專利名稱：開關(guān)磁阻電動機的驅(qū)動電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種開關(guān)磁阻電動機(SRM)，尤其涉及一種用于SRM的驅(qū)動控制裝置，以防止過量的驅(qū)動電流流入SRM。
一般來說，一個開關(guān)磁阻電動機(SRM)包括如

圖1所示的一個定子2和一個轉(zhuǎn)子4，其中定子2有三對磁極+A和-A，+B和-B，以及+C和-C(或者，凸極C)，在它們上面分別纏繞著A相位線圈6，B相位線圈8和C相位線圈10。
這樣一個用于SRM的驅(qū)動器結(jié)構(gòu)組成如圖2所示，一個平滑電容器C用于產(chǎn)生一直流電壓，多個開關(guān)元件Q1到Q6用于將電壓施加到對應(yīng)的相位線圈6、8和10，6個二極管D1到D6用于反電動勢的反饋，該反電動勢是在施加電壓到每個所述相位線圈后在對應(yīng)的開關(guān)元件Q1到Q6關(guān)斷的時刻產(chǎn)生的。
A相位開關(guān)元件Q1和Q2的切換操作可由從一個選通信號發(fā)生單元產(chǎn)生的信號控制。該單元如圖3所示包括一個振蕩器12輸出“脈寬調(diào)制”(PWM)信號，一個“與”邏輯門16產(chǎn)生所述產(chǎn)生的PWM信號和位置信息信號的邏輯乘積，該位置信息信號在轉(zhuǎn)子4對著定子2的A相位磁極時由A相位位置檢測器14獲得，其中來自“與”邏輯門16的信號施加到上部的A相位開關(guān)元件Q1，以及其中來自A相位位置檢測器14的位置信息信號施加到下部的A相位開關(guān)元件Q2。
對SRM的A相位作用一個動力可通過將操作信號供給A相位相關(guān)開關(guān)元件Q1、Q2的柵極來實現(xiàn)。激勵的開關(guān)元件Q1、Q2允許電流流過定子2的A相位線圈，導(dǎo)致定子磁極+A和-A的磁化。這個磁化的磁極推動靠近A相位磁極設(shè)置的轉(zhuǎn)子4。
B和C相位線圈8和10同樣也如同A相位相關(guān)動作一般操作，其中用于定子2磁化的A、B和C相位的次序被保持，由此電動機可以繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。
然而，當驅(qū)動器出現(xiàn)非正常操作和浪涌電流時不能保證常規(guī)使用的SRM的可靠性，進而使電動機的效率變得較低。此外，還有一個問題就是由于在每個相位初始啟動時的電流波動，或轉(zhuǎn)矩波動現(xiàn)象而產(chǎn)生來自電動機的大的噪聲。
圖4展示了一個在美國專利5,225,758中公開的一個用于可變磁阻電動機，或SRM的驅(qū)動器的示意方框圖，這里驅(qū)動器以這樣一種方式控制電動機，使得對于電流偏移或電流指令提供給線圈的平均電壓線性地變化。為此，驅(qū)動器要有一個絕對值電路20，一個PWM電路21，一個極性確定電路12，一個信號選擇電路23，第一和第二驅(qū)動器24a，24b，一個“接通/關(guān)斷”信號發(fā)生器30，以及一個驅(qū)動電路40。
絕對值電路20接收來自一個主計算機的電流指令和實際電流的電流偏移，比較它們與載波信號，產(chǎn)生一個代表電流偏移，的絕對值|，|的輸出，并將它輸出到PWM電路21，其中PWM電路21比較電流偏移，的絕對值|，|與載波信號以得到一個PWM信號，然后輸出它到信號選擇電路23。
在電流偏移，大于0伏的情況下，極性確定電路12輸出一個低電平信號以接通驅(qū)動電器40的第一晶體管Q1。在“接通/關(guān)斷”信號發(fā)生器30的輸出信號為高電平期間，第二晶體管Q2根據(jù)從PWM電路21輸出的PWM信號接通/關(guān)斷。
在電流偏移，小于0伏的情況下，第二晶體管Q2由信號選擇電路23關(guān)斷，并且第一晶體管Q1由PWM信號接通/關(guān)斷。
結(jié)果，平均線圈電壓相對于電流偏移，或電流指令線性變化，所以電動機的控制得以容易地完成。
上面的用于SRM的驅(qū)動器根據(jù)電流偏差或電流控制確定PWM的占空比，并且選擇和操作根據(jù)電流偏移的極性應(yīng)用PWM的開關(guān)元件，從而導(dǎo)致相對于電流偏差或電流控制的平均線圈電壓線性變化。
因此，本發(fā)明的一個目的是提供一種用于開關(guān)磁阻電動機(SRM)的驅(qū)動器，借助于它通過保護驅(qū)動器抑制浪涌電流進一步改善SRM的可靠性。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于SRM的驅(qū)動器，它可以通過消除在電動機的每個相位的初始啟動時刻的驅(qū)動電流中的波動(轉(zhuǎn)矩)分量來降低來自電動機的大的噪聲。
上述目的通過一個用于開關(guān)磁阻電動機(SRM)的驅(qū)動電路得以實現(xiàn)，該電路具有多個開關(guān)元件響應(yīng)從外部輸入的選通信號工作，用于施加或切斷加到每個相位線圈的直流電壓，該電路包括
用于檢測流進SRM驅(qū)動電路的電流量，并輸出一個代表驅(qū)動電路中電流量的信號的電流檢測裝置；用于響應(yīng)來自電流檢測裝置的輸出信號比較一個參考電流量與驅(qū)動電路中的電流量，并在SRM驅(qū)動電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一個停止信號的比較裝置；以及用于接收來自比較裝置的輸出信號，“脈沖寬度調(diào)制”(PWM)信號和轉(zhuǎn)子位置信號，并輸出一個選通控制信號以在來自比較裝置的停止信號輸入期間關(guān)斷開關(guān)元件的信號選擇裝置。
從下面參考附圖描述的實施例，本發(fā)明的其他目的和方面就變得顯而易見，其中圖1示意性地展示了一個常規(guī)開關(guān)磁阻電動機(SRM)的結(jié)構(gòu)；圖2展示了用于驅(qū)動SRM的詳細的常規(guī)電路圖；圖3展示了用于圖2的開關(guān)元件的示意性選通控制電路；圖4展示了在美國專利5,225,758中公開的可變磁阻電動機的驅(qū)動器示意性方框圖；圖5展示了根據(jù)本發(fā)明的SRM的驅(qū)動電路；圖6展示了根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動SRM的一個驅(qū)動控制裝置的電路；圖7展示了圖6中各部分的波形；以及圖8展示了在電流控制后的電流波形。
下面將參照附圖詳細地描述根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的開關(guān)磁阻電動機(SRM)的驅(qū)動電路，該電路包括一個平滑電容器C，用于產(chǎn)生直流電壓，多個開關(guān)元件Q1到Q6，用于施加電壓到對應(yīng)的相位線圈6、8和10，6個二極管D1到D6用于反電動勢的反饋，該反電動勢是在施加電壓到每個所述相位線圈后在相應(yīng)開關(guān)元件Q1到Q6的關(guān)斷時刻產(chǎn)生的，以及一電阻器Rs，用于檢測流過開關(guān)元件Q1到Q6的電流并輸出一個與檢測的電流量成比例的電壓。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的用于驅(qū)動SRM的一個驅(qū)動控制裝置的電路圖，特別是在控制開關(guān)元件Q1，Q2的柵極的情況下，操作開關(guān)元件Q1，Q2施加或切斷加到A相位線圈6的電壓。
如圖6所示本發(fā)明用于SRM的驅(qū)動控制裝置包括電流檢測裝置50，用于檢測流進SRM驅(qū)動電路的電流量并輸出一個代表驅(qū)動電路中流動的電流量的信號，比較裝置60，用于響應(yīng)來自電流檢測裝置50的輸出信號比較一個參考電流量與驅(qū)動電路中的電流量，并且在SRM驅(qū)動電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一個停止信號，以及信號選擇裝置70，用于接收來自比較裝置60的輸出信號，“脈寬調(diào)制”(PWM)信號和轉(zhuǎn)子位置信號，并且輸出一個選通控制信號用于在來自比較裝置60的停止信號的輸入期間關(guān)斷開關(guān)元件。
電流檢測裝置50具有一個電流檢測電阻器Rs耦合到SRM的驅(qū)動電路的負(-)端，用于輸出一個與驅(qū)動電流值成正比的電壓信號。
比較裝置60包含一個可變電阻器VR，用于確定參考電壓Vref，一個電容器C1，用于消除從電流檢測電阻器Rs輸出的電壓信號中包含的噪聲分量，一個運算放大器，用于在通過電容器C1施加的電壓信號的電壓值大于參考電壓Vref的電壓值時輸出一個低電平信號，并在通過電容器C1施加的電壓信號的電壓值小于參考電壓Vref的電壓值時輸出一個高電平信號。
信號選擇裝置70包含一個第一邏輯乘積門72，用于實現(xiàn)來自比較裝置60的輸出信號與轉(zhuǎn)子位置信號的邏輯乘積并且隨后產(chǎn)生一個用于控制下部的開關(guān)元件Q2的柵極的信號，以及一個第二邏輯乘積門74，用于實現(xiàn)來自第一邏輯乘積門72的輸出信號與PWM信號的邏輯乘積并且隨后產(chǎn)生一個用于控制上部的開關(guān)元件Q1的柵級的信號。
參考符號R1表示一個偏置電阻。
如此構(gòu)成的本發(fā)明用于SRM的驅(qū)動器控制裝置的操作和效果將參照圖5到8描述。
通過相同的電壓施加過程一個直流電壓被加到用于SRM的驅(qū)動電路的A，B和C相位線圈6，8，10。
為了施加電功率到SRM的A相位線圈6，如果一個工作信號被提供到開關(guān)元件Q1，Q2的柵極，電流流進定子的A相位線圈6，使得定子的磁極+A和-A磁化。磁化的A相位磁極產(chǎn)生一個吸引附近轉(zhuǎn)子的力，這導(dǎo)致了轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)。
同樣地，上述過程也應(yīng)用于B和C相位線圈8和10。然后，A、B和C相位的定子以上述次序順序地磁化，導(dǎo)致了SRM的連續(xù)旋轉(zhuǎn)。
此時，當A相位相關(guān)的開關(guān)元件Q1和Q2關(guān)斷，而B相位相關(guān)的開關(guān)元件接通時，保留在A相位線圈上的電壓通過二極管D2，A相位線圈6和隨后的二極管D1給電容器C充電，其中充電的電壓此后應(yīng)用在順序操作期間。這個作用改善了電動機的效率。
連接到驅(qū)動電路的負端的電流檢測電阻器Rs檢測流進驅(qū)動電路的電流并輸出一個電平由公知的基本公式，V＝IR確定的電壓信號。
如圖7所示，在來自電流檢測電阻器Rs的電壓信號的電壓值V1超過由可變電阻器VR產(chǎn)生的參考電壓Vref的情況下，運算放大器輸出一個低電平信號。
從運算放大器輸出的電壓V2輸入到也接收轉(zhuǎn)子位置信號Vs的第一邏輯乘積門72。邏輯乘積結(jié)果提供到開關(guān)元件Q2的柵極。同樣，用于改變速度的PWM信號V4輸入到也接收來自第一邏輯乘積門72的輸出信號V3的第二邏輯乘積門74。邏輯乘積結(jié)果提供到開關(guān)元件Q1的柵極。
因此，在運算放大器低電平輸出期間，不管轉(zhuǎn)子位置信號Vs如何都不輸出開關(guān)元件Q1，Q2的選通信號，使得驅(qū)動電路保持暫停狀態(tài)。
圖8展示了在每個相位啟動時檢測的峰值電流I1和I2，前者I1沒有經(jīng)過電流控制，而后者I2經(jīng)過了根據(jù)本發(fā)明的電流控制。由于初始峰值電流的平滑也產(chǎn)生了消除轉(zhuǎn)矩波動的效果，所以能夠降低電動機轉(zhuǎn)矩波動。
根據(jù)本發(fā)明，防止驅(qū)動電路過流改善了SRM的可靠性，而且消除了在每個相位的初始啟動時刻產(chǎn)生的驅(qū)動電流的波動分量(轉(zhuǎn)矩波動)，這降低了電動機的大噪聲。
權(quán)利要求
1.一種用于開關(guān)磁阻電動機(SRM)的驅(qū)動電路，該電路具有多個開關(guān)元件響應(yīng)自外部輸入的選通信號工作，用于施加或關(guān)斷加到每個相位線圈的直流電壓，該電路包括用于檢測流進SRM驅(qū)動電路的電流量并輸出一個代表驅(qū)動電路中電流量的信號的電流檢測裝置；用于響應(yīng)來自電流檢測裝置的輸出信號比較一個參考電流量與驅(qū)動電路中的電流量，并在SRM驅(qū)動電路中的電流量超過參考電流的情況下輸出一個停止信號的比較裝置；以及用于接收來自比較裝置的輸出信號，“脈寬調(diào)制”(PWM)信號和轉(zhuǎn)子位置信號，并且在輸入來自比較裝置的停止信號期間輸出一個選通控制信號用于關(guān)斷開關(guān)元件的信號選擇裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機，其中電流檢測裝置包括一個耦合到SRM驅(qū)動電路的負(-)端的電流檢測電阻器，它用作輸出一個與驅(qū)動電流值成正比的電壓信號。
3.如權(quán)利要求2所述的電路，其中比較裝置包含一個用于確定參考電壓Vref的可變電阻器，一個用于消除包含在從電流檢測電阻器輸出的電壓信號中的噪聲分量的電容器，以及一個用于當通過電容器施加作用的電壓信號的電壓值大于參考電壓Vref的電壓值時輸出一個低電平信號，并且當通過電容器施加的電壓信號的電壓值小于參考電壓的電壓值時輸出一個高電平信號的運算放大器。
4.如權(quán)利要求3所述的電路，其中信號選擇裝置包含一個用于完成來自比較裝置的輸出信號與轉(zhuǎn)子位置信號的邏輯乘積并隨后產(chǎn)生一個信號用于控制上部開關(guān)元件的柵極的第一邏輯乘積門，以及一個用于完成來自第一邏輯乘積門的輸出信號與PWM信號的邏輯乘積并隨后產(chǎn)生一個信號用于控制上部開關(guān)元件的柵極的第二邏輯乘積門。
全文摘要
開關(guān)磁阻電動機(SRM)的驅(qū)動電路,包括一電流檢測單元,檢測流進SRM驅(qū)動電路的電流量并輸出代表驅(qū)動電路中電流量的信號,一比較單元,比較參考電流量與驅(qū)動電路中的電流量,并在SRM驅(qū)動電路中的電流量超過參考電流量的情況下輸出一停止信號,及一信號選擇單元,接收來自比較裝置的輸出信號,PWM信號和轉(zhuǎn)子位置信號,并在從比較裝置輸入停止信號期間輸出選通控制信號以關(guān)斷開關(guān)元件。本發(fā)明改善了SRM可靠性,降低了電動機大噪聲。
文檔編號H02H7/08GK1170275SQ97113828
公開日1998年1月14日 申請日期1997年6月24日 優(yōu)先權(quán)日1996年6月28日
發(fā)明者表尚淵 申請人:三星電子株式會社