马达电路的制作方法

本发明涉及马达电路的改进，特别是用于控制和驱动多相电马达(electricmotor)的电路的改进。本发明可以应用于广泛的应用中的马达，诸如电动助力转向系统。

背景技术：

已知提供了马达控制和驱动电路用于具有至少三相的多相电马达，其中相被连接到被布置为驱动桥的驱动器电路。对于马达的每一相，桥包括将相选择性地连接到正电源的顶侧驱动开关以及将相选择性地连接到负电源或地电源的底侧驱动开关。控制器产生施加到桥的开关的脉宽调制信号，使电流流过马达的各相。通过仔细选择开关的调制策略，可以控制马达的速度、旋转方向和转矩。

在典型的控制和驱动电路中，流过马达的电流的测量结果被用作控制器的输入，其中控制器调制开关以便使马达电流与对应于期望的速度/方向/转矩的目标电流一致。可以在来自马达的电流必须经过的来自马达的公共输出线路中提供电流感测电阻器，电阻器两端的电压降基于应用或欧姆定律提供电流的指示。通过仔细选择桥开关的调制，这一个传感器可以提供马达的三相(或更多相)中的每一相中的电流的测量。

在许多情况下，马达必须能够在故障的情况下(诸如马达或桥驱动器电路短路)继续运行。已经提出通过提供两组独立的相绕组来确保马达可以继续运行，其中每组相绕组都由独立的桥驱动器驱动。例如，对于三相马达，可能有两组独立的三相绕组和两个桥驱动器。在使用中，其中一个驱动器可以充当主控器(master)以向相关联的一组绕组提供电流，而另一个驱动器不运行并且不提供电流。如果在主控器处检测到故障，那么可以关闭这个驱动器，而使用另一个驱动器来向相关联的绕组提供电流。在替代方案中，两个桥驱动器通常可以同时运行，两者都提供驱动电流，并且如果一个故障，那么它可以被关闭并且剩余的驱动器用于提供所需的电流。该剩余的驱动器可以在这种故障中提供增加的电流以保持马达在相同的水平运行，或者马达可以简单地以降低的性能水平运行。

在提供两个桥驱动器的情况下，为每个驱动器提供独立的控制器以进一步给予对控制器故障的恢复能力也是已知的。但是，在很多情况下，跨两个驱动器共享一个控制器是足够的。

在提供两个桥驱动器和两组相绕组的情况下，从现有技术已知提供两个电流传感器，每组相一个电流传感器。每一个都提供对在相应组相中流动的电流的测量。图1示出了现有技术的马达控制和驱动电路3中的电流感测电阻器1、2。该电路包括具有顶侧开关(通常为mosfet)8和底侧开关7的桥驱动器4、5。每个桥由控制器(未示出)控制。桥驱动器将电流施加到具有两组(该两组是独立的)三相的马达6。当不同的低侧mosfet7被接通时，电流被传感器1、2感测到，并且通过在适当的时间对电流进行采样，不同相中的不同电流可以独立于其它相被采样。可替代地，可以使用3个独立的感测电阻器，每个低侧mosfet一个感测电阻器。

这种双桥和双电流传感器设计的缺点在于，在故障期间，如果电路不再通过电流感测设备导通，那么故障电路中的电流可能是未知的。如果故障是桥开关的高侧上的短路并且在低侧开关上采用了电流感测，则可能发生这种情况。这种情况在附图的图2中图示，其示出了在高侧短路mosfet9(用叉标记)情况下的电流路径(图2中的虚线)。在这种情况下，控制器关闭所有的mosfet，并且电流流过非故障、高侧mosfet10的体二极管。该图示出了电流如何不再通过电流感测电阻器1，从而防止了控制器测量故障电流。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种马达电路，该马达电路提供了在故障情况下的恢复能力，从而使图1所示类型的现有技术的双电流传感器布局的一些缺点得到改善。

根据第一方面，本发明提供了用于驱动一个或多个马达的马达电路，该一个或多个马达组合地包括形成n相的至少两组独立的绕组，其中n等于或大于3，并且其中两组相绕组中的第一组相绕组的n相中的每一相与两组相绕组中的第二组相绕组的n相中的相应相配对，该电路包括：

第一桥驱动器电路，其包括用于两组相绕组中的第一组的每一相的顶侧开关和底侧开关，

第二桥驱动器电路，其包括用于两组相绕组中的第二组的每一相的顶侧开关和底侧开关，

第一电流确定装置，用于独立于在第二组相绕组中流动的电流来确定在第一组相绕组的每一相中流动的电流，

第二电流确定装置，用于独立于在第一组相绕组中流动的电流来确定在第一组相绕组的每一相中流动的电流；以及

第三电流确定装置，用于确定在马达的n对相绕组中的每一对中流动的电流之和。

本发明的电路结合相电流感测，其在单次读取中测量来自两个通道的组合电流，其然后可以与来自第一电流确定装置和/或第二电流确定装置中的一个的电流信号组合，以便即使在驱动器的相或臂两端发生短路时也确定在另一组相中流动的电流。

本发明提供了电流确定装置的配置，其允许即使在一个通道有故障时也能够确定两个通道的每一相中的电流。

该电路可以包括至少一个电流控制器，该电流控制器生成施加到两个桥驱动器中的至少一个的开关的脉宽调制信号。控制器可以根据马达速度要求信号或马达转矩要求信号生成这些信号。控制器可以接收两组相的相电流作为输入。

优选地，提供两个控制器，每个桥驱动器一个控制器。每个控制器可以接收来自相关联的第一电流确定装置或第二电流确定装置和第三电流确定装置的信号作为输入。

两个控制器(在提供的情况下)可以被配置为使得在正常运行期间，一个或两个控制器为其相应的桥驱动器产生调制信号，或者只有一个处于运行中而另一个被禁用，并且在一个通道中检测到故障的情况下，故障通道的控制器被禁用并且非故障通道的控制器为其相关联的桥驱动器提供调制信号。

每个控制器可以包括计算装置，该计算装置通过例如通过从由第三电流确定装置确定的总电流中减去由相关联的第一确定装置或第二确定装置确定的电流、将测得的电流与关于在其相关联通道中流动的电流的信息组合来确定在两个通道中的另一个通道的相中流动的电流。

计算装置可以包括数字处理电路。

两个控制器中的每个控制器都可以被布置成在使用中，根据在不工作通道中流动的电流来控制在其相关联的相中的电流，以使得在不工作通道中流动的电流对马达性能的影响能够被至少部分地抵消掉或完全地抵消掉。

每个控制器因此可以生成用于相关联的桥驱动器的一组控制信号，并且可以修改信号改变某个量以补偿在与另一个通道相关联的相中流动的电流的影响。控制器可以通过添加或减去一组补偿信号来修改信号。

每个控制器可以包括用于确定相关联的通道有故障和/或确定另一个通道有故障的装置。控制器可以被布置成以以下方式起作用：

-当相关联的通道被确定为有故障时，控制器可以停止生成用于相关联通道的桥驱动器的调制信号；

-当相关联的通道被确定为没有故障但是另一个通道被确定为有故障时，控制器可以继续产生调制信号并且可以修改那些信号以补偿在故障通道的相中流动的任何电流。

在替代的布置中，故障确定装置可以包括可以确定导致通道损失的故障的控制器外部提供的监视器(watchdog)电路。

例如，在短路绕组的情况下，用于无故障通道的控制器可以能够减轻故障通道的影响，而不管故障的特性如何，例如，mosfet两端的电阻性短路将导致不同电平的绕组电流，并且因此导致阻尼转矩。通过使得系统仍然能够测量相电流，这可以被准确地调节。

一个或多个控制器可以适用于基于从电流确定装置接收到的信号来检测其相关联通道或其它通道中的故障。

第一电流确定装置和第二电流确定装置中的每一个可以包括在从该组相的每一相到电源或地的公共路径中提供的单个电流传感器电阻器。

对于n相中的至少n-1个，第三电流感测装置可以包括霍尔效应电流感测设备，其中霍尔效应传感器感测两个成对相绕组周围的磁场。

本发明可以用于驱动具有双通道配置的单个马达，其中马达被提供有两组独立的相绕组。

因此，本发明可以组合提供本发明的马达驱动电路和由马达驱动电路驱动的双通道马达。

附图说明

现在将仅作为示例描述参考附图并在附图中图示的本发明的一个实施例，其中：

图1是包括标准电流感测技术的现有技术双通道马达电路和马达的示意图；

图2示出了由其中电流传感器未检测到电流的图1的电路的通道之一的短路mosfet引起的电流流动的可能路径；

图3是根据本发明驱动三相双绕组电马达的马达控制和驱动电路的实施例的关键部分的概述；

图4是图3的实施例的示意图，其示出了桥驱动器的开关的布置和对两个通道的单个共享相电流感测测量的位置；以及

图5是本发明的第二实施例的示意图，其中仅用两个相测量来感测电流。

具体实施方式

图3示意性地示出了用于控制和驱动三相双绕组电马达101的马达电路100。该示例中的电马达是双绕组三相马达，因此它具有两组三相。每一相包括一个或多个马达绕组。三相被布置成对：a-a、b-b和c-c。为了方便起见，认为形成两组绕组的两组绕组是相同的，使得通过向一组相绕组施加电流来驱动马达将产生与如果电流被施加到另一组相绕组时将产生的马达性能相同的马达性能。两组相绕组是完全独立的，使得一组的相中的任何一个的短路将不会影响另一组。马达可以具有三个以上的相，并且实际上可以具有任何数量n的相，其中n是3或更大的整数。如图所示，两组相中的每一组以星形配置连接在公共的星点处，即，两个独立的星点。实际上，本发明将覆盖其中具有两个串联或并联布置的马达的布置，每个马达具有n相，每一相包括一个或多个马达绕组。

马达电路100包括两个驱动桥102、103，每组相一个驱动桥。这些在图4中更详细地示出。第一桥驱动器电路102包括用于多组相绕组中的第一组的每个绕组的顶侧开关104和底侧开关105。顶侧开关将相连接到正电源106并且底侧开关105将相连接到地线，例如，连接到装配有马达101的车辆的底盘。所有底侧开关通过共同的第一电流确定装置108连接到地线107，电流确定装置108如图所示包括电流感测电阻器和用于测量电阻器两端的电压降的电路。

还提供了第二桥驱动器电路103，在这个示例中，除了被连接到马达101的第二组相之外，其与第一桥驱动器电路相同。第二桥驱动器电路的顶侧开关109连接到正电源轨106并且第二桥驱动器的底侧开关110通过第二公共电流确定装置111连接到地线107，第二公共电流确定装置111如图所示包括电流感测电阻器和用于测量电阻器两端的电压降的电路。当然，每条通道可以连接到其自己的地和电源，而不是共享的电源和地。

两个电流感测电阻器使得能够确定在相应组相绕组中流动的电流。通过为桥开关适当地选择脉宽调制信号，可以确定每一相中的各个电流，如本领域技术人员众所周知的。

除了两个电流感测电阻器之外，电路还包括第三电流确定装置112，用于确定在马达的n对相中的每一对中流动的电流之和。这在图4中能最好地看到，其中它由虚线画出轮廓。

如在图4中更详细示出的，这个示例中的第三电流确定装置包括三个相电流测量传感器113、114、115，每个电流测量传感器与两个通道的相应匹配的相对a-a、b-b或c-c相关联。这意味着由第三电流确定装置的每个传感器确定的相电流测量结果是在两个相关联的相中流动的电流之和。

如图3所示，在这个示例中，使用相应的控制器115、116来控制两个桥驱动器102、103。每个控制器向桥驱动器的开关提供一组脉冲宽度调制驱动信号，信号被选择以生成从马达所需的速度或转矩。

来自第一电流确定装置108和第三电流确定装置112的电流信号被传送到用于第一桥驱动器的控制器115。来自第二电流确定装置111和第三电流确定装置112的电流信号被传送到用于第二桥驱动器的控制器。信号可以包括模拟信号，其中控制器对信号进行采样以提供数字化的电流测量结果。

在其中一个桥有故障的情况下，例如，在如图4所示的第一桥驱动器电路的开关的情况下，可以通过控制器从共享相电流测量结果减去由电流感测电阻器108测得的正常通路电流来测量故障电流。控制器包括用于执行所需减法的计算器。

图5示出了通过使用与3相中的相应2个相关联的2个电流传感器将相电流测量的数量减少到2个，并且然后基于所有3个的总和必须等于零的假设来计算第三个的选项。这不允许测量其中故障电流可以流过多条路径的绕组到底盘故障引起的故障电流。在这种情况下，流过底盘的故障电流仍然必须返回到马达，因此未测量的相中的故障电流可以基于与第一电流确定装置或第二电流确定装置进行组合的第三电流确定装置来计算，其中未测量的相电流是第三装置测得的总和减去第一装置或第二装置测得的结果。