?qū)⒔?jīng)受過電流的開關(guān)元件11 14的各自的溫度降低至元件11 14的 各自的發(fā)熱量為不具有保持電路4和延遲電路5的結(jié)構(gòu)的各自的發(fā)熱量的1/3以下。
本發(fā)明記載了幾個優(yōu)選的實施方式，但在不脫離本發(fā)明的主旨和權(quán)利范圍的情況 下，本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠進行各種修正和變形。
權(quán)利要求
一種無刷DC電機驅(qū)動器，其包括DC AC變換電路，其具有多個開關(guān)元件，該多個開關(guān)元件以將從DC電源供給的DC電壓變換為AC電壓的方式排列；控制電路，其控制該DC AC變換電路的開關(guān)，向無刷DC電機的電機線圈供給用于驅(qū)動該無刷DC電機的AC電壓；檢測電路，其檢測流過該電機線圈的電流；以及比較電路，當通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過過電流閾值時，該比較電路產(chǎn)生過電流檢測信號，當該比較電路產(chǎn)生該過電流檢測信號時，該控制電路在預先決定的時間的期間，使該多個開關(guān)元件的全部或部分斷開，不對該多個開關(guān)元件供給電力，在該無刷DC電機驅(qū)動器中，其中，控制電路構(gòu)成為當在起動階段通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過該過電流閾值時，使得在第一截斷時間的期間不對該多個開關(guān)元件供給電力，而且，當在穩(wěn)定階段中通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過該過電流閾值時，使得在比該第一截斷時間長的第二截斷時間的期間，不對該多個開關(guān)元件供給電力。
2.如權(quán)利要求1所述的無刷DC電機驅(qū)動器，其中，該比較電路在通過該檢測電路檢測出的電流達到或超過該過電流閾值的期間，產(chǎn)生該 過電流檢測信號，該控制電路構(gòu)成為使得在從該過電流檢測信號結(jié)束開始的第一截斷時間的期間，不 對該多個開關(guān)元件供給電力， 該比較電路具有保持電路，當該比較電路在該穩(wěn)定階段中產(chǎn)生該過電流檢測信號時，保持電路不論通 過該檢測電路檢測出的電流如何，在與該第一截斷時間構(gòu)成該第二截斷時間的保持時間的 期間，保持該比較電路的輸出，使得該比較電路持續(xù)產(chǎn)生該過電流檢測信號；以及延遲電路，從該無刷DC電機起動到預先決定的延遲時間結(jié)束，該延遲電路延遲該保持 電路的動作。
3.如權(quán)利要求2所述的無刷DC電機驅(qū)動器，其中， 該無刷DC電機還包括具有多個磁極的磁轉(zhuǎn)子， 該控制電路還具有磁傳感器，其根據(jù)該磁轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生矩形波信號；第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動元件，其以根據(jù)該矩形波信號使該DC-AC變換電路中的該多 個開關(guān)元件中的第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件交替導通和斷開的方式排列；以及第一延遲電路和第二延遲電路，其與通過該檢測電路檢測出的電流無關(guān)地，在該第一 截斷時間的期間，分別使該第一開關(guān)元件和第二開關(guān)元件通過該第一驅(qū)動元件和第二驅(qū)動 元件導通的動作延遲。
4.如權(quán)利要求3所述的無刷DC電機驅(qū)動器，其中，該DC-AC變換電路和該檢測電路在該DC電源的正端子與負端子間串聯(lián)連接， 該檢測電路具有電流檢測電阻，該檢測電路以該電流檢測電阻檢測流過該電機線圈的電流，并產(chǎn)生檢測電壓， 該比較電路具有運算放大器，該運算放大器具有第一輸入端子和第二輸入端子以及輸 出端子，由該第一輸入端子和第二輸入端子分別接受該檢測電壓和作為該過電流閾值的基 準電壓，比較該檢測電壓和該過電流閾值，該保持電路具有第一電阻，其連接于該運算放大器的第一輸入端子與該DC電源的 該負端子之間；第二電阻，其具有第一端和第二端，該第一端與該第一輸入端子連接；電容 器，其連接在該第二電阻的該第二端與該運算放大器的該輸出端子之間，該比較電路的該延遲電路具有連接在該第二電阻的該第二端與該DC電源的該負端子 之間的延遲開關(guān)，從該無刷DC電機起動到該延遲時間結(jié)束使該延遲開關(guān)導通，之后使該延 遲開關(guān)斷開。
全文摘要
本發(fā)明提供無刷DC電機驅(qū)動器，該無刷DC電機驅(qū)動器包括DC-AC變換電路、檢測電路、比較電路和控制電路。DC-AC變換電路具有多個開關(guān)元件。檢測電路檢測流過無刷DC電機的電機線圈的電流。當該電流達到或超過過電流閾值時，比較電路產(chǎn)生過電流檢測信號。當檢測電路在起動階段產(chǎn)生過電流檢測信號時，控制電路在第一截斷時間的期間不對多個開關(guān)元件供給電力。此外，當檢測電路在穩(wěn)定階段中產(chǎn)生過電流檢測信號時，控制電路在比第一截斷時間長的第二截斷時間的期間，不對多個開關(guān)元件供給電力。
文檔編號H02P6/12GK101965680SQ20098010828
公開日2011年2月2日 申請日期2009年3月10日 優(yōu)先權(quán)日2008年3月11日
發(fā)明者植田英稔 申請人:松下電工株式會社