无刷电动机驱动电路以及无刷电动机驱动系统

摘要

无刷电动机驱动电路具备峰值保持电路，该峰值保持电路输出保持了第1电压的峰值的第2电压，该第1电压基于通过检测电阻的电压降检测出的检测电压。无刷电动机驱动电路具备平滑化用滤波电路，该平滑化用滤波电路输出作为将第2电压的直流成分平滑化了的第3电压。无刷电动机驱动电路具备差分电压检测电路，该差分电压检测电路输出通过从第2电压中抽出上述第3电压来获取的差分电压。无刷电动机驱动电路具备运算电路，该运算电路运算基于速度指令脉冲信号的模拟电压与基于该差分电压的第4电压的差，输出与该运算结果相应的速度控制信号。

说明书

相关申请的交叉参考

本申请基于并要求2014年5月30日提交的日本专利申请No. 2014-113223的优先权利益，其所有内容通过参考而引入于此。

技术领域

本发明涉及一种无刷电动机驱动电路以及无刷电动机驱动系统。

背景技术

以往，无刷电动机驱动电路为，以基于速度指令的通电定时，通过驱 动电路来控制3相无刷电动机的旋转。在通过该无刷电动机驱动电路进行 的控制中，有可能产生3相无刷电动机的旋转不均。

发明内容

本实施方式提供一种能够降低3相无刷电动机的旋转不均的无刷电动 机驱动电路以及无刷电动机驱动系统。

实施方式提供一种无刷电动机驱动电路，对用正弦波信号对无刷电动 机供给电源电压的功率器件进行控制，

其特征在于，该无刷电动机驱动电路具备：

峰值保持电路，输出保持了第1电压的峰值的第2电压，该第1电压 基于通过检测电阻的电压降检测出的检测电压，流动于上述无刷电动机的 电动机电流经由上述功率器件在该检测电阻中流动；

滤波电路，输出作为上述第2电压的直流成分的第3电压；

差分电压检测电路，输出上述第2电压与上述第3电压的差分电压；

积分放大器电路，将作为基于上述无刷电动机的转速的脉冲波的速度 指令脉冲信号转换成模拟电压；

运算电路，运算上述模拟电压与基于上述差分电压的第4电压的差， 输出与该运算结果相应的速度控制信号；

输出波形生成电路，基于通电定时以及上述速度控制信号，生成用于 驱动上述无刷电动机的驱动信号。

另外，实施方式提供一种无刷电动机驱动系统，其特征在于，具备：

无刷电动机；

功率器件，连接于生成电源电压的电源与接地之间，用正弦波信号对 上述无刷电动机供给电源电压；

无刷电动机驱动电路，控制上述功率器件；

检测电阻，流动于上述无刷电动机的电动机电流经由上述功率器件在 该检测电阻中流动；

上述无刷电动机驱动电路具备：

峰值保持电路，输出保持了第1电压的峰值的第2电压，该第1电压 基于通过上述检测电阻的电压降检测出的检测电压；

滤波电路，输出作为上述第2电压的直流成分的第3电压；

差分电压检测电路，输出上述第2电压与上述第3电压的差分电压；

积分放大器电路，将作为基于上述无刷电动机的转速的脉冲波的速度 指令脉冲信号转换成模拟电压；

运算电路，运算上述模拟电压与基于上述差分电压的第4电压的差， 输出与该运算结果相应的速度控制信号；以及

输出波形生成电路，基于通电定时以及上述速度控制信号，生成用于 驱动上述无刷电动机的驱动信号。

根据实施方式的无刷电动机驱动电路以及无刷电动机驱动系统，能够 降低3相无刷电动机的旋转不均。

附图说明

图1是表示第1实施方式所涉及的无刷电动机驱动系统100的构成的 一例的图。

图2是表示图1所示的检测电阻8的检测电压VRS的波形的一例的图。

图3是表示通过图1所示的滤波电路Fx所滤波了的检测电压VRSF的 波形的一例的图。

图4是表示通过图1所示的放大器电路AC所放大的电压VRSF×α的 波形的一例的图。

图5是表示通过图1所示的峰值保持电路PC所保持的第2电压Vp的 波形的一例的图。

图6是表示通过图1所示的差分电压检测电路VC所检测的差分电压 ΔVp的波形的一例的图。

图7是表示在电动机电流小的情况下，速度控制信号Vsp、模拟电压 Vs、第2电压Vp、以及差分电压ΔVp的波形的一例的图。

图8是表示在电动机电流大的情况下，速度控制信号Vsp、模拟电压 Vs、第2电压Vp、以及差分电压ΔVp的波形的一例的图。

具体实施方式

根据实施方式的无刷电动机驱动系统具备无刷电动机。无刷电动机驱 动系统具备功率器件，该功率器件连接于生成电源电压的电源与接地之间， 并用正弦波信号对上述无刷电动机供给电源电压。无刷电动机驱动系统具 备控制上述功率器件的无刷电动机驱动电路。无刷电动机驱动系统具备检 测电阻，流动于上述无刷电动机的电动机电流经由上述功率器件在该检测 电阻中流动。

上述无刷电动机驱动电路具备峰值保持电路，该峰值保持电路输出保 持了第1电压的峰值的第2电压，该第1电压基于通过上述检测电阻的电 压降检测出的检测电压。无刷电动机驱动电路具备滤波电路，该滤波电路 输出作为上述第2电压的直流成分的第3电压。无刷电动机驱动电路具备 差分电压检测电路，该差分电压检测电路输出上述第2电压与上述第3电 压的差分电压。无刷电动机驱动电路具备积分放大器电路，该积分放大器 电路将作为基于上述无刷电动机的转速的脉冲波的速度指令脉冲信号转换 成模拟电压。无刷电动机驱动电路具备运算电路，该运算电路运算上述模 拟电压与基于上述差分电压的第4电压的差，输出与该运算结果相应的速 度控制信号。无刷电动机驱动电路具备输出波形生成电路，该输出波形生 成电路基于通电定时以及上述速度控制信号，生成用于驱动上述无刷电动 机的驱动信号。

以下，基于附图对各实施方式进行说明。

(第1实施方式)

图1是表示第1实施方式所涉及的无刷电动机驱动系统100的构成的 一例的图。另外，图2是表示图1所示的检测电阻8的检测电压VRS的波 形的一例的图。另外，图3是表示通过图1所示的滤波电路Fx所滤波了的 检测电压VRSF的波形的一例的图。另外，图4是表示通过图1所示的放 大器电路AC所放大的电压VRSF×α的波形的一例的图。另外，图5是表 示通过图1所示的峰值保持电路PC所保持的第2电压Vp的波形的一例的 图。另外，图6是表示通过图1所示的差分电压检测电路VC所检测的差 分电压ΔVp的波形的一例的图。

如图1所示那样，无刷电动机驱动系统100具备3相无刷电动机M、 第1～第3霍尔元件5a～5c、第1～第3电容器6a～6c、无刷电动机驱动 电路1、功率器件2、检测电阻8、噪声用滤波电路Fx、以及检测线圈L。

第1～第3霍尔元件5a～5c分别附加于3相无刷电动机M的各相(U 相、V相、W相)的线圈。该第1～第3霍尔元件5a～5c分别向无刷电动 机驱动电路1输出U相霍尔信号HUP、HUM、V相霍尔信号HVP、HVM、 W相霍尔信号HWP、HWM。而且，信号HUM、HVM、HWM是分别将 信号HUM、HVP、HWP反转了的信号。

接着，在该第1～第3霍尔元件5a～5c的输出上分别连接有第1～第3 电容器6a～6c。

另外，检测线圈L与3相无刷电动机M接近地配置，在该检测线圈L 中流动有与3相无刷电动机M的转速相应的励磁电流。基于在该检测线圈 L中流动的励磁电流的信号被供给到无刷电动机驱动电路1。

另外，电源7输出电压VDD。

功率器件2连接于生成电源电压VDD的电源7与接地之间。特别是， 功率器件2如图1所示那样，一端与电源7连接，另一端经由电阻8与接 地连接。

接着，该功率器件2例如图1所示那样，根据驱动信号SU、SX、SV、 SY、SW、SZ用3相正弦波信号U、V、W对3相无刷电动机M供给电源 电压VDD。

功率器件2具有6个nMOS晶体管2a～2f，以及6个二级管2g～2l。

接着，栅极输入有驱动信号SU的nMOS晶体管2a与栅极输入有驱动 信号SX的nMOS晶体管2b是指被串联连接于电源7与接地之间。在该 nMOS晶体管2a与nMOS晶体管2b之间的端子与3相无刷电动机M的U 相线圈连接。从该端子向U相线圈供给正弦波信号U。

而且，二级管2g在nMOS晶体管2a的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。另外，二级管2h在nMOS晶体管2b的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。

另外，栅极输入有驱动信号SV的nMOS晶体管2c与栅极输入有驱动 信号SY的nMOS晶体管2d是指被串联连接于电源7与接地之间。在该 nMOS晶体管2c与nMOS晶体管2d之间的端子与3相无刷电动机M的V 相线圈连接。从该端子向V相线圈供给正弦波信号V。

而且，二级管2i在nMOS晶体管2c的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。另外，二级管2j在nMOS晶体管2d的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。

另外，栅极输入有驱动信号SW的nMOS晶体管2e与栅极输入有驱动 信号SZ的nMOS晶体管2f是指被串联连接于电源7与接地之间。在该 nMOS晶体管2e与nMOS晶体管2f之间的端子与3相无刷电动机M的W 相线圈连接。从该端子向W相线圈供给正弦波信号W。

而且，二级管2k在nMOS晶体管2e的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。另外，二级管2l在nMOS晶体管2f的漏极/源极上连接有阴极/阳 极。

接着，3相无刷电动机M通过3相正弦波信号U、V、W向3相线圈 流动电流，并进行驱动。

另外，检测电阻8的一端与功率器件2的另一端连接，另一端与接地 连接。流动于3相无刷电动机M的电动机电流经由该功率器件2在该检测 电阻8中流动。

在该检测电阻8中，通过电动机电流流动引起的电压降，从而检测出 检测电压VRS。此处，从该检测电阻8的一端输出检测电压VRS(图2)。

另外，噪声用滤波电路Fx将检测电压VRS的电压噪声进行滤波。被 滤波了该电压噪声的检测电压VRSF(图3)被供给到无刷电动机驱动电路 1。而且，该噪声用滤波电路Fx也可以根据需要进行省略，另外，也可以 设置于无刷电动机驱动电路1内。

该噪声用滤波电路Fx例如图1所示那样，包括滤波用电阻Rx以及滤 波用容量Cx。

滤波用电阻Rx的一端与检测电阻8的一端连接，另一端与放大器电路 AC的输出连接(该另一端的电压成为被滤波了的检测电压VRSF)。

滤波用容量Cx的一端与滤波用电阻Rx的另一端连接，另一端与接地 连接。

另外，无刷电动机驱动电路1控制功率器件2(控制通过3相正弦波信 号U、V、W对3相无刷电动机M的驱动)。

该无刷电动机驱动电路1例如图1所示那样，具有第1～第3放大器电 路1a～1c、位置估算电路1d、通电定时设定电路1e、输出波形生成电路 1f、放大器电路AC、峰值保持电路PC、平滑化用滤波电路Fy、差分电压 检测电路VC、积分放大器电路IA、运算电路OC、增益调整电路GC、FG 信号生成电路FC、以及偏差检测电路DC。

第1～第3放大器电路1a～1c输出分别将U相霍尔信号HUP与HUM 的差、V相霍尔信号HVP与HVM的差、W相霍尔信号HWP与HWM的 差放大了的信号。

另外，位置估算电路1d基于第1～第3放大器电路1a～1c的输出信号， 估算3相无刷电动机M的相位(转子的位置)，并输出与该估算结果相应 的信号。

通电定时设定电路1e基于由相位估算电路1d所估算的3相无刷电动 机M的相位，设定3相无刷电动机M的通电定时。

该通电定时设定电路1e根据第3电压Vpf，调整功率器件2所产生的 3相无刷电动机M的通电定时的提前角值或滞后角值。

另外，放大器电路AC将以放大率α放大了检测电压VRSF(在省略了 噪声用滤波电路Fx的情况下为检测电压VRS)的电压作为第1电压(电压 VRSF×放大率α)(图4)进行输出。

峰值保持电路PC输出保持了第1电压的峰值的第2电压Vp，该第1 电压基于通过检测电阻8的电压降检测出的检测电压VRS。

此处，在图1的例子中，峰值保持电路PC输出保持了放大器电路AC 输出的第1电压(电压VRSF×放大率α)的峰值的第2电压Vp(图4、 图5)。而且，也可以是，峰值保持电路PC输出保持了第1电压的峰值的 第2电压Vp，该第1电压基于由噪声用滤波电路Fx所滤波了的检测电压 VRSF。

另外，平滑化用滤波电路Fy输出作为将第2电压Vp平滑化了的直流 成分的第3电压Vpf。

该平滑化用滤波电路Fy例如图1所示那样，包括平滑化用电阻Ry、 以及平滑化用容量Cy。

平滑化用电阻Ry向一端供给第2电压Vp，从另一端输出第3电压Vpf。

平滑化用容量Cy的一端与平滑化用电阻Ry的另一端连接，另一端与 接地连接(该另一端的电压成为被滤波了的检测电压Vpf)。

另外，差分电压检测电路VC输出差分电压ΔVp(图6)，该差分电压 ΔVp通过从第2电压Vp中抽出作为该第2电压Vp的直流成分的第3电 压Vpf来获取。

即，差分电压ΔVp，例如，由如下公式(1)表示。

ΔVp＝Vp-Vpf…(1)

接着，增益调整电路GC将调整了差分电压检测电路VC所输出的差 分电压ΔVp的增益G来获取的电压作为第4电压(差分电压ΔVp×增益 G)进行输出。而且，该增益调整电路GC也可以根据需要被省略。

另外，FG信号生成电路FC生成具有基于流动于检测线圈L的励磁电 流的频率的脉冲波的FG(FrequencyGeneration)信号FS。

此处，如上述那样，励磁电流根据3相无刷电动机M的转速流动于检 测线圈L。即，FG信号FS是基于与3相无刷电动机M的转速对应的频率 的脉冲波。

另外，偏差检测电路DC检测FG信号FS与从外部输入的基准时钟信 号CLK之间的偏差，输出具有与该偏差相应的脉冲波的速度指令脉冲信号 DS。更详细的是，偏差检测电路DC检测频率偏差或相位偏差，输出具有 与该频率偏差或相位偏差相应的脉冲波的速度指令脉冲信号DS。

即，该速度指令脉冲信号DS是基于3相无刷电动机M的转速(频率、 相位)的脉冲波。

此处，例如，速度指令脉冲信号DS在FG信号FS的周期比基准时钟 信号CLK的周期长的情况下，指示使3相无刷电动机M加速。另一方面， 速度指令脉冲信号DS在FG信号FS的周期比基准时钟信号CLK的周期短 的情况下，指示使3相无刷电动机M减速。

另外，例如，速度指令脉冲信号DS在FG信号FS的相位比基准时钟 信号CLK的相位延迟的情况下，指示使3相无刷电动机M加速。另一方 面，速度指令脉冲信号DS在FG信号FS的相位比基准时钟信号CLK的相 位提前的情况下，指示使3相无刷电动机M减速。

接着，积分放大器电路IA将作为基于3相无刷电动机的转速的脉冲波 的速度指令脉冲信号DS转换成模拟电压Vs。即，该模拟电压Vs包含关于 3相无刷电动机M的速度指示(加速、减速等)的信息。而且，该模拟电 压Vs在电路设计上存在上限值，并在能够设定的速度(最大转矩)上存在 上限。

另外，运算电路OC运算模拟电压Vs与基于差分电压ΔVp的第4电 压(差分电压ΔVp×增益G)的差，输出与该运算结果相应的速度控制信 号Vsp。

即，在本实施方式中，速度控制信号Vsp例如由如下公式(2)表示。

Vsp＝Vs-ΔVp×G…(2)

这样，该速度控制信号Vsp是通过基于电动机电流的差分电压ΔVp(× 放大率α)将与指示3相无刷电动机M的速度的速度指令脉冲信号DS对 应的模拟电压Vs进行了校正的信号。

接着，输出波形生成电路1f基于由上述的通电定时设定电路1e设定 的该通电定时以及上述速度控制信号Vsp，输出用于驱动3相无刷电动机 M的驱动信号SU、SX、SV、SY、SW、SZ。

例如，基于速度控制信号Vsp，通过控制驱动信号SU、SX、SV、SY、 SW、SZ的占空比(DutyRatio)、提前角值、滞后角值等，来控制3相无 刷电动机M的速度。

接着，对具有以上那样的构成的无刷电动机驱动系统100的特性进行 说明。

此处，图7是表示在电动机电流小的情况下，速度控制信号Vsp、模 拟电压Vs、第2电压Vp、以及差分电压ΔVp的波形的一例的图。另外， 图8是表示在电动机电流大的情况下，速度控制信号Vsp、模拟电压Vs、 第2电压Vp、以及差分电压ΔVp的波形的一例的图。而且，在图7、图8 中，作为比较例，记载了模拟电压Vs与第2电压Vp的差。另外，在图7、 图8的例子中，为了简化，增益G被设定为“1”。并且，在图7、图8的 例子中，3相无刷电动机M的负荷相同。

例如图7所示那样，在电动机电流小的情况下，即，在3相无刷电动 机M的旋转转矩小的情况下，与电动机电流(检测电压VRS)相应的第2 电压Vp成为低值。在这种情况下，指示3相无刷电动机M的速度的模拟 电压Vs被设定为低值。

此处，如上述那样，由于差分电压ΔVp是通过从第2电压Vp中抽出 作为该第2电压Vp的直流成分的第3电压Vpf来获取的值，因此为第2 电压Vp的交流成分。因此，速度控制信号Vsp成为模拟电压Vs的附近的 值。

接着，模拟电压Vs-第2电压Vp的值(比较例)成为比模拟电压Vs 稍微低的值。

这样，在电动机电流小的情况下，由于速度控制信号Vsp在以模拟电 压Vs为基准的范围内进行推移，因此输出波形生成电路1f能够根据该速 度控制信号Vsp将驱动信号SU、SX、SV、SY、SW、SZ的占空比控制为 规定的值。

另一方面，如图8所示那样，在电动机电流大的情况下，即，在3相 无刷电动机M的旋转转矩大的情况下，与电动机电流(检测电压VRS)相 应的第2电压Vp成为高值。在这种情况下，指示3相无刷电动机M的速 度的模拟电压Vs被设定为高值。

即使在该电动机电流大的情况下，由于差分电压ΔVp是通过从第2电 压Vp中抽出作为该第2电压Vp的直流成分的第3电压Vpf来获取的值， 因此也为第2电压Vp的交流成分。因此，在该电动机电流大的情况下，速 度控制信号Vsp也成为模拟电压Vs的附近的值。

然而，比较例(模拟电压Vs-第2电压Vp)成为较大地偏离了模拟 电压Vs的值。例如，在输出波形生成电路1f基于该比较例的值控制了驱 动信号的情况下，相对于驱动信号的控制的电动机电流的大小的影响变大， 有可能成为3相无刷电动机的旋转不均的原因。

然而，在实施例中，在该电动机电流大的情况下，由于速度控制信号 Vsp在以模拟电压Vs为基准的范围内进行推移，因此输出波形生成电路1f 能够根据该速度控制信号Vsp将驱动信号SU、SX、SV、SY、SW、SZ的 占空比控制为规定的值。

即，在无刷电动机驱动电路1中，通过仅反馈电动机电流的电流量的 变化量，因此，能够不降低3相无刷电动机M的最大转矩地改善旋转不均。

另外，在无刷电动机驱动电路1中，通过将作为提前角数据的第3电 压Vpf用作电流变化的直流成分，因此不需要追加新的电路。

如以上那样，根据实施方式所涉及的无刷电动机驱动电路，能够降低3 相无刷电动机的旋转不均。

虽然描述了一些实施方式，但这些实施方式仅是作为例子而示出的， 并不意在限制发明的范围。实际上，这里所描述的新的实施方式能以各种 方式实施，进而，可以在不脱离发明的精神的情况下，对这里所描述的实 施方式在形式上做出替换和改变。一同附上的权利要求书和其等同意在覆 盖这些会落入发明的范围和精神内的形式或修改。