致動裝置驅動電路的制作方法

專利名稱：致動裝置驅動電路的制作方法
技術領域：
本發明申請基于日本國專利申請No.2001-226200及2001-393317，它們的全部內容結合于此作為參考。
如圖8所示，通過由晶體管連接成字母H形狀所構成的H橋式電路4包括兩對輸出晶體管；即一對電源側輸出晶體管及一對接地側輸出晶體管。一個DC電動機M連接在兩個輸出晶體管對的連接結點上。驅動電路通過使用兩個輸出晶體管對向電動機M供電；由此使電動機M轉動。電源側輸出晶體管對的結點P被連接到電源電路2。接地側輸出晶體管對的結點與地相連接。電源電路2被連接到電源電壓檢測電路3，后者由多個齊納二極管D5，D6及D7串聯連接組成。電源電壓檢測電路3監測電源電壓。如果因電動機M反向轉動使電源電壓超過預定電平，構成電源電壓檢測電路3的齊納二極管D5，D6及D7被引起導通。其結果是，電流流到電容器C2中，由此使電容器C2上的電壓升高。
通過誤差放大電路5，一個PWM(脈寬調制)電路6使DC電動機在正向轉動方向上的占空比增加，而電容器C2上的電壓升高則被看作導通信號。一個邏輯電路7控制H橋式電路4的各個輸出晶體管的導通或關斷，由此提供對DC電動機反向轉動的制動。以此方式，抑制了DC電動機發出的電壓，及由此使電源電壓保持預定電平或更小。
在公開號為09-182474A的日本專利公開文獻中描述了一種減小功率損耗的技術，該損耗是當對電動機反向轉動施加制動時在無刷電動機的驅動電路中引起的。在該相關技術的無刷電動機的驅動電路中，驅動線圈由三相組成。設置了用于各相驅動線圈的三個傳感器，由此轉換激磁。各個傳感器檢測一個未示出的旋轉磁鐵的磁極。各個傳感器的輸出信號在霍爾(hole)放大器放大后被輸入到一個矩陣電路。該矩陣電路輸出用于轉換三相驅動線圈激磁的定時信號。該定時信號通過前置驅動器輸入到電動機驅動電流輸出部分。
在該驅動電路中，當在轉動過程中通過一個F/R(正/反向)信號的轉換使電動機的轉向轉換時，對電動機施加了一個反向電作到，直到電動機的轉向再被反向時為止。當對電動機施加反向制動時，一個電阻將檢測驅動電流，及一個比較電路將該驅動電流與一個預定電流限制幅值比較。當再反向轉動方向上驅動電流超過預定電流限制幅值時，將啟動一個轉換電路，由此通過控制操作使驅動電流輸出部分的電源(source)輸出晶體管或接地(sink)輸出晶體管關斷。在經過一個預定時間周期后，通過控制操作再使輸出晶體管導通。當驅動電流超過預定電流限制幅值時，輸出晶體管再次地通過控制操作被關斷。以此方式，驅動電流輸出部分的各個開關元件被控制，以便在對電動機施加制動時通過使輸出晶體管接收PWM控制，而避免變得不飽和。
在DC電動機驅動電路中，當電源電路2保持關斷時控制功能、例如PWM電路6將無效。因此，電動機M的感應電動勢電壓不能被抑制。如果在電動機M激磁過程中電源突然被關斷，驅動線圈產生反電動勢電壓以維持電動機電流。但是，根據該相關技術，當電源被關斷時，抑制該反電動勢電壓變為不可能。
尤其是，根據該相關技術，電路不能被保護而免受電動機產生的過電壓，除非電源是有效的。
在無刷電動機的驅動電路中，在相關技術上已進行的反向制動方式中執行PWM時會遇到以下問題。
因為與常規工作時間相比，在對反向轉動施加制動時驅動電流將增大，在很短時間內將達到電流限制幅值，輸出晶體管將在較長時間上保持受到關斷控制。如果電源側輸出晶體管或接地側輸出晶體管受到導通控制，在由于激磁轉換操作的關斷控制操作期間被轉換成關斷狀態，驅動電流的再生反饋路徑暫時被斷開，由此使驅動電流逆著電動機電源流動，以尋求再生反饋路徑。
如果電動機電源不具有吸收性能，驅動電流將無處可流動。這將引起電動機驅動電壓瞬時的急劇增長，由此超過驅動電路或電源的耐電壓。一個對付超過耐電壓的通用措施是在電動機電源及地之間接入電解電容器或齊納二極管，由此給予電源一個吸收電容器。但是，該措施涉及到成本的增加。
由于以下原因，使用電解電容器將帶來不能足夠抑制電源電壓增高的問題。具體來說，在反向轉動的制動工作期間，要被執行PWM導通控制的時間非常短。因此，基本上不需要供給外部電流。相反地，因為經常引起再生電流的反向流動，流過電解電容器的充電電流比放電電流大得多。為此原因每當再生電流流過時電源電壓不斷增加。
本發明還旨在提供一種用于無刷電動機的驅動電路，它能阻止再生電流反向流到饋電線路中及避免出現電源電壓的升高，而不用在電動機電源及地之間附加電解電容器或齊納二極管，其方式是產生用于再生電流的通路，該通路在制動工作的時刻建立。
本發明提供了一種用于具有電感的致動裝置的驅動電路，其中，通過使驅動電流流入電感使致動裝置被驅動，它包括兩對輸出晶體管，每對包括一個電源側晶體管及一個接地側輸出晶體管，該致動裝置被連接到在每對電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上；過電壓檢測電路，用于檢測在每對所述電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及所述電壓是否比地電平低該預定的電平；其中，當連接到所述接地側輸出晶體管的結點上的電壓比該電源電壓高出該預定的電平時，由該過電壓檢測電路的輸出使所述接地側輸出晶體管之一個被導通，及當連接到所述電源側輸出晶體管的結點上的電壓變為比該地電平低于該預定的電平時，由該過電壓檢測電路的輸出使該電源側輸出晶體管之一個被導通。
這里，過電壓檢測電路包括連接在饋電線路上的電源側檢測晶體管、及連接在接地線路上的接地側檢測晶體管；及在電源側及接地側檢測晶體管之間所形成的結點被連接到所述致動裝置的所述電感的一端。
根據本發明的具有電感的致動裝置典型地對應于無刷電動機、DC電動機、音圈電動機及電磁致動器中的任一種。
在本發明的無刷電動機的驅動電路中，每當再生電流反向流經饋電線路時，在兩個任意相的電動機驅動線圈之一上出現的電壓已不可避免地高于電源電壓，在另一電動機驅動線圈上出現的電壓也已不可避免地低于一個地電平。對此現象予以關注，及由一過電壓檢測電路來檢測這個現象。連接到其電壓已超過該電源電壓的相的驅動線圈上的接地側輸出晶體管、或連接到其電壓已低于一個地電平或已比該地電平低一個預定電平上的相的驅動線圈上的電源側輸出晶體管被強烈地導通。其結果是，在電動機驅動電路中形成再生電流路徑，由此阻止了電流反向流到饋電線路，因此也阻止了電源電壓的增加。
在這方面，本發明的特征在于，一種用于無刷電動機的驅動電路，其中，通過使電動機驅動電流流入電動機驅動線圈使無刷電動機轉動，該驅動電路包括多對輸出晶體管，每對包括一個電源側輸出晶體管及一個接地側輸出晶體管，不同的電動機驅動線圈被連接到在每對電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上；過電壓檢測電路，用于檢測在每對電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及所述電壓是否低于地電平一個預定的電平；其中，當連接到一個接地側輸出晶體管的結點上的電壓超過電源電壓一個預定的電平時，通過該過電壓檢測電路的輸出使一個接地側輸出晶體管被導通，及當連接到一個電源側輸出晶體管的結點上的電壓變為低于地電平一個預定的電平時，通過該過電壓檢測電路的輸出使一個電源側輸出晶體管被導通。
此外，本發明的特征還在于，一種用于無刷電動機的驅動電路，該無刷電動機具有用于檢測轉子轉動位置的傳感器，其中，根據該傳感器檢測的位置信號使電動機驅動電流流入電動機驅動線圈，使無刷電動機被旋轉驅動，及通過使電動機驅動電流在其中該電動機反向被旋轉的方向流入以執行制動操作，所述驅動電路包括驅動電流檢測單元，用于檢測電動機驅動電流；比較器，用于將預定的參考電流值與該驅動電流檢測單元檢測到的電動機驅動電流值相比較；電流控制轉換部分，用于根據由比較器執行的比較之結果使電動機驅動電流輸出部分導通或關斷；及過電壓檢測電路，用于檢測在電動機驅動線圈的端子上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及該電壓是否低于地電平一個預定的電平；其中，通過該過電壓檢測電路的輸出在該電動機驅動電流輸出部分中形成再生電流流動路徑。
根據本發明，電動機驅動線圈由三相組成；該過電壓檢測電路可被構成以便檢測出任意兩個相的兩個電動機驅動線圈中的一個電動機驅動線圈的端子上出現的電壓高于電源電壓一個預定的電平、及在余下的一個電動機驅動線圈上出現的電壓是否低于地電平一個預定的電平。
優選實施例的詳細說明以下將參照附圖來描述根據本發明的具有電感的致動裝置的驅動電路的實施例。
首先描述如

圖1中所示的一個實施例，其中DC電動機驅動電路被用作根據本發明的致動裝置驅動電路。在圖1中，標號32指示驅動電流輸出部分。驅動電流輸出部分32由兩對輸出晶體管構成；即一對由晶體管Q1及Q3組成的電源側輸出晶體管，及另一對由晶體管Q2及Q4組成的接地側輸出晶體管。所有這些晶體管均是NPN型。晶體管Q1及Q2相互串聯，及晶體管Q3及Q4相互串聯。一個具有電感的致動裝置被連接到各輸出晶體管對的結點上；具體來說，被連接到輸出晶體管Q1及Q2的結點A及輸出晶體管Q3及Q4的結點B上。在該實施例中，該致動裝置對應于DC電動機33，及電感對應于DC電動機33的驅動線圈。
電源側輸出晶體管Q1，Q3的集電極被連接到電源，及電源電壓Vco施加到這些集電極上。接地側輸出晶體管Q2，Q4的發射極被連接到地(GND)。根據正/反轉控制器31輸出的正/反向指令，驅動電流輸出部分32通過利用和選擇地控制晶體管Q1、Q2、Q3及Q4，向DC電動機供給用于正向或反向轉動的驅動電流，由此驅動DC電動機33，以使得它正向或反向地轉動。
DC電動機33的兩個端子被連接到過電壓檢測電路34。過電壓檢測電路34檢測DC電動機33是否過電壓；具體來說，是檢測在一個輸出晶體管對的結點A上產生的電壓是否高于電源電壓Vco或低于地電平一個預定電平，及在另一輸出晶體管對的結點B上產生的電壓是否高于電源電壓Vco或低于地電平一個預定電平。如果在結點A、B之一上產生的電壓高于電源電壓Vco一個預定值及在余下一個結點上產生的電壓低于地電平一個預定電平，過電壓檢測電路34將檢測到這些電壓，由此使驅動電流輸出部分32中的這些晶體管中的任一個被導通。具體來說，連接到結點A的接地側輸出晶體管Q2或連接到結點B的接地側輸出晶體管Q4中，無論哪個晶體管上已產生的電壓高于電源電壓Vco一個預定值，則它被過電壓檢測電路34的輸出信號導通。另一方式是，連接到結點A的電源側輸出晶體管Q1或連接到結點B的電源側輸出晶體管Q3中，無論哪個晶體管上產生的電壓低于地電平一個預定值，則它被過電壓檢測電路34的輸出信號導通。
現在將描述該實施例的工作。在正向轉動的情況下，正/反轉控制器31譬如使驅動電流輸出部分32的輸出晶體管Q1、Q4受到導通控制，由此向DC電動機33供給在箭頭IM1方向上流動的電流；這就是說，驅動電流從結點A流到結點B。在反向轉動的情況下，正/反轉控制器31譬如使驅動電流輸出部分32的輸出晶體管Q2、Q3受到導通控制，由此對DC電動機33供給在箭頭IM2方向上流動的電流；這就是說，驅動電流從結點B流到結點A。
過電壓檢測電路34檢測在DC電動機33的驅動線圈中產生的感應電動勢電壓或反電動勢電壓上突出的垂直部分(verticalportion)；具體來說，是高于電源電壓Vco的向上突出部分及低于地電平GND的向下突出部分。連接到其電壓高于電源電壓Vco的端子A、B之一上的接地側輸出晶體管或連接到其電壓低于接地電平GND的端子A、B之一上的電源側輸出晶體管被強烈地接受導通控制。其結果是，構成一個電流路徑，使得在DC電動機33中產生的感應電動勢電壓或反電動勢電壓中有短路。因此在驅動電流輸出部分32中產生的過電壓可被抑制。
以下將參照圖2來描述驅動電流輸出部分32及過電壓檢測電路34的具體電路例子。在該電路例中，連接到其電壓低于接地電平GND的端子上的電源側輸出晶體管被強烈地接受導通控制。首先將描述驅動電流輸出部分32的詳細結構。如結合圖1所描述的，驅動電流輸出部分32具有電源側輸出晶體管Q1、Q2及接地側輸出晶體管Q3、Q4。DC電動機33的兩個端子被連接到晶體管Q1、Q2之間的結點A及晶體管Q3、Q4之間的結點B。二極管D1、D2、D3及D4使電流在與通過晶體管Q1、Q2、Q3及Q4的電流流動方向相反方向上流動，這些二極管與晶體管Q1，Q2，Q3及Q4相并聯。兩個晶體管對(即晶體管Q1，Q2組成的晶體管對及晶體管Q3，Q4組成的另一晶體管對)構成了用于DC電動機M的正/反轉電路。二極管D1，D2，D3及D4包括在正/反轉電路中及對應于構成再生電流路徑的再生電流二極管。
輸出晶體管Q1，Q2，Q3及Q4的配置使得通過作為前置驅動器的晶體管Q21，Q22，Q23及Q24由正/反轉控制器31控制導通及關斷。更具體地，p-n-p型晶體管Q21，Q23的發射極及集電極及n-p-n型晶體管Q22，Q24的發射極及集電極分別與輸出晶體管Q1，Q2，Q3及Q4的集電極及基極相連接。晶體管Q21，Q22，Q23及Q24的基極電壓由正/反轉控制器31控制，由此使輸出晶體管Q1，Q2，Q3及Q4導通或關斷。
過電壓檢測電路34包括一個電源側檢測晶體管Q11，用于檢測出現在結點A上已超過電源電壓的電壓；一個電源側檢測晶體管Q13，用于檢測出現在結點B上已超過電源電壓的電壓；兩個接地側檢測晶體管Q12，Q14，用于以與上述相同的方式檢測出現在結點A上的電壓及出現在結點B上的電壓中哪個電壓低于地電平；及兩個晶體管D12，D14，它們與檢測晶體管Q12，Q14相串聯及用作二極管。此外，過電壓檢測電路34具有晶體管Q10，它的基極與相應的接地側檢測晶體管Q12，Q14的基極相連接，及當由于兩個電源側檢測晶體管Q11，Q13中任一個導通而使電流流過晶體管Q10時它產生一個電壓Vbe。當出現在結點A或出現在結點B上的電壓低于地電平時，晶體管Q12及Q14可被導通，而晶體管Q10的基極-發射極電壓Vbe保持被產生。
假定結點B上出現的電壓超過電源電壓Vco，晶體管Q13被導通，電流流過晶體管Q10。其結果是，基極-發射極電壓Vbe建立在晶體管Q10中。當結點A上出現的電壓低于地電平GND時，晶體管Q12及二極管D12被引起導通，由此使一個集電極電流流過晶體管Q12。該電流使設在驅動電流輸出部分32中的晶體管Q21導通，由此對電源側輸出晶體管Q1供給基極電流。其結果是，晶體管Q1暫時被導通，及由此獲得了由圖2中箭頭所指示的電流路徑；即通過DC電動機M、結點B、二極管D3、晶體管Q1、結點A及電動機M的電流路徑，由此抑制了DC電動機M中所產生的電壓。
相反地，當結點A上出現的電壓超過電源電壓Vco，晶體管Q11被導通，由此使電流流過晶體管Q10，于是引起基極-發射極電壓Vbe。這時，當結點B上出現的電壓低于地電平GND時，晶體管Q14及二極管D14被引起導通，由此使一個集電極電流流過晶體管Q14。該電流使設在驅動電流輸出部分32中的晶體管Q23導通，由此對電源側輸出晶體管Q3供給基極電流。其結果是，晶體管Q3暫時被導通，由此獲得了通過DC電動機M、結點A、二極管D1、晶體管Q3、結點B及電動機M的電流路徑。由此抑制了DC電動機M中所產生的電壓。
這種電路工作由DC電動機M中所產生的電壓維持，甚至當供給電源電壓Vco的端子被斷開，即當電源關斷時也是如此。
現在將描述圖3所示的可用于本發明的過電壓檢測電路的另一個例子。過電壓檢測電路36使連接在其電壓超過電源電壓的端子上的接地側輸出晶體管受到導通控制。如圖3中所示，兩個晶體管Q51、Q53及用作二極管的晶體管D51、D53相串聯，它們連接到過電壓檢測電路的電源側。此外，兩個晶體管Q52、Q54及用作二極管的晶體管D52、D54相串聯，它們連接到過電壓檢測電路的接地側。另外，過電壓檢測電路36具有一個晶體管Q40，它的基極連接到兩個相應的電源側晶體管Q51、Q53的基極，及當由于兩個接地側晶體管Q52、Q54中任一個被導通而使電流流過晶體管Q40時、它產生電壓Vbe。在其它方面，該過電壓檢測電路的連接基本上與圖2中例舉的過電壓檢測電路相同，這樣晶體管Q51的集電極電流用作圖2中所示的晶體管Q22的基極電流，及晶體管Q53的集電極電流用作圖2中所示的晶體管Q24的基極電流。
假定結點A上出現的電壓低于地電平GND，晶體管Q52被導通，由此電流流過晶體管Q40。其結果是，基極-發射極電壓Vbe建立在晶體管Q40中。這時，當結點B上出現的電壓高于電源電壓Vco時，用作二極管的晶體管D53及晶體管Q53被引起導通，由此使集電極電流流過晶體管Q53。該電流流入圖2中所示電路的晶體管Q24的基極，由此使晶體管Q24導通及對接地側輸出晶體管Q4供給基極電流。其結果是，晶體管Q4暫時被導通，由此獲得了通過電動機M、結點B、晶體管Q4、二極管D2、結點A及電動機M的電流路徑。因此，企圖返回到電源的電流被阻止了，由此抑制了DC電動機M中所產生的電壓。
當結點B上出現的電壓低于地電平GND時，晶體管Q54被導通，由此電流流過晶體管Q40。其結果是，電壓Vbe產生。當在結點A上出現的電壓高于電源電壓Vco時，二極管D51及晶體管Q51被引起導通，由此使圖2中所示的晶體管Q2、Q22暫時被導通。因此，企圖返回到電源的電流被阻止了，由此抑制了DC電動機M中所產生的電壓。
在已經描述的例子中，致動裝置驅動電路是以DC電動機控制電路的形式構成的。控制的目標并不限于DC電動機上；如果該目標具有電感，在反向上轉動或移動，或不正常地向前轉動時，在電感中產生出感應電動勢電壓，由此使電源電路的電壓增加及使電路元件的耐電壓下降。本發明的驅動電路可被用于控制的目標，只要該目標是具有電感的致動裝置。例如，該目標并不限于DC電動機，而可以是音圈電動機及電磁致動器的任一種。
在圖示的實施例中，驅動電路主要由晶體管構成，它們被用作控制電路的元件。這里，術語“晶體管”包括場效應晶體管(FET)及所有其它類型的晶體管。
由上述的實施例可得到以下的效果。
由于該電路用DC電動機的驅動線圈(或其它致動裝置之情況中的電感)中產生的反電動勢電壓或感應電動勢電壓工作，因此甚至當驅動電路的電源被關斷時也可防止過電壓的產生，由此可防止電壓超過驅動電路的耐電壓。
即使當驅動電路的電源接通時，如果產生了超過電源電壓的反電動勢電壓或感應電動勢電壓，過電壓阻止功能將保持有效。因此，作用在驅動電路上的過電壓可被阻止。
因為電源電壓不會由于過電壓而增加，因此電源電壓可以增加到驅動電路的最大耐電壓。其結果是，在電動機的情況下可獲得較高的轉矩及較大的轉數。
甚至當激磁(energization)工作過程中電源被斷開時，電感的電壓可變得高于或低于電源電壓。只要再生電流根本不能回到饋電線路，將瞬時地引起高電壓，由此超過驅動電路的耐電壓。在該實施例中，驅動電路可有效地工作以阻止電壓的上升，否則其可能由如上所述的意外的操作引起。因此，該驅動電路可用作在制造具有電感的致動裝置之過程中的保護裝置。
現在將描述另一實施例，其中本發明應用于無刷電動機驅動電路，而無刷電動機被用作具有電感的致動裝置。
在圖4中所示的實施例中，驅動線圈40由三相構成。為該驅動線圈的各相設置了三個傳感器10，由此轉換激磁。各個傳感器10檢測一個未示出的旋轉磁體的磁極。各個傳感器10的輸出信號在由霍爾(hole)放大器12放大后被輸入到一個矩陣電路14。該矩陣電路14輸出用于轉換三相驅動線圈40的激磁的定時信號。該定時信號通過前置驅動器16輸入到電動機驅動電流輸出部分30。
在電動機驅動電流輸出部分30中，由晶體管Q1，Q3，Q5組成的電源側輸出晶體管30A及由晶體管Q2，Q4，Q6組成的接地側輸出晶體管30B構成三對輸出晶體管。不同的電動機驅動線圈被連接在相應的晶體管對之間的結點上，即，電動機驅動線圈Lu被連接在晶體管Q1及Q2之間的結點上；電動機驅動線圈Lv被連接在晶體管Q3及Q4之間的結點上；及電動機驅動線圈Lw被連接在晶體管Q5及Q6之間的結點上。通過使用由三個晶體管組成的電源側輸出晶體管30A及由三個晶體管組成的接地側輸出晶體管30B，并通過使電動機驅動電流流到電動機驅動線圈Lu、Lv及Lw并轉換激磁，使電動機的轉子旋轉。
一個正/反轉指令信號F/R被輸入到矩陣電路14。根據適合轉動方向的指令，矩陣電路14通過定時信號的再組合輸出激磁定時信號，這些信號被送到屬于驅動線圈40的相應線圈。用作驅動電流檢測單元的一個恒定阻值的電阻Rf連接到驅動電流輸出部分30的地。在該電阻Rf上產生出正比于該驅動電流的電壓。電阻Rf上的電壓被輸入到比較電路19。比較電路19將電阻Rf上的電壓與電動機控制信號CTL或電流限制電平VILM相比較，不論哪個信號低。如果電阻Rf上的電壓較高，電流控制轉換電路22被觸發，由此使驅動電流輸出部分30的電源側或輸出側輸出晶體管截止。
該無刷電動機驅動電路設有過電壓檢測電路21，它檢測出現在晶體管對之間結點上的電壓，即出現在相應的驅動線圈之間的結點上的電壓；及根據檢測結果強烈地控制組成驅動電流輸出部分30的晶體管。該過電壓檢測電路21是本發明的一個新穎的特征。該過電壓檢測電路21檢測在各晶體管對之間的每個結點上出現的電壓(即，每個驅動線圈的結點上出現的電壓)是否高于電源電壓或低于地電平一個預定電平。過電壓檢測電路21強烈地使電源側輸出晶體管或接地側輸出晶體管導通，這些晶體管連接其電壓已突出的相的線圈。
現在來描述該實施例的無刷電動機驅動電路的工作。一個未示出的驅動磁體的旋轉位置被霍爾(hole)元件10檢測。由霍爾放大器12放大的信號被矩陣電路14轉換成激磁轉換信號。這些信號被前置驅動器16放大，及這樣被放大的信號被供給驅動電流輸出部分30。使驅動電流流經電動機驅動線圈40。
比較電路19將流過電動機驅動電流的電阻Rf上的電壓與電動機控制信號CTL或電流限制電平VILM相比較，不論哪個信號低。如果電阻Rf上的電壓較高，電流控制轉換電路22被觸發，由此使驅動電流輸出部分30的電源側或輸出側輸出晶體管關斷。其結果是，電動機驅動電流逐漸減小。但是，在經過一個給定時間后輸出晶體管被導通，由此驅動電流再次增加。通過重復這些操作，輸出晶體管受到PWM控制。
當正/反轉信號F/R被轉換時，電動機進入反向制動狀態。然后，大量反向驅動電流流入電阻Rf，輸出晶體管應被關斷的時間被急劇地加長。如果維持工作的電源側或接地側輸出晶體管被激磁轉換操作關斷，則用于驅動電流的再生路徑被瞬時地中斷。其結果是，任何兩相的驅動線圈的電壓超過電源電壓及低于地電平，由此企圖使再生電流返回電源。
過電壓檢測電路21檢測任何驅動線圈的電壓高于電源電壓或低于地電平，并強烈地觸發與其電壓超過電源電壓的相的驅動線圈連接的接地側輸出晶體管、或與其電壓低于地電平的相的驅動線圈連接的電源側輸出晶體管。其結果是，企圖返回電源的再生電流可被抑制。
這里用于確定電壓超出的標準可被設定為地電平，如前所述，或設定為低于地電平一個預定量的電平。
圖5表示驅動電流輸出部分30及過電壓檢測電路21的詳細電路。首先，將詳細描述驅動電流輸出部分30的構成。一個電流鏡電路被連接到晶體管Q1的輸入端，其中該電流鏡電路受到前置驅動器16的控制及由晶體管Q21、Q31組成。此外一個再生電流二極管D1與晶體管Q1并聯。類似地，晶體管Q3的輸入端連接到一個由晶體管Q23、Q33組成的電流鏡電路，及一個再生電流二極管D3與晶體管Q3并聯。晶體管Q5的輸入端連接到一個由晶體管Q25、Q35組成的電流鏡電路。一個再生電流二極管D5與晶體管Q5并聯。晶體管Q2的輸入端連接到由晶體管Q22、Q32組成的電流鏡電路。一個再生電流二極管D2與晶體管Q2并聯。晶體管Q4的輸入端連接到由晶體管Q24、Q34組成的電流鏡電路。一個再生電流二極管D4與晶體管Q4并聯。晶體管Q6的輸入端連接到由晶體管Q26、Q36組成的電流鏡電路。一個再生電流二極管D6與晶體管Q6并聯。
過電壓檢測電路21包括三個電源側檢測晶體管Q11、Q13、Q15，用于檢測超過電源電壓的任何驅動線圈的電壓；三個接地側晶體管Q12、Q14、Q16及三個與這些晶體管串聯并用作二極管的晶體管D12、D14、D16；及晶體管Q10，它的基極與三個接地側晶體管Q12、Q14、Q16的基極相連接，及當由于三個電源側晶體管Q11、Q13、Q15中任一個導通而使電流流過晶體管Q10時，它產生一個電壓Vbe。U相的驅動線圈Lu被連接到Q11及二極管D12之間的結點上；V相的驅動線圈Lv被連接到Q13及二極管D14之間的結點上；W相的驅動線圈Lw被連接到Q15及二極管D16之間的結點上。
以下將描述圖5中所示的驅動電路輸出部分30及過電壓檢測電路21的操作。該電路觸發與其電壓低于地電平的相的驅動線圈連接的電源側晶體管。
假定結點U上出現的U相驅動線圈Lu的輸出電壓超過電源電壓Vco，晶體管Q11被導通，由此電流流過晶體管Q10。其結果是，在晶體管Q10中建立了電壓Vbe。當結點W上出現的W相驅動線圈Lw的輸出電壓低于地電平GND時，晶體管Q16及二極管D16被引起導通，由此使集電極電流流過晶體管Q16。該電流接著流入設在驅動電流輸出部分30中并由晶體管Q25、Q35組成的電流鏡電路，由此對W相的電源側輸出晶體管Q5供給基極電流。其結果是，晶體管Q5暫時被導通，及由此獲得了由圖5中箭頭所指示的再生電流路徑；即通過驅動線圈Lu、二極管D1、晶體管Q5、驅動線圈Lw、及驅動線圈Lu的再生電流路徑，由此抑制了企圖返回到電源的再生電流。
現在將描述如圖6所示的、可用于根據本發明的無刷電動機驅動電路的過電壓檢測電路的另一例。該電路使與其電壓超過電源電壓的相的驅動線圈連接的接地側輸出晶體管導通。如圖6所示，過電壓檢測電路的電源側與三個晶體管Q51、Q53、Q55及與這些晶體管串聯并用作二極管的晶體管D51、D53、D55相連接。此外，過電壓檢測電路的接地側與三個晶體管Q52、Q54、Q56及與這些晶體管串聯并用作二極管的晶體管D52、D54、D56相連接。過電壓檢測電路的基極側還設有晶體管Q40，它的基極與三個電源側晶體管Q51、Q53、Q55的基極相連接，及當由于三個接地側晶體管Q52、Q54、Q56中任一個導通而使電流流過晶體管Q40時它產生一個電壓Vbe。在其它方面，該過電壓檢測電路的連接與圖5中所示的過電壓檢測電路的連接相同。
假定結點U上出現的U相驅動線圈Lu的輸出電壓低于地電平GND，晶體管Q52被導通，由此電流流過晶體管Q40。其結果是，在晶體管Q40中建立了電壓Vbe。當結點W上出現的W相驅動線圈Lw的輸出電壓高于電源電壓Vco時，晶體管Q55及二極管D55被引起導通，由此使集電極電流流過晶體管Q55。該電流接著流入設在驅動電流輸出部分30中并由晶體管Q26、Q36組成的電流鏡電路，由此對W相的接地側輸出晶體管Q6供給基極電流。其結果是，晶體管Q6暫時被導通，及由此獲得了再生電流路徑，及轉而抑制了企圖返回到電源的再生電流。
圖7表示過電壓檢測電路之連接的一個示例變型。當該過電壓檢測電路21檢測到任何驅動線圈的電壓超過電源電壓或低于地電平GND時，電流控制轉換電路22的操作暫時處于懸掛狀態。具體來說，電流控制轉換電路22不使驅動電流輸出部分30的電源側或接地側輸出晶體管關斷并保持輸出晶體管在導通狀態。甚至在該情況下，在驅動電路中獲得再生電流路徑，由此抑制企圖返回電源的再生電流。
在圖7中所示示例連接的情況下，當電流控制轉換電路22使電源側輸出晶體管導通/關斷(PWM)控制時，使用如圖5中所示的過電壓檢測系統。相反地，當接地側輸出晶體管受到導通/關斷(PWM)控制時，則使用如圖6中所示的過電壓檢測系統。
在圖示的實施例中，晶體管作為受到導通/關斷控制操作的元件使用。名詞“晶體管”的使用是為了便于解釋起見。名詞“晶體管”的概念包括晶閘管，通過向控制端子輸入控制信號而使其導通或關斷，以及另外的有源元件。
根據本發明的致動裝置驅動電路，使用了兩對輸出晶體管，即一對電源側晶體管及另一對接地側輸出晶體管。具有電感的致動裝置被連接在電源側輸出晶體管對之間的一個結點、及接地側輸出晶體管對之間的另一結點上。通過使用這兩個輸出晶體管對，使驅動電流流入電感中，從而驅動該致動裝置。設置了過電壓檢測電路，用于檢測在一個輸出晶體管對的結點上出現的電壓是否高于電源電壓或低于地電平一個預定的電平、及在另一輸出晶體管對的結點上出現的電壓是否高于電源電壓或低于地電平一個預定的電平。連接到電壓已高于電源電壓一個預定的電平的結點上的接地側輸出晶體管、或連接到電壓已低于地電平一個預定的電平的結點上的電源側輸出晶體管被導通。因此，即使當電源被關斷時，電路仍可被保護以免受過電壓。
本發明的無刷(電動機)驅動電路獲得了以下優點(1)可省去使成本增加的電解電容器或齊納二極管。即使在使用電解電容器或齊納二極管時，該電容器或二極管的電容量可以減小。
(2)由于電源電壓不會增高，供給電動機的電壓上限可以增大。因此，可獲得較大的轉數及較大的轉矩。
(3)當電動機被外力轉動時，在驅動線圈中產生感應電動勢電壓，從而試圖增加電源電壓。然而，本發明的驅動電路的存在阻止電源電壓的增加，從而阻止電元件的耐電壓的損耗。
(4)由于驅動電路通過驅動線圈中產生的感應反電動勢電壓或感應電動勢電壓進行操作，即使當電動機電源或或驅動電路電源被關閉時也可獲得如上所述的工作效果。
此外，根據本發明的無刷電動機驅動電路，可顯著地抑制再生電流反向流入電動機的饋電線路中。由此，可防止出現電動機電源電壓的增高，否則該電壓增高則在反轉制動操作時可能被引起，，由此可防止驅動電路及電源電路的耐電壓的損耗。
采用相關技術的驅動電路，即使當電動機的激磁過程中電源或類似單元被斷開時，驅動線圈的端子電壓有時也會高于電源電壓或低于地電平。因為再生電流不能返回饋電線路，高電壓在瞬間產生，由此超過驅動電路的耐電壓。本發明的驅動電路可有效地工作以防止由意想不到的操作引起的驅動線圈的端子電壓的增加。因此，該驅動電路可作為一種保護裝置用于所有可能情況，如制造過程、運輸成品的過程或整體化過程。
權利要求
1.一種用于具有電感的致動裝置的驅動電路，其中，通過使驅動電流流入該電感而驅動該致動裝置，該驅動電路包括兩對輸出晶體管，每對包括一個電源側輸出晶體管及一個接地側輸出晶體管，該致動裝置被連接到在每對所述電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上；過電壓檢測電路，用于檢測在每對所述電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的所述結點上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及所述電壓是否比地電平低該預定的電平；其中，當連接到所述一個接地側輸出晶體管的結點的電壓比該電源電壓超出該預定的電平時，由所述過電壓檢測電路的輸出使所述接地側輸出晶體管之一導通，及當連接到所述一個電源側輸出晶體管的結點的電壓比該地電平低該預定的電平時，由該過電壓檢測電路的輸出使所述電源側輸出晶體管之一導通。
2.根據權利要求1的驅動電路，其中，所述過電壓檢測電路包括連接在饋電線路上的電源側檢測晶體管及連接在接地線路上的接地側檢測晶體管；及在所述電源側及接地側檢測晶體管之間所形成的結點被連接到所述致動裝置的所述電感的一端。
3.根據權利要求1的驅動電路，其中，所述致動裝置對應于無刷電動機、DC電動機、音圈電動機及電磁致動器中的任一種。
4.根據權利要求1的驅動電路，其中，該致動裝置是一個DC電動機；所述DC電動機的正/反轉電路由所述兩對輸出晶體管對構成；及所述正/反轉電路構成再生電流路徑。
5.一種用于無刷電動機的驅動電路，其中，通過使電動機驅動電流流入電動機驅動線圈使無刷電動機轉動，該驅動電路包括多對輸出晶體管，每對包括一個電源側輸出晶體管及一個接地側輸出晶體管，不同的電動機驅動線圈被連接到在每對所述電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的結點上；過電壓檢測電路，用于檢測在每對所述電源側及接地側輸出晶體管之間所形成的所述結點上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及所述電壓是否比地電平低該預定的電平；其中，當連接到所述一個接地側輸出晶體管的結點上的電壓比該電源電壓超出該預定的電平時，通過所述過電壓檢測電路的輸出使所述接地側輸出晶體管之一導通，及當連接到所述一個電源側輸出晶體管的結點上的電壓變為比該地電平低該預定的電平時，通過該過電壓檢測電路的輸出使所述電源側輸出晶體管之一導通。
6.根據權利要求5的驅動電路，其中，所述過電壓檢測電路包括連接在饋電線路上的電源側檢測晶體管及連接在接地線路上的接地側檢測晶體管；及在所述電源側及接地側檢測晶體管之間所形成的結點被連接到所述不同的電動機線圈之一的一端。
7.一種用于無刷電動機的驅動電路，該無刷電動機具有用于檢測轉子的轉動位置的傳感器，其中通過根據該傳感器檢測的位置信號并使電動機驅動電流流入電動機驅動線圈、使該電動機被旋轉地驅動，及通過使電動機驅動電流在其中該電動機被反向轉動的方向流動而執行制動操作，所述驅動電路包括驅動電流檢測單元，用于檢測該電動機驅動電流；比較器，用于將預定的參考電流值與該驅動電流檢測單元檢測到的該電動機驅動電流值相比較；電流控制轉換部分，用于根據由該比較器執行的比較之結果使電動機驅動電流輸出部分導通或關斷；及過電壓檢測電路，用于檢測在電動機驅動線圈的端子上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、及所述電壓是否比地電平低該預定的電平；其中，通過過電壓檢測電路的輸出，在該電動機驅動電流輸出部分中形成一個再生電流流動路徑。
8.根據權利要求7的驅動電路，其中，所述電動機驅動線圈形成三相；及所述過電壓檢測電路檢測任意兩個相的兩個電動機驅動線圈中的一個電動機驅動線圈的端子上出現的電壓是否比該電源電壓高出該預定的電平、及在余下的一個電動機驅動線圈上出現的電壓是否比該地電平低該預定的電平。
9.根據權利要求7的驅動電路，其中，該電動機驅動電流輸出部分具有一個用于再生電流的二極管，及該二極管形成了在該電動機驅動電流輸出部分中的再生電流路徑。
10.根據權利要求7的驅動電路，其中，通過該過電壓檢測電路的輸出使該電動機驅動電流輸出部分的電源側輸出晶體管或接地側輸出晶體管暫時處于懸掛狀態。
11.根據權利要求7的驅動電路，其中，電流控制轉換部分根據在電動機之制動操作時由該比較器執行的比較之結果，使電動機驅動電流輸出部分導通或關斷，及通過過該電壓檢測電路的輸出在該電動機驅動電流輸出部分中形成再生電流路徑。
全文摘要
本發明提供一種致動裝置驅動電路，其中設置了多對輸出晶體管。具有電感的致動裝置被連接到在各對輸出晶體管之間所形成的結點上。該致動裝置的驅動電路的設計使得通過使驅動電流流過該電感來驅動該致動裝置。該驅動電路具有過電壓檢測電路，用于檢測在輸出晶體管對的結點上出現的電壓是否高于電源電壓一個預定的電平、或該電壓變為比地電平低該預定的電平。通過該過電壓檢測電路的輸出使連接在這些結點上的輸出晶體管被導通。
文檔編號H02P29/02GK1405970SQ0212704
公開日2003年3月26日 申請日期2002年7月26日 優先權日2001年7月26日
發明者內藤速人, 岡田憲明, 齊藤和彥 申請人:株式會社三協精機制作所, 三洋電機株式會社