专利名称：致动装置驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明申请基于日本国专利申请No.2001-226200及2001-393317，它们的全部内容结合于此作为参考。
如图8所示，通过由晶体管连接成字母H形状所构成的H桥式电路4包括两对输出晶体管；即一对电源侧输出晶体管及一对接地侧输出晶体管。一个DC电动机M连接在两个输出晶体管对的连接结点上。驱动电路通过使用两个输出晶体管对向电动机M供电；由此使电动机M转动。电源侧输出晶体管对的结点P被连接到电源电路2。接地侧输出晶体管对的结点与地相连接。电源电路2被连接到电源电压检测电路3，后者由多个齐纳二极管D5，D6及D7串联连接组成。电源电压检测电路3监测电源电压。如果因电动机M反向转动使电源电压超过预定电平，构成电源电压检测电路3的齐纳二极管D5，D6及D7被引起导通。其结果是，电流流到电容器C2中，由此使电容器C2上的电压升高。
通过误差放大电路5，一个PWM(脉宽调制)电路6使DC电动机在正向转动方向上的占空比增加，而电容器C2上的电压升高则被看作导通信号。一个逻辑电路7控制H桥式电路4的各个输出晶体管的导通或关断，由此提供对DC电动机反向转动的制动。以此方式，抑制了DC电动机发出的电压，及由此使电源电压保持预定电平或更小。
在公开号为09-182474A的日本专利公开文献中描述了一种减小功率损耗的技术，该损耗是当对电动机反向转动施加制动时在无刷电动机的驱动电路中引起的。在该相关技术的无刷电动机的驱动电路中，驱动线圈由三相组成。设置了用于各相驱动线圈的三个传感器，由此转换激磁。各个传感器检测一个未示出的旋转磁铁的磁极。各个传感器的输出信号在霍尔(hole)放大器放大后被输入到一个矩阵电路。该矩阵电路输出用于转换三相驱动线圈激磁的定时信号。该定时信号通过前置驱动器输入到电动机驱动电流输出部分。
在该驱动电路中，当在转动过程中通过一个F/R(正/反向)信号的转换使电动机的转向转换时，对电动机施加了一个反向电作到，直到电动机的转向再被反向时为止。当对电动机施加反向制动时，一个电阻将检测驱动电流，及一个比较电路将该驱动电流与一个预定电流限制幅值比较。当再反向转动方向上驱动电流超过预定电流限制幅值时，将启动一个转换电路，由此通过控制操作使驱动电流输出部分的电源(source)输出晶体管或接地(sink)输出晶体管关断。在经过一个预定时间周期后，通过控制操作再使输出晶体管导通。当驱动电流超过预定电流限制幅值时，输出晶体管再次地通过控制操作被关断。以此方式，驱动电流输出部分的各个开关元件被控制，以便在对电动机施加制动时通过使输出晶体管接收PWM控制，而避免变得不饱和。
在DC电动机驱动电路中，当电源电路2保持关断时控制功能、例如PWM电路6将无效。因此，电动机M的感应电动势电压不能被抑制。如果在电动机M激磁过程中电源突然被关断，驱动线圈产生反电动势电压以维持电动机电流。但是，根据该相关技术，当电源被关断时，抑制该反电动势电压变为不可能。
尤其是，根据该相关技术，电路不能被保护而免受电动机产生的过电压，除非电源是有效的。
在无刷电动机的驱动电路中，在相关技术上已进行的反向制动方式中执行PWM时会遇到以下问题。
因为与常规工作时间相比，在对反向转动施加制动时驱动电流将增大，在很短时间内将达到电流限制幅值，输出晶体管将在较长时间上保持受到关断控制。如果电源侧输出晶体管或接地侧输出晶体管受到导通控制，在由于激磁转换操作的关断控制操作期间被转换成关断状态，驱动电流的再生反馈路径暂时被断开，由此使驱动电流逆着电动机电源流动，以寻求再生反馈路径。
如果电动机电源不具有吸收性能，驱动电流将无处可流动。这将引起电动机驱动电压瞬时的急剧增长，由此超过驱动电路或电源的耐电压。一个对付超过耐电压的通用措施是在电动机电源及地之间接入电解电容器或齐纳二极管，由此给予电源一个吸收电容器。但是，该措施涉及到成本的增加。
由于以下原因，使用电解电容器将带来不能足够抑制电源电压增高的问题。具体来说，在反向转动的制动工作期间，要被执行PWM导通控制的时间非常短。因此，基本上不需要供给外部电流。相反地，因为经常引起再生电流的反向流动，流过电解电容器的充电电流比放电电流大得多。为此原因每当再生电流流过时电源电压不断增加。
本发明还旨在提供一种用于无刷电动机的驱动电路，它能阻止再生电流反向流到馈电线路中及避免出现电源电压的升高，而不用在电动机电源及地之间附加电解电容器或齐纳二极管，其方式是产生用于再生电流的通路，该通路在制动工作的时刻建立。
本发明提供了一种用于具有电感的致动装置的驱动电路，其中，通过使驱动电流流入电感使致动装置被驱动，它包括两对输出晶体管，每对包括一个电源侧晶体管及一个接地侧输出晶体管，该致动装置被连接到在每对电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上；过电压检测电路，用于检测在每对所述电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及所述电压是否比地电平低该预定的电平；其中，当连接到所述接地侧输出晶体管的结点上的电压比该电源电压高出该预定的电平时，由该过电压检测电路的输出使所述接地侧输出晶体管之一个被导通，及当连接到所述电源侧输出晶体管的结点上的电压变为比该地电平低于该预定的电平时，由该过电压检测电路的输出使该电源侧输出晶体管之一个被导通。
这里，过电压检测电路包括连接在馈电线路上的电源侧检测晶体管、及连接在接地线路上的接地侧检测晶体管；及在电源侧及接地侧检测晶体管之间所形成的结点被连接到所述致动装置的所述电感的一端。
根据本发明的具有电感的致动装置典型地对应于无刷电动机、DC电动机、音圈电动机及电磁致动器中的任一种。
在本发明的无刷电动机的驱动电路中，每当再生电流反向流经馈电线路时，在两个任意相的电动机驱动线圈之一上出现的电压已不可避免地高于电源电压，在另一电动机驱动线圈上出现的电压也已不可避免地低于一个地电平。对此现象予以关注，及由一过电压检测电路来检测这个现象。连接到其电压已超过该电源电压的相的驱动线圈上的接地侧输出晶体管、或连接到其电压已低于一个地电平或已比该地电平低一个预定电平上的相的驱动线圈上的电源侧输出晶体管被强烈地导通。其结果是，在电动机驱动电路中形成再生电流路径，由此阻止了电流反向流到馈电线路，因此也阻止了电源电压的增加。
在这方面，本发明的特征在于，一种用于无刷电动机的驱动电路，其中，通过使电动机驱动电流流入电动机驱动线圈使无刷电动机转动，该驱动电路包括多对输出晶体管，每对包括一个电源侧输出晶体管及一个接地侧输出晶体管，不同的电动机驱动线圈被连接到在每对电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上；过电压检测电路，用于检测在每对电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及所述电压是否低于地电平一个预定的电平；其中，当连接到一个接地侧输出晶体管的结点上的电压超过电源电压一个预定的电平时，通过该过电压检测电路的输出使一个接地侧输出晶体管被导通，及当连接到一个电源侧输出晶体管的结点上的电压变为低于地电平一个预定的电平时，通过该过电压检测电路的输出使一个电源侧输出晶体管被导通。
此外，本发明的特征还在于，一种用于无刷电动机的驱动电路，该无刷电动机具有用于检测转子转动位置的传感器，其中，根据该传感器检测的位置信号使电动机驱动电流流入电动机驱动线圈，使无刷电动机被旋转驱动，及通过使电动机驱动电流在其中该电动机反向被旋转的方向流入以执行制动操作，所述驱动电路包括驱动电流检测单元，用于检测电动机驱动电流；比较器，用于将预定的参考电流值与该驱动电流检测单元检测到的电动机驱动电流值相比较；电流控制转换部分，用于根据由比较器执行的比较之结果使电动机驱动电流输出部分导通或关断；及过电压检测电路，用于检测在电动机驱动线圈的端子上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及该电压是否低于地电平一个预定的电平；其中，通过该过电压检测电路的输出在该电动机驱动电流输出部分中形成再生电流流动路径。
根据本发明，电动机驱动线圈由三相组成；该过电压检测电路可被构成以便检测出任意两个相的两个电动机驱动线圈中的一个电动机驱动线圈的端子上出现的电压高于电源电压一个预定的电平、及在余下的一个电动机驱动线圈上出现的电压是否低于地电平一个预定的电平。
优选实施例的详细说明以下将参照附图来描述根据本发明的具有电感的致动装置的驱动电路的实施例。
首先描述如
图1中所示的一个实施例，其中DC电动机驱动电路被用作根据本发明的致动装置驱动电路。在图1中，标号32指示驱动电流输出部分。驱动电流输出部分32由两对输出晶体管构成；即一对由晶体管Q1及Q3组成的电源侧输出晶体管，及另一对由晶体管Q2及Q4组成的接地侧输出晶体管。所有这些晶体管均是NPN型。晶体管Q1及Q2相互串联，及晶体管Q3及Q4相互串联。一个具有电感的致动装置被连接到各输出晶体管对的结点上；具体来说，被连接到输出晶体管Q1及Q2的结点A及输出晶体管Q3及Q4的结点B上。在该实施例中，该致动装置对应于DC电动机33，及电感对应于DC电动机33的驱动线圈。
电源侧输出晶体管Q1，Q3的集电极被连接到电源，及电源电压Vco施加到这些集电极上。接地侧输出晶体管Q2，Q4的发射极被连接到地(GND)。根据正/反转控制器31输出的正/反向指令，驱动电流输出部分32通过利用和选择地控制晶体管Q1、Q2、Q3及Q4，向DC电动机供给用于正向或反向转动的驱动电流，由此驱动DC电动机33，以使得它正向或反向地转动。
DC电动机33的两个端子被连接到过电压检测电路34。过电压检测电路34检测DC电动机33是否过电压；具体来说，是检测在一个输出晶体管对的结点A上产生的电压是否高于电源电压Vco或低于地电平一个预定电平，及在另一输出晶体管对的结点B上产生的电压是否高于电源电压Vco或低于地电平一个预定电平。如果在结点A、B之一上产生的电压高于电源电压Vco一个预定值及在余下一个结点上产生的电压低于地电平一个预定电平，过电压检测电路34将检测到这些电压，由此使驱动电流输出部分32中的这些晶体管中的任一个被导通。具体来说，连接到结点A的接地侧输出晶体管Q2或连接到结点B的接地侧输出晶体管Q4中，无论哪个晶体管上已产生的电压高于电源电压Vco一个预定值，则它被过电压检测电路34的输出信号导通。另一方式是，连接到结点A的电源侧输出晶体管Q1或连接到结点B的电源侧输出晶体管Q3中，无论哪个晶体管上产生的电压低于地电平一个预定值，则它被过电压检测电路34的输出信号导通。
现在将描述该实施例的工作。在正向转动的情况下，正/反转控制器31譬如使驱动电流输出部分32的输出晶体管Q1、Q4受到导通控制，由此向DC电动机33供给在箭头IM1方向上流动的电流；这就是说，驱动电流从结点A流到结点B。在反向转动的情况下，正/反转控制器31譬如使驱动电流输出部分32的输出晶体管Q2、Q3受到导通控制，由此对DC电动机33供给在箭头IM2方向上流动的电流；这就是说，驱动电流从结点B流到结点A。
过电压检测电路34检测在DC电动机33的驱动线圈中产生的感应电动势电压或反电动势电压上突出的垂直部分(verticalportion)；具体来说，是高于电源电压Vco的向上突出部分及低于地电平GND的向下突出部分。连接到其电压高于电源电压Vco的端子A、B之一上的接地侧输出晶体管或连接到其电压低于接地电平GND的端子A、B之一上的电源侧输出晶体管被强烈地接受导通控制。其结果是，构成一个电流路径，使得在DC电动机33中产生的感应电动势电压或反电动势电压中有短路。因此在驱动电流输出部分32中产生的过电压可被抑制。
以下将参照图2来描述驱动电流输出部分32及过电压检测电路34的具体电路例子。在该电路例中，连接到其电压低于接地电平GND的端子上的电源侧输出晶体管被强烈地接受导通控制。首先将描述驱动电流输出部分32的详细结构。如结合图1所描述的，驱动电流输出部分32具有电源侧输出晶体管Q1、Q2及接地侧输出晶体管Q3、Q4。DC电动机33的两个端子被连接到晶体管Q1、Q2之间的结点A及晶体管Q3、Q4之间的结点B。二极管D1、D2、D3及D4使电流在与通过晶体管Q1、Q2、Q3及Q4的电流流动方向相反方向上流动，这些二极管与晶体管Q1，Q2，Q3及Q4相并联。两个晶体管对(即晶体管Q1，Q2组成的晶体管对及晶体管Q3，Q4组成的另一晶体管对)构成了用于DC电动机M的正/反转电路。二极管D1，D2，D3及D4包括在正/反转电路中及对应于构成再生电流路径的再生电流二极管。
输出晶体管Q1，Q2，Q3及Q4的配置使得通过作为前置驱动器的晶体管Q21，Q22，Q23及Q24由正/反转控制器31控制导通及关断。更具体地，p-n-p型晶体管Q21，Q23的发射极及集电极及n-p-n型晶体管Q22，Q24的发射极及集电极分别与输出晶体管Q1，Q2，Q3及Q4的集电极及基极相连接。晶体管Q21，Q22，Q23及Q24的基极电压由正/反转控制器31控制，由此使输出晶体管Q1，Q2，Q3及Q4导通或关断。
过电压检测电路34包括一个电源侧检测晶体管Q11，用于检测出现在结点A上已超过电源电压的电压；一个电源侧检测晶体管Q13，用于检测出现在结点B上已超过电源电压的电压；两个接地侧检测晶体管Q12，Q14，用于以与上述相同的方式检测出现在结点A上的电压及出现在结点B上的电压中哪个电压低于地电平；及两个晶体管D12，D14，它们与检测晶体管Q12，Q14相串联及用作二极管。此外，过电压检测电路34具有晶体管Q10，它的基极与相应的接地侧检测晶体管Q12，Q14的基极相连接，及当由于两个电源侧检测晶体管Q11，Q13中任一个导通而使电流流过晶体管Q10时它产生一个电压Vbe。当出现在结点A或出现在结点B上的电压低于地电平时，晶体管Q12及Q14可被导通，而晶体管Q10的基极-发射极电压Vbe保持被产生。
假定结点B上出现的电压超过电源电压Vco，晶体管Q13被导通，电流流过晶体管Q10。其结果是，基极-发射极电压Vbe建立在晶体管Q10中。当结点A上出现的电压低于地电平GND时，晶体管Q12及二极管D12被引起导通，由此使一个集电极电流流过晶体管Q12。该电流使设在驱动电流输出部分32中的晶体管Q21导通，由此对电源侧输出晶体管Q1供给基极电流。其结果是，晶体管Q1暂时被导通，及由此获得了由图2中箭头所指示的电流路径；即通过DC电动机M、结点B、二极管D3、晶体管Q1、结点A及电动机M的电流路径，由此抑制了DC电动机M中所产生的电压。
相反地，当结点A上出现的电压超过电源电压Vco，晶体管Q11被导通，由此使电流流过晶体管Q10，于是引起基极-发射极电压Vbe。这时，当结点B上出现的电压低于地电平GND时，晶体管Q14及二极管D14被引起导通，由此使一个集电极电流流过晶体管Q14。该电流使设在驱动电流输出部分32中的晶体管Q23导通，由此对电源侧输出晶体管Q3供给基极电流。其结果是，晶体管Q3暂时被导通，由此获得了通过DC电动机M、结点A、二极管D1、晶体管Q3、结点B及电动机M的电流路径。由此抑制了DC电动机M中所产生的电压。
这种电路工作由DC电动机M中所产生的电压维持，甚至当供给电源电压Vco的端子被断开，即当电源关断时也是如此。
现在将描述图3所示的可用于本发明的过电压检测电路的另一个例子。过电压检测电路36使连接在其电压超过电源电压的端子上的接地侧输出晶体管受到导通控制。如图3中所示，两个晶体管Q51、Q53及用作二极管的晶体管D51、D53相串联，它们连接到过电压检测电路的电源侧。此外，两个晶体管Q52、Q54及用作二极管的晶体管D52、D54相串联，它们连接到过电压检测电路的接地侧。另外，过电压检测电路36具有一个晶体管Q40，它的基极连接到两个相应的电源侧晶体管Q51、Q53的基极，及当由于两个接地侧晶体管Q52、Q54中任一个被导通而使电流流过晶体管Q40时、它产生电压Vbe。在其它方面，该过电压检测电路的连接基本上与图2中例举的过电压检测电路相同，这样晶体管Q51的集电极电流用作图2中所示的晶体管Q22的基极电流，及晶体管Q53的集电极电流用作图2中所示的晶体管Q24的基极电流。
假定结点A上出现的电压低于地电平GND，晶体管Q52被导通，由此电流流过晶体管Q40。其结果是，基极-发射极电压Vbe建立在晶体管Q40中。这时，当结点B上出现的电压高于电源电压Vco时，用作二极管的晶体管D53及晶体管Q53被引起导通，由此使集电极电流流过晶体管Q53。该电流流入图2中所示电路的晶体管Q24的基极，由此使晶体管Q24导通及对接地侧输出晶体管Q4供给基极电流。其结果是，晶体管Q4暂时被导通，由此获得了通过电动机M、结点B、晶体管Q4、二极管D2、结点A及电动机M的电流路径。因此，企图返回到电源的电流被阻止了，由此抑制了DC电动机M中所产生的电压。
当结点B上出现的电压低于地电平GND时，晶体管Q54被导通，由此电流流过晶体管Q40。其结果是，电压Vbe产生。当在结点A上出现的电压高于电源电压Vco时，二极管D51及晶体管Q51被引起导通，由此使图2中所示的晶体管Q2、Q22暂时被导通。因此，企图返回到电源的电流被阻止了，由此抑制了DC电动机M中所产生的电压。
在已经描述的例子中，致动装置驱动电路是以DC电动机控制电路的形式构成的。控制的目标并不限于DC电动机上；如果该目标具有电感，在反向上转动或移动，或不正常地向前转动时，在电感中产生出感应电动势电压，由此使电源电路的电压增加及使电路元件的耐电压下降。本发明的驱动电路可被用于控制的目标，只要该目标是具有电感的致动装置。例如，该目标并不限于DC电动机，而可以是音圈电动机及电磁致动器的任一种。
在图示的实施例中，驱动电路主要由晶体管构成，它们被用作控制电路的元件。这里，术语“晶体管”包括场效应晶体管(FET)及所有其它类型的晶体管。
由上述的实施例可得到以下的效果。
由于该电路用DC电动机的驱动线圈(或其它致动装置之情况中的电感)中产生的反电动势电压或感应电动势电压工作，因此甚至当驱动电路的电源被关断时也可防止过电压的产生，由此可防止电压超过驱动电路的耐电压。
即使当驱动电路的电源接通时，如果产生了超过电源电压的反电动势电压或感应电动势电压，过电压阻止功能将保持有效。因此，作用在驱动电路上的过电压可被阻止。
因为电源电压不会由于过电压而增加，因此电源电压可以增加到驱动电路的最大耐电压。其结果是，在电动机的情况下可获得较高的转矩及较大的转数。
甚至当激磁(energization)工作过程中电源被断开时，电感的电压可变得高于或低于电源电压。只要再生电流根本不能回到馈电线路，将瞬时地引起高电压，由此超过驱动电路的耐电压。在该实施例中，驱动电路可有效地工作以阻止电压的上升，否则其可能由如上所述的意外的操作引起。因此，该驱动电路可用作在制造具有电感的致动装置之过程中的保护装置。
现在将描述另一实施例，其中本发明应用于无刷电动机驱动电路，而无刷电动机被用作具有电感的致动装置。
在图4中所示的实施例中，驱动线圈40由三相构成。为该驱动线圈的各相设置了三个传感器10，由此转换激磁。各个传感器10检测一个未示出的旋转磁体的磁极。各个传感器10的输出信号在由霍尔(hole)放大器12放大后被输入到一个矩阵电路14。该矩阵电路14输出用于转换三相驱动线圈40的激磁的定时信号。该定时信号通过前置驱动器16输入到电动机驱动电流输出部分30。
在电动机驱动电流输出部分30中，由晶体管Q1，Q3，Q5组成的电源侧输出晶体管30A及由晶体管Q2，Q4，Q6组成的接地侧输出晶体管30B构成三对输出晶体管。不同的电动机驱动线圈被连接在相应的晶体管对之间的结点上，即，电动机驱动线圈Lu被连接在晶体管Q1及Q2之间的结点上；电动机驱动线圈Lv被连接在晶体管Q3及Q4之间的结点上；及电动机驱动线圈Lw被连接在晶体管Q5及Q6之间的结点上。通过使用由三个晶体管组成的电源侧输出晶体管30A及由三个晶体管组成的接地侧输出晶体管30B，并通过使电动机驱动电流流到电动机驱动线圈Lu、Lv及Lw并转换激磁，使电动机的转子旋转。
一个正/反转指令信号F/R被输入到矩阵电路14。根据适合转动方向的指令，矩阵电路14通过定时信号的再组合输出激磁定时信号，这些信号被送到属于驱动线圈40的相应线圈。用作驱动电流检测单元的一个恒定阻值的电阻Rf连接到驱动电流输出部分30的地。在该电阻Rf上产生出正比于该驱动电流的电压。电阻Rf上的电压被输入到比较电路19。比较电路19将电阻Rf上的电压与电动机控制信号CTL或电流限制电平VILM相比较，不论哪个信号低。如果电阻Rf上的电压较高，电流控制转换电路22被触发，由此使驱动电流输出部分30的电源侧或输出侧输出晶体管截止。
该无刷电动机驱动电路设有过电压检测电路21，它检测出现在晶体管对之间结点上的电压，即出现在相应的驱动线圈之间的结点上的电压；及根据检测结果强烈地控制组成驱动电流输出部分30的晶体管。该过电压检测电路21是本发明的一个新颖的特征。该过电压检测电路21检测在各晶体管对之间的每个结点上出现的电压(即，每个驱动线圈的结点上出现的电压)是否高于电源电压或低于地电平一个预定电平。过电压检测电路21强烈地使电源侧输出晶体管或接地侧输出晶体管导通，这些晶体管连接其电压已突出的相的线圈。
现在来描述该实施例的无刷电动机驱动电路的工作。一个未示出的驱动磁体的旋转位置被霍尔(hole)元件10检测。由霍尔放大器12放大的信号被矩阵电路14转换成激磁转换信号。这些信号被前置驱动器16放大，及这样被放大的信号被供给驱动电流输出部分30。使驱动电流流经电动机驱动线圈40。
比较电路19将流过电动机驱动电流的电阻Rf上的电压与电动机控制信号CTL或电流限制电平VILM相比较，不论哪个信号低。如果电阻Rf上的电压较高，电流控制转换电路22被触发，由此使驱动电流输出部分30的电源侧或输出侧输出晶体管关断。其结果是，电动机驱动电流逐渐减小。但是，在经过一个给定时间后输出晶体管被导通，由此驱动电流再次增加。通过重复这些操作，输出晶体管受到PWM控制。
当正/反转信号F/R被转换时，电动机进入反向制动状态。然后，大量反向驱动电流流入电阻Rf，输出晶体管应被关断的时间被急剧地加长。如果维持工作的电源侧或接地侧输出晶体管被激磁转换操作关断，则用于驱动电流的再生路径被瞬时地中断。其结果是，任何两相的驱动线圈的电压超过电源电压及低于地电平，由此企图使再生电流返回电源。
过电压检测电路21检测任何驱动线圈的电压高于电源电压或低于地电平，并强烈地触发与其电压超过电源电压的相的驱动线圈连接的接地侧输出晶体管、或与其电压低于地电平的相的驱动线圈连接的电源侧输出晶体管。其结果是，企图返回电源的再生电流可被抑制。
这里用于确定电压超出的标准可被设定为地电平，如前所述，或设定为低于地电平一个预定量的电平。
图5表示驱动电流输出部分30及过电压检测电路21的详细电路。首先，将详细描述驱动电流输出部分30的构成。一个电流镜电路被连接到晶体管Q1的输入端，其中该电流镜电路受到前置驱动器16的控制及由晶体管Q21、Q31组成。此外一个再生电流二极管D1与晶体管Q1并联。类似地，晶体管Q3的输入端连接到一个由晶体管Q23、Q33组成的电流镜电路，及一个再生电流二极管D3与晶体管Q3并联。晶体管Q5的输入端连接到一个由晶体管Q25、Q35组成的电流镜电路。一个再生电流二极管D5与晶体管Q5并联。晶体管Q2的输入端连接到由晶体管Q22、Q32组成的电流镜电路。一个再生电流二极管D2与晶体管Q2并联。晶体管Q4的输入端连接到由晶体管Q24、Q34组成的电流镜电路。一个再生电流二极管D4与晶体管Q4并联。晶体管Q6的输入端连接到由晶体管Q26、Q36组成的电流镜电路。一个再生电流二极管D6与晶体管Q6并联。
过电压检测电路21包括三个电源侧检测晶体管Q11、Q13、Q15，用于检测超过电源电压的任何驱动线圈的电压；三个接地侧晶体管Q12、Q14、Q16及三个与这些晶体管串联并用作二极管的晶体管D12、D14、D16；及晶体管Q10，它的基极与三个接地侧晶体管Q12、Q14、Q16的基极相连接，及当由于三个电源侧晶体管Q11、Q13、Q15中任一个导通而使电流流过晶体管Q10时，它产生一个电压Vbe。U相的驱动线圈Lu被连接到Q11及二极管D12之间的结点上；V相的驱动线圈Lv被连接到Q13及二极管D14之间的结点上；W相的驱动线圈Lw被连接到Q15及二极管D16之间的结点上。
以下将描述图5中所示的驱动电路输出部分30及过电压检测电路21的操作。该电路触发与其电压低于地电平的相的驱动线圈连接的电源侧晶体管。
假定结点U上出现的U相驱动线圈Lu的输出电压超过电源电压Vco，晶体管Q11被导通，由此电流流过晶体管Q10。其结果是，在晶体管Q10中建立了电压Vbe。当结点W上出现的W相驱动线圈Lw的输出电压低于地电平GND时，晶体管Q16及二极管D16被引起导通，由此使集电极电流流过晶体管Q16。该电流接着流入设在驱动电流输出部分30中并由晶体管Q25、Q35组成的电流镜电路，由此对W相的电源侧输出晶体管Q5供给基极电流。其结果是，晶体管Q5暂时被导通，及由此获得了由图5中箭头所指示的再生电流路径；即通过驱动线圈Lu、二极管D1、晶体管Q5、驱动线圈Lw、及驱动线圈Lu的再生电流路径，由此抑制了企图返回到电源的再生电流。
现在将描述如图6所示的、可用于根据本发明的无刷电动机驱动电路的过电压检测电路的另一例。该电路使与其电压超过电源电压的相的驱动线圈连接的接地侧输出晶体管导通。如图6所示，过电压检测电路的电源侧与三个晶体管Q51、Q53、Q55及与这些晶体管串联并用作二极管的晶体管D51、D53、D55相连接。此外，过电压检测电路的接地侧与三个晶体管Q52、Q54、Q56及与这些晶体管串联并用作二极管的晶体管D52、D54、D56相连接。过电压检测电路的基极侧还设有晶体管Q40，它的基极与三个电源侧晶体管Q51、Q53、Q55的基极相连接，及当由于三个接地侧晶体管Q52、Q54、Q56中任一个导通而使电流流过晶体管Q40时它产生一个电压Vbe。在其它方面，该过电压检测电路的连接与图5中所示的过电压检测电路的连接相同。
假定结点U上出现的U相驱动线圈Lu的输出电压低于地电平GND，晶体管Q52被导通，由此电流流过晶体管Q40。其结果是，在晶体管Q40中建立了电压Vbe。当结点W上出现的W相驱动线圈Lw的输出电压高于电源电压Vco时，晶体管Q55及二极管D55被引起导通，由此使集电极电流流过晶体管Q55。该电流接着流入设在驱动电流输出部分30中并由晶体管Q26、Q36组成的电流镜电路，由此对W相的接地侧输出晶体管Q6供给基极电流。其结果是，晶体管Q6暂时被导通，及由此获得了再生电流路径，及转而抑制了企图返回到电源的再生电流。
图7表示过电压检测电路之连接的一个示例变型。当该过电压检测电路21检测到任何驱动线圈的电压超过电源电压或低于地电平GND时，电流控制转换电路22的操作暂时处于悬挂状态。具体来说，电流控制转换电路22不使驱动电流输出部分30的电源侧或接地侧输出晶体管关断并保持输出晶体管在导通状态。甚至在该情况下，在驱动电路中获得再生电流路径，由此抑制企图返回电源的再生电流。
在图7中所示示例连接的情况下，当电流控制转换电路22使电源侧输出晶体管导通/关断(PWM)控制时，使用如图5中所示的过电压检测系统。相反地，当接地侧输出晶体管受到导通/关断(PWM)控制时，则使用如图6中所示的过电压检测系统。
在图示的实施例中，晶体管作为受到导通/关断控制操作的元件使用。名词“晶体管”的使用是为了便于解释起见。名词“晶体管”的概念包括晶闸管，通过向控制端子输入控制信号而使其导通或关断，以及另外的有源元件。
根据本发明的致动装置驱动电路，使用了两对输出晶体管，即一对电源侧晶体管及另一对接地侧输出晶体管。具有电感的致动装置被连接在电源侧输出晶体管对之间的一个结点、及接地侧输出晶体管对之间的另一结点上。通过使用这两个输出晶体管对，使驱动电流流入电感中，从而驱动该致动装置。设置了过电压检测电路，用于检测在一个输出晶体管对的结点上出现的电压是否高于电源电压或低于地电平一个预定的电平、及在另一输出晶体管对的结点上出现的电压是否高于电源电压或低于地电平一个预定的电平。连接到电压已高于电源电压一个预定的电平的结点上的接地侧输出晶体管、或连接到电压已低于地电平一个预定的电平的结点上的电源侧输出晶体管被导通。因此，即使当电源被关断时，电路仍可被保护以免受过电压。
本发明的无刷(电动机)驱动电路获得了以下优点(1)可省去使成本增加的电解电容器或齐纳二极管。即使在使用电解电容器或齐纳二极管时，该电容器或二极管的电容量可以减小。
(2)由于电源电压不会增高，供给电动机的电压上限可以增大。因此，可获得较大的转数及较大的转矩。
(3)当电动机被外力转动时，在驱动线圈中产生感应电动势电压，从而试图增加电源电压。然而，本发明的驱动电路的存在阻止电源电压的增加，从而阻止电元件的耐电压的损耗。
(4)由于驱动电路通过驱动线圈中产生的感应反电动势电压或感应电动势电压进行操作，即使当电动机电源或或驱动电路电源被关闭时也可获得如上所述的工作效果。
此外，根据本发明的无刷电动机驱动电路，可显著地抑制再生电流反向流入电动机的馈电线路中。由此，可防止出现电动机电源电压的增高，否则该电压增高则在反转制动操作时可能被引起，，由此可防止驱动电路及电源电路的耐电压的损耗。
采用相关技术的驱动电路，即使当电动机的激磁过程中电源或类似单元被断开时，驱动线圈的端子电压有时也会高于电源电压或低于地电平。因为再生电流不能返回馈电线路，高电压在瞬间产生，由此超过驱动电路的耐电压。本发明的驱动电路可有效地工作以防止由意想不到的操作引起的驱动线圈的端子电压的增加。因此，该驱动电路可作为一种保护装置用于所有可能情况，如制造过程、运输成品的过程或整体化过程。
权利要求
1.一种用于具有电感的致动装置的驱动电路，其中，通过使驱动电流流入该电感而驱动该致动装置，该驱动电路包括两对输出晶体管，每对包括一个电源侧输出晶体管及一个接地侧输出晶体管，该致动装置被连接到在每对所述电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上；过电压检测电路，用于检测在每对所述电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的所述结点上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及所述电压是否比地电平低该预定的电平；其中，当连接到所述一个接地侧输出晶体管的结点的电压比该电源电压超出该预定的电平时，由所述过电压检测电路的输出使所述接地侧输出晶体管之一导通，及当连接到所述一个电源侧输出晶体管的结点的电压比该地电平低该预定的电平时，由该过电压检测电路的输出使所述电源侧输出晶体管之一导通。
2.根据权利要求1的驱动电路，其中，所述过电压检测电路包括连接在馈电线路上的电源侧检测晶体管及连接在接地线路上的接地侧检测晶体管；及在所述电源侧及接地侧检测晶体管之间所形成的结点被连接到所述致动装置的所述电感的一端。
3.根据权利要求1的驱动电路，其中，所述致动装置对应于无刷电动机、DC电动机、音圈电动机及电磁致动器中的任一种。
4.根据权利要求1的驱动电路，其中，该致动装置是一个DC电动机；所述DC电动机的正/反转电路由所述两对输出晶体管对构成；及所述正/反转电路构成再生电流路径。
5.一种用于无刷电动机的驱动电路，其中，通过使电动机驱动电流流入电动机驱动线圈使无刷电动机转动，该驱动电路包括多对输出晶体管，每对包括一个电源侧输出晶体管及一个接地侧输出晶体管，不同的电动机驱动线圈被连接到在每对所述电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的结点上；过电压检测电路，用于检测在每对所述电源侧及接地侧输出晶体管之间所形成的所述结点上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及所述电压是否比地电平低该预定的电平；其中，当连接到所述一个接地侧输出晶体管的结点上的电压比该电源电压超出该预定的电平时，通过所述过电压检测电路的输出使所述接地侧输出晶体管之一导通，及当连接到所述一个电源侧输出晶体管的结点上的电压变为比该地电平低该预定的电平时，通过该过电压检测电路的输出使所述电源侧输出晶体管之一导通。
6.根据权利要求5的驱动电路，其中，所述过电压检测电路包括连接在馈电线路上的电源侧检测晶体管及连接在接地线路上的接地侧检测晶体管；及在所述电源侧及接地侧检测晶体管之间所形成的结点被连接到所述不同的电动机线圈之一的一端。
7.一种用于无刷电动机的驱动电路，该无刷电动机具有用于检测转子的转动位置的传感器，其中通过根据该传感器检测的位置信号并使电动机驱动电流流入电动机驱动线圈、使该电动机被旋转地驱动，及通过使电动机驱动电流在其中该电动机被反向转动的方向流动而执行制动操作，所述驱动电路包括驱动电流检测单元，用于检测该电动机驱动电流；比较器，用于将预定的参考电流值与该驱动电流检测单元检测到的该电动机驱动电流值相比较；电流控制转换部分，用于根据由该比较器执行的比较之结果使电动机驱动电流输出部分导通或关断；及过电压检测电路，用于检测在电动机驱动线圈的端子上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、及所述电压是否比地电平低该预定的电平；其中，通过过电压检测电路的输出，在该电动机驱动电流输出部分中形成一个再生电流流动路径。
8.根据权利要求7的驱动电路，其中，所述电动机驱动线圈形成三相；及所述过电压检测电路检测任意两个相的两个电动机驱动线圈中的一个电动机驱动线圈的端子上出现的电压是否比该电源电压高出该预定的电平、及在余下的一个电动机驱动线圈上出现的电压是否比该地电平低该预定的电平。
9.根据权利要求7的驱动电路，其中，该电动机驱动电流输出部分具有一个用于再生电流的二极管，及该二极管形成了在该电动机驱动电流输出部分中的再生电流路径。
10.根据权利要求7的驱动电路，其中，通过该过电压检测电路的输出使该电动机驱动电流输出部分的电源侧输出晶体管或接地侧输出晶体管暂时处于悬挂状态。
11.根据权利要求7的驱动电路，其中，电流控制转换部分根据在电动机之制动操作时由该比较器执行的比较之结果，使电动机驱动电流输出部分导通或关断，及通过过该电压检测电路的输出在该电动机驱动电流输出部分中形成再生电流路径。
全文摘要
本发明提供一种致动装置驱动电路，其中设置了多对输出晶体管。具有电感的致动装置被连接到在各对输出晶体管之间所形成的结点上。该致动装置的驱动电路的设计使得通过使驱动电流流过该电感来驱动该致动装置。该驱动电路具有过电压检测电路，用于检测在输出晶体管对的结点上出现的电压是否高于电源电压一个预定的电平、或该电压变为比地电平低该预定的电平。通过该过电压检测电路的输出使连接在这些结点上的输出晶体管被导通。
文档编号H02P29/02GK1405970SQ0212704
公开日2003年3月26日 申请日期2002年7月26日 优先权日2001年7月26日
发明者内藤速人, 冈田宪明, 齐藤和彦 申请人:株式会社三协精机制作所, 三洋电机株式会社