電動機驅(qū)動裝置和功率模塊的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明提供電動機驅(qū)動裝置和功率模塊，其處理容易且能夠以簡單的結(jié)構(gòu)控制繞組電流。電動機驅(qū)動裝置按照使流過構(gòu)成電動機的繞組的電流增加的第1模式、使所述電流以第1衰減率衰減的第2模式、以及使所述電流以比所述第1衰減率小的第2衰減率衰減的第3模式來驅(qū)動所述電動機，經(jīng)由規(guī)定的最小時間以上，按照所述第1模式來驅(qū)動所述電動機，在按照所述第1模式進行的驅(qū)動后的所述電流是第2基準(zhǔn)值以上時，按照所述第2模式來驅(qū)動所述電動機，在按照所述第1模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是小于所述第2基準(zhǔn)值的第1基準(zhǔn)值以上且小于所述第2基準(zhǔn)值時，按照所述第3模式來驅(qū)動所述電動機。
【專利說明】電動機驅(qū)動裝置和功率模塊

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及用于驅(qū)動步進電動機等的電動機的驅(qū)動裝置和功率模塊。

【背景技術(shù)】
[0002]步進電動機被用作從傳真機、復(fù)印機、打印機之類的辦公(OA)設(shè)備到以機床、機器人、半導(dǎo)體制造裝置為首的工廠自動化(FA)等的原動力。步進電動機具有定子和轉(zhuǎn)子，在定子的多個極上卷繞有繞組。步進電動機的驅(qū)動裝置可以通過控制流過繞組的電流來使轉(zhuǎn)子移動到任意位置。
[0003]為了抑制流過電動機繞組的紋波電流，公知有這樣的電動機驅(qū)動裝置，該電動機驅(qū)動裝置具有:將第I衰減率和比該第I衰減率小的第2衰減率進行混合來設(shè)定多個混合衰減率的衰減率控制電路；生成以混合衰減率使驅(qū)動電流衰減的勵磁模式的控制邏輯電路；以及按照勵磁模式來將驅(qū)動電流輸出到步進電動機的驅(qū)動電流輸出電路(專利文獻I)。
[0004]【專利文獻I】日本特開2009- 213344號公報
[0005]根據(jù)專利文獻1，提供了一種具有可以根據(jù)步進電動機的規(guī)格、用途等詳細(xì)地設(shè)定驅(qū)動電流的衰減率的功能的電動機驅(qū)動裝置，而為了設(shè)定衰減率，必須改變電動機速度等的條件來進行多個預(yù)備實驗。并且，由于用于設(shè)定衰減率的外部端子被設(shè)置在驅(qū)動裝置內(nèi)，因而驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)變得復(fù)雜。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明鑒于上述問題，提供一種處理容易且能夠以簡單的結(jié)構(gòu)控制繞組電流的電動機驅(qū)動裝置和功率模塊。
[0007]根據(jù)本發(fā)明的一個方式，一種電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述電動機驅(qū)動裝置按照第I模式、第2模式和第3模式來驅(qū)動電動機，其中，在該第I模式下，使流過構(gòu)成所述電動機的繞組的電流增加，在該第2模式下，使所述電流以第I衰減率衰減，在該第3模式下，使所述電流以小于所述第I衰減率的第2衰減率衰減，在經(jīng)由規(guī)定的最小時間以上，按照所述第I模式來驅(qū)動所述電動機，在按照所述第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是第2基準(zhǔn)值以上時，按照所述第2模式來驅(qū)動所述電動機，在按照所述第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是第I基準(zhǔn)值以上且小于所述第2基準(zhǔn)值時，按照所述第3模式來驅(qū)動所述電動機，其中，該第I基準(zhǔn)值是小于所述第2基準(zhǔn)值的基準(zhǔn)值。
[0008]另外，本發(fā)明中的衰減率表示繞組電流相對于時間而減少的比例(di/dt)。
[0009]根據(jù)本發(fā)明，可以提供一種處理容易且能夠以簡單的結(jié)構(gòu)控制繞組電流的電動機驅(qū)動裝置和功率模塊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置和功率模塊的結(jié)構(gòu)的電路圖。
[0011]圖2是示出本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置的動作的流程圖。
[0012]圖3是本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置的動作說明圖。
[0013]標(biāo)號說明
[0014]10:電動機驅(qū)動裝置；11:控制電路；12:第I比較器；13:第2比較器；14:消隱電路;M1:第I功率晶體管；M2:第2功率晶體管；M3 --第3功率晶體管；M4:第4功率晶體管；L1:繞組；Vrefl:第I基準(zhǔn)值；Vref2:第2基準(zhǔn)值；VRs:檢測電阻。

【具體實施方式】
[0015]下面，參照【專利附圖】

【附圖說明】本發(fā)明的實施方式。在以下的附圖記載中，對相同或類似的部分附上相同或類似的標(biāo)號。不過，應(yīng)注意的是，附圖是示意圖。并且，以下所示的實施方式例示出用于使本發(fā)明的技術(shù)思想具體化的裝置和方法，本發(fā)明的實施方式并不將構(gòu)成部件的結(jié)構(gòu)、配置等限定于下述內(nèi)容。本發(fā)明的實施方式可以在權(quán)利要求范圍內(nèi)施加各種變更。
[0016](第I實施方式)
[0017]圖1是示出本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置和功率模塊的結(jié)構(gòu)的電路圖。本實施方式的功率模塊100具有:由第I功率晶體管Ml、第2功率晶體管M2、第3功率晶體管M3和第4功率晶體管M4構(gòu)成的全橋電路；和用于驅(qū)動全橋電路的電動機驅(qū)動裝置10。
[0018]第I至第4功率晶體管M1、M2、M3、M4分別由功率MOSFET構(gòu)成，該功率MOSFET具有漏極端子(高壓側(cè)端子)、源極端子(低壓側(cè)端子)和柵極端子(控制端子)，且具有可以使電流從源極端子向漏極端子流過的寄生二極管。
[0019]在全橋電路中，第2和第3功率晶體管M2、M3的漏極端子與電動機電源連接。第2功率晶體管M2的源極端子與第I功率晶體管Ml的漏極端子連接，第3功率晶體管M3的源極端子與第4功率晶體管M4的漏極端子連接。第I和第4功率晶體管Ml、M4的源極端子經(jīng)由第I檢測電阻Rs接地。第I和第2功率晶體管Ml、M2的連接點是功率模塊100的第I輸出端子，與作為負(fù)載的繞組LI的一端連接。第3和第4功率晶體管M3、M4的連接點是功率模塊100的第2輸出端子，與作為負(fù)載的繞組LI的另一端連接。g卩，第I至第4功率晶體管Ml、M2、M3、M4進行H型連線，構(gòu)成全橋電路。
[0020]電動機驅(qū)動裝置10至少與第I至第4功率晶體管Ml、M2、M3、M4的各柵極端子、和檢測流過繞組LI的繞組電流的檢測電阻Rs連接。并且，電動機驅(qū)動裝置10具有:用于對各功率晶體管進行接通斷開控制的控制電路11 ;將基于繞組電流的電壓信號與第I和第2基準(zhǔn)值Vrefl、Vref2進行比較的第I和第2比較器12、13 ;以及定義按照后述的第I模式進行電動機驅(qū)動的最小時間的消隱電路14。另外，第I基準(zhǔn)值Vrefl是根據(jù)電動機步進角變化的基準(zhǔn)電壓，第2基準(zhǔn)值Vref2是對第I基準(zhǔn)值Vrefl加上正的電壓偏移Voffset后的基準(zhǔn)電壓。電動機驅(qū)動裝置10使各功率晶體管接通斷開，以使基于繞組電流的電壓信號接近第I基準(zhǔn)值Vrefl。
[0021]控制電路11與第I至第4功率晶體管Ml、M2、M3、M4的各柵極端子以及第I和第2比較器12、13的輸出端子連接。第I比較器12的第I輸入端子(正的輸入端子)與消隱電路14連接，第2輸入端子(負(fù)的輸入端子)與第I基準(zhǔn)值Vrefl連接。第2比較器13的第I輸入端子(正的輸入端子)與消隱電路14連接，第2輸入端子(負(fù)的輸入端子)與第2基準(zhǔn)值Vref2連接。消隱電路14與第I和第4功率晶體管Ml、M4的源極端子和檢測電阻Rs的連接點連接。
[0022]圖2是示出本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置的動作的流程圖。并且，圖3是本發(fā)明的第I實施方式的電動機驅(qū)動裝置的動作說明圖，圖中的箭頭表示電流流動的路徑。本實施方式的電動機驅(qū)動裝置10按照使流過繞組LI的電流增加的第I模式、使繞組電流以第I衰減率衰減的第2模式、以及使繞組電流以比第I衰減率小的第2衰減率衰減的第3模式來驅(qū)動電動機。并且，電動機驅(qū)動裝置10經(jīng)由規(guī)定的最小時間以上而按照第I模式來驅(qū)動電動機，在按照第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的繞組電流是第2基準(zhǔn)值以上時按照第2模式來驅(qū)動電動機，在按照所述第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是小于所述第2基準(zhǔn)值的第I基準(zhǔn)值以上且小于所述第2基準(zhǔn)值時，按照第3模式來驅(qū)動電動機。
[0023]首先，如圖3的(a)所示，至少經(jīng)由規(guī)定的最小時間，電動機驅(qū)動裝置10按照第I模式來驅(qū)動全橋電路。第2和第4功率晶體管M2、M4接通，第I和第3功率晶體管Ml、M3斷開，電流流過由M2、M4、L1構(gòu)成的路徑。在第I模式下，流過繞組LI的繞組電流隨著時間經(jīng)過增加。繞組電流通過流過檢測電阻Rs而被轉(zhuǎn)換成表示繞組電流大小的電壓信號VRs，被輸出到消隱電路14。消隱電路14在按照第I模式進行的電動機驅(qū)動開始緊后，不將電壓信號VRs輸出到第I比較器12和第2比較器13，當(dāng)經(jīng)過由消隱電路14確定的規(guī)定的最小時間時，將電壓信號VRs輸出到第I和第2比較器的第I輸出端子。按照第I模式進行的電動機驅(qū)動繼續(xù)到經(jīng)過規(guī)定的最小時間且電壓信號VRs為第I基準(zhǔn)值Vrefl以上。
[0024]然后，控制電路11根據(jù)在按照第I模式進行的模式驅(qū)動結(jié)束的緊后的第I和第2比較器的輸出選擇第2模式或第3模式。在按照第I模式進行的模式驅(qū)動結(jié)束時，在繞組電流大且電壓信號VRs是第2基準(zhǔn)值Vref2以上的情況下，控制電路11選擇第2模式。因此，如圖3的(b)所示，電動機驅(qū)動裝置10按照第2模式來驅(qū)動全橋電路。至少第2和第4功率晶體管M2、M4斷開，電流流過由Ml、M3、LI構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)贗和第3功率晶體管M1、M3斷開時，上述電流流過第I和第3功率晶體管M1、M3的寄生二極管，當(dāng)?shù)贗和第3功率晶體管Ml、M3接通時，上述電流流過第I和第3功率晶體管Ml、M3的溝道。在第2模式下，繞組LI的兩端電壓以電動機電源的電壓進行箝位，繞組電流隨著時間經(jīng)過以較大的第I衰減率減少。
[0025]在按照第I模式進行的電動機驅(qū)動結(jié)束時，在繞組電流小且電壓信號VRs是第I基準(zhǔn)值Vrefl以上且小于第2基準(zhǔn)值Vref2的情況下，控制電路11選擇第3模式。因此，如圖3的(c)所示，電動機驅(qū)動裝置10按照第3模式來驅(qū)動全橋電路。第4功率晶體管M4接通，至少第2和第3功率晶體管M2、M3斷開，電流流過由Ml、M4、LI構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)贗功率晶體管Ml斷開時，上述電流流經(jīng)第I功率晶體管Ml的寄生二極管，當(dāng)?shù)贗功率晶體管Ml接通時，上述電流流過第I功率晶體管Ml的溝道。在第3模式下，繞組LI的兩端電壓以第I功率晶體管Ml的寄生二極管的順向電壓進行箝位，因而繞組電流伴隨時間經(jīng)過以比第I衰減率小的第2衰減率減少。
[0026]本實施方式的驅(qū)動裝置10通過如上所述重復(fù)切換第I至第3模式來驅(qū)動全橋電路，可以將流過繞組LI的電流控制為規(guī)定的值，即對電動機進行恒電流驅(qū)動。
[0027]另外，如圖3的(d)所示，電動機驅(qū)動裝置10可以取代第3模式而按照第4模式來驅(qū)動全橋電路。此時，第2功率晶體管M2接通，至少第I和第4功率晶體管M1、M4斷開，電流流過由M2、M3、LI構(gòu)成的路徑。當(dāng)?shù)?功率晶體管M3斷開時，上述電流流過第3功率晶體管M3的寄生二極管，當(dāng)?shù)?功率晶體管M3接通時，上述電流流過第3功率晶體管M3的溝道。在第4模式下，繞組LI的兩端電壓以第3功率晶體管M3的寄生二極管的順向電壓進行箝位，因而繞組電流伴隨時間經(jīng)過以與第2衰減率大致相等的衰減率減少。
[0028]并且，優(yōu)選的是，電動機驅(qū)動裝置10在先由全橋電路按照第2模式驅(qū)動后，到伴隨電動機步進角的變更而變更第I基準(zhǔn)值Vrefl為止的期間，如圖2虛線所示，忽略電壓信號VRs和第2基準(zhǔn)值Vref2的比較結(jié)果而按照第2模式來驅(qū)動全橋電路。在該情況下，在同一模式步進角時的繞組電流更穩(wěn)定，可以良好對電動機進行恒電流驅(qū)動。
[0029]并且，電動機驅(qū)動裝置10可以在按照第2模式進行的電動機驅(qū)動之后、且按照第I模式進行的電動機驅(qū)動之前，繼第2模式之后按照第3模式或第4模式來驅(qū)動電動機。在該情況下，由于抑制了繞組電流的過度減少，因而減少了繞組電流的波動。
[0030]控制電路11根據(jù)由按照第I模式進行的電動機驅(qū)動而增加的繞組電流的大小，選擇使繞組電流以第I衰減率衰減的第2模式、和使繞組電流以比第I衰減率小的第2衰減率衰減的第3模式來控制全橋電路。因此，本實施方式的電動機驅(qū)動裝置10可以省略用于設(shè)定動作模式的預(yù)備實驗的實施或者外部端子的設(shè)置。
[0031]并且，本實施方式的電動機驅(qū)動裝置10當(dāng)繞組電流追隨由第I基準(zhǔn)值Vrefl和電壓信號VRs決定的設(shè)定電流時，通過進行基于低速衰減模式的電流再生來減少繞組電流的波動和電動機損失。另一方面，當(dāng)繞組電流脫離上述設(shè)定電流時，進行基于高速衰減模式的電流再生。因此，本實施方式的電動機驅(qū)動裝置10可以提高電動機步進角的精度并抑制電動機的振動和失步，可以按照與用途等對應(yīng)的最佳條件來驅(qū)動電動機。
[0032]如上所述，本發(fā)明使用實施方式作了描述，然而不應(yīng)理解為，形成該公開的一部分的論述和附圖對本發(fā)明進行限定。從該公開中，對本領(lǐng)域人員來說各種替代實施方式、實施例和運用技術(shù)是明白的。即，本發(fā)明當(dāng)然包含在此未記載的各種實施方式等。因此，本發(fā)明的技術(shù)范圍從上述說明中僅由妥當(dāng)?shù)臋?quán)利要求范圍的發(fā)明特定事項來決定。例如，功率晶體管可以是由P溝道型MOSFET、IGBT或者雙極型晶體管構(gòu)成的分立元件，也可以是與驅(qū)動裝置形成在同一芯片上的晶體管元件。并且，第I至第4模式是使同一方向的電流流入第I繞組LI的模式，然而驅(qū)動裝置可以按照使與其相反方向的電流流過的另一模式驅(qū)動全橋電路。
【權(quán)利要求】
1.一種電動機驅(qū)動裝置，其特征在于， 所述電動機驅(qū)動裝置按照第I模式、第2模式和第3模式來驅(qū)動電動機，其中，在該第I模式下，使流過構(gòu)成所述電動機的繞組的電流增加，在該第2模式下，使所述電流以第I衰減率衰減，在該第3模式下，使所述電流以小于所述第I衰減率的第2衰減率衰減， 經(jīng)由規(guī)定的最小時間以上，按照所述第I模式來驅(qū)動所述電動機， 在按照所述第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是第2基準(zhǔn)值以上時，按照所述第2模式來驅(qū)動所述電動機， 在按照所述第I模式進行的驅(qū)動結(jié)束時的所述電流是第I基準(zhǔn)值以上且小于所述第2基準(zhǔn)值時，按照所述第3模式來驅(qū)動所述電動機，其中，該第I基準(zhǔn)值小于所述第2基準(zhǔn)值。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，所述第I基準(zhǔn)值是根據(jù)所述電動機的電動機步進角變化的基準(zhǔn)值，所述第2基準(zhǔn)值是對所述第I基準(zhǔn)值加上正的電壓后的基準(zhǔn)值。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，在按照所述第2模式被驅(qū)動后，到所述第I基準(zhǔn)值被變更為止的期間內(nèi)，忽略所述電流和所述第I基準(zhǔn)值的比較結(jié)果。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中的任意一項所述的電動機驅(qū)動裝置，其特征在于，在按照所述第2模式來驅(qū)動了所述電動機之后，按照所述第3模式來驅(qū)動所述電動機。
5.—種功率模塊,其特征在于具有全橋電路和權(quán)利要求1至4中的任意一項所述的電動機驅(qū)動裝置，其中，該全橋電路由第I功率晶體管、第2功率晶體管、第3功率晶體管和第4功率晶體管構(gòu)成，且與所述繞組連接。
【文檔編號】H02P8/12GK104242755SQ201410242517
【公開日】2014年12月24日 申請日期:2014年6月3日 優(yōu)先權(quán)日:2013年6月6日
【發(fā)明者】高橋一裕, 政所隆大, 飯塚侑 申請人:三墾電氣株式會社