专利名称：电动机控制器的双回路电流限流控制装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种电流限流控制装置，特别是涉及一种稳定性高、可减少电动机电流的波动(ripple)、增加电动机的平均电流，使电动机的扭力更加平顺的电动机控制器的双回路电流限流控制装置。
一般的电动机控制装置是由脉冲宽度调制(PWM)电路、功率元件及其驱动电路、电动机电流限流控制电路所构成，电动机电流限流控制电路的限流控制装置，主要是将侦测的电流值传递至比较控制电路，将侦测的电流值与预设的限流值比较，如侦测值超过限流值，便产生一禁止(inhibit)信号，并将此信号传递至功率驱动控制电路，停止功率电路将电力传送至电动机，直到电动机电流降至预设的限流值以下，以取消禁止信号，恢复电动机的电力驱动，达到控制电动机电流的目的，而这种方法，虽然可进行限流控制以达到控制电动机电流的目的，但是，该禁止信号是以磁滞方式操作(如第5341077号美国专利以及第81109983号台湾专利)，且该禁止信号并未与脉冲宽度调制信号同步，这样，会因电动机的特性不同而有不同的表现，从而无法达到每个脉冲宽度调制周期(PWM Cycle)均能复位(reset)的功能，使得电动机电流的波动较大，扭力不太平顺。
本发明的目的在于提供一种稳定性高、可减少电动机电流的波动、可增加电动机的平均电流，使电动机的扭力更加平顺的电动机控制器的双回路电流限流控制装置。
本发明的电动机控制器的双回路电流限流控制装置，由电流侦测器侦测电动机的工作电流，经微处理器的控制处理，以驱动功率模块(power stage)驱动电路并设定功率模块的通断，以达到控制电动机电流的目的，其特征是该装置包含一双电流放大电路、一限流侦测电路及一过电流侦测电路，所述双电流放大电路接收电流侦测器送出的电流值，经一滤波器的滤波作用后，再经一组放大器将电流信号予以放大，所述限流侦测电路接收被双电流放大电路中的一个放大器放大的电流信号，与一限流比较器预设的限流值比较，把比较后的电流信号送至一锁定(latch)控制电路，经锁定控制电路的锁定，产生一限流标志(current limitingflag)，以送至功率模块驱动电路的控制功率模块，来控制电动机的限流，与此同时，所述微处理器在预定的时间内送出限流复位信号以复位锁定控制电路中的电流信号，所述过电流侦测电路接收被双电流放大电路的另一放大器放大的电流信号，与一过电流比较器预设的过电流值比较，把此较后的电流信号送至另一锁定控制电路，经锁定控制电路的锁定，产生一过电流标志，以送至功率模块驱动电路控制功率模块，来控制电动机的过电流，与此同时，所述微处理器在预定的时间内送出过电流复位信号以复位所述控制电路中的电流信号，这样，通过电流侦测器测得电动机电流后，经由不同的滤波、信号放大处理、及限流比较和锁定限流标志等程序，以期获得快速且精确的电流响应。
下面结合附图及实施例对本发明进行详细说明
图1是本发明较佳实施例的方块流程图。
图2是本发明较佳实施例电流控制的流程图。
图3是本发明较佳实施例的双电流放大路的电路图。
图4是本发明较佳实施例的第一波形图。
图5是本发明较佳实施例的第二波形图。
图6是本发明较佳实施例的功率模块的电路图。
图7是本发明较佳实施例的第一电动机线圈电流流向示意图。
图8是本发明较佳实施例的第二电动机线圈电流流向示意图。
图9是本发明较佳实施例的第三电动机线圈电流流向示意图。
图10是本发明较佳实施例的电流比较及锁定电路的电路图。
如图1所示，本发明的电动机控制器的双回路电流限流控制装置，由电流侦测器10侦测电动机20的工作电流，经微处理器30的控制处理，以驱动功率模块驱动电路40并设定功率模块50的通断，以达到控制电动机20电流的目的，该装置还包含一双电流放大电路60、一限流侦测电路70及一过电流侦测电路80。
结合图2、3所示，双电流放大电路60接收电流侦测器10送出的电流值，经一滤波器61的滤波作用后，再经一组放大器62、63将电流信号予以放大。
如图1、2所示，限流侦测电路70接收被双电流放大电路60中的一个放大器62放大的电流信号，与一限流比较器71预设的限流值比较，把比较后的电流信号则送至限流用的一锁定控制电路72，经限流用的锁定控制电路72所锁定，产生一限流标志，以送至功率模块驱动电路40控制功率模块50，而控制电动机20的限流，与此同时，微处理器30在预定的时间(如图4所示，约每隔125μs就连续送出一限流复位信号)内送出限流复位信号以复位锁定控制电路72中的电流信号。
如图1、2所示，过电流侦测电路80接收被双电流放大电路60的另一放大器63放大的电流信号，与一过电流比较器81预设的过电流值比较，把比较后的电流信号送至过电流用的另一锁定控制电路82，经锁定控制电路82的锁定，产生一过电流标志，以送至功率模块驱动电路40的控制功率模块50，来控制电动机20的过电流，与此同时，微处理器30在预定的时间内(如图5所示，约5个PWM周期625μs连续送出一过电流复位信号)送出过电流复位信号以复位锁定控制电路82中的电流信号。
另外，本发明的电动机控制器的双回路电流限流控制装置的操作时序如图4所示，首先，在未发生限流以前，功率模块50的输出完全跟随脉冲宽度调制信号，以控制输送至电动机的功率，由微处理器30产生与脉冲宽度调制信号周期(PWMCycle)同步的复位信号，且不影响限流标志，复位脉冲宽度约为3μs～脉冲宽度调制信号周期的10％，可使整体电路的操作最佳化，而假设在时间t1产生限流，门控制电路会立即将限流标志拉至低基准，并维持住(hold)，同时也停止功率模块50的输出，直到下一个脉冲宽度调制周期开始，微处理器30对锁定控制电路复位，限流标志才恢复至高基准，功率模块50则开始进行输出。如图5所示，过电流控制操作时序与限流控制作时序略同，其不同处只是微处理器30对锁定控制电路的复位周期时间不同，约为5个PWM周期625μs，如过电流标志连续产生3次，功率模块50立即停止所有输出，微处理器30等待下一个使用人给予电源复位(power reset)信号，才恢复正常操作。
使用时，如图1、2所示，电动机控制器的双回路电流限流控制装置控制操作时，首先，由电流侦测器10测得电动机20的工作电流，并将侦测值传递至双电流放大回路610进行放大处理，放大后的电流值，分别经过限流侦测电路70及过电流侦测电路80的限流比较器71、过电流比较器81进行锁定控制，此时，当该电动机20的电流超过限流值(约为额定电流)时，限流侦测电路70将开始操作，使锁定控制电路72维持住限流标志(如图10所示，限流比较器71将送出信号至限流锁定控制电路72使其Q1、Q2皆呈ON状态，产生限流标志，同时维持hold状态)，并将此限流标志送往功率模块驱动电路40，以控制功率模块50进行控制电动机20的限流，下一周期开始，微处理器30送出一限流复位信号复位锁定控制电路72，如图6、7所示，此时功率模块50断开低侧(Low side)的功率元件，使电动机20的电流在高侧(Hiside)功率元件及电动机20线圈间环流，在未发生限流时，电流从电源线正端流经高测功率元件，经由电动机20、再从低测功率元件流回电源线负端，也就是电源线正端→Qa→电动机U线圈→电动机V线圈→Qb’→电源线负端。
在上述模式下，电能由电池21输送至电动机20(如图2所示)，使电动机20加速运转如图8所示，而当限流发生时，电流由电源线正端流经电动机20，再从另一组未导通的高侧功率元件，经其飞轮(free wheel)二极管Db流回电源线正端，也就是电源线正端→Qa→电动机U线圈→电动机V线圈→Db→电源线正端此时，电池21并未传送电能给该电动机20，该电动机20电流即缓慢下降，而该限流装置的锁定控制驱动方式，可随脉冲宽度调制(PWM)信号复位，使得在每一个控制周期(PWM cycle)低侧功率元件至少会导通整体锁定控制的反应时间(约3μs)，以维持住该电动机20的工作电流，不致让该电动机20电流进一步下降，如此，将可减少该电动机20的电流波动，且维持电动机20的输出扭力，以提高限流时该电动机20的平均电流。
而当该电动机20的电流超过电流值(约为1.5倍额定值)时，如图9所示，过电流侦测电路操作，产生过电流标志，为达到保护电动机的目的，此过电流标志(over current flag)会传递至微处理器30及功率模块驱动电路40，而立即停止高侧及低侧的功率元件，迫使电动机20的电流透过高侧及低侧的飞轮二极管Db和Da’流向电池，亦即电动机V线圈→Db→电源线正端→电池→电源线负端→Da’→电动机U线圈将电动机20的动能转换成电能储回电池21(如图2所示)，以达到快速降低电动机20电流而保护电动机20的目的。
其次，由于本发明的限流及过电流锁定控制电路72、82由微处理器30进行复位，这样，将可使限流及过电流锁定控制电路72、82能与功率模块驱动电路40的脉冲宽度调制信号同步，以增加限流控制的稳定性以及可靠性。
本发明可获得的功效如下所述一、如图1、2、3所示，双电流放大回路60采用运算放大器62、63(OP1、OP2)及滤波器61完成，也就是流经功率模块50、电动机20的电流在电流侦测器10上是以电压的形式返回，经由C1、C2滤波器去除其噪后，分别由运算放大器62、63(OP1、OP2)进行信号放大处理，而运算放大器62(OP1)的前置滤波器(R1、C3)在设计上可快速反应实际的电流值，接著，经由运算放大器62(OP1)放大后，与该限流比较器71(CM1)预设的限流值比较，通常预设限流值为电动机的额定电流值，该限流比较器71(CM1)的输出即为限流标志，该限流标志会传递至功率模块驱动电路40，以控制电动机20的电流。
然而，运算放大器63(OP2)的前置滤波器(R2、C4)在设计上反应较慢，但可精确的反应实际的电流值，避免过电流侦测电路80受开关噪声(switching noise)干扰而误操作，因过电流侦测属保护措施，应对噪声有好的免疫力，所以在设计上反应较限流部份慢，而电流侦测器10经由放大器63(OP2)放大后，与过电流比较器81(CM2)预设的过电流值比较，该过电流比较器81的输出即为过电流标志会传递至锁定控制电路82，以控制电动机20的电流。
二、如图1、2所示，限流侦测电路70以及过电流侦测电路80采用比较器的操作方式完成，而该比较器是配合锁定控制、加速过电流及限流比较电路的反应时间，锁定控制电路72、82主要维持住限流标志及过电流标志的状态，避免因受噪声干扰而增加功率电路的开关损耗(switching loss)，所以，如图10所示，本装置的锁定控制电路是由晶体管Q1、Q2、二极管D1、D2及电阻R11、R12、R13、R14组成，限流标志产生时，晶体管Q1随即导通，Q1导通后Q2随即导通，Q2导通后即维持住限流标志，此时锁定控制电路工作在设定模式，直到限流复位信号输入后，门控制电路才恢复至复位模式，恢复原本的限流标志(过电流锁定控制电路82的原理同限流锁定控制电路72)，而整体的锁定控制的反应时间如下反应时间＝前置滤波器反应时间＋放大器反应时间＋比较器反应时间＋晶体管反应时间＝整体反应时间约为3μs而已。
综上所述，本发明通过电流侦测器测得电动机电流，经由不同的滤波信号放大处理、限流比较及锁定限流标志等程序，可获得快速且精确的电流，且本发明除了采用独立的过电流及限流侦测电路，可提高电动机控制器的可靠度，并且以锁定控制电路的控制方式，也可提高限流控制时的稳定性，可减少电动机电流的波动，并增加电动机的平均电流，使电动机的扭力更加平顺。
权利要求
1.一种电动机控制器的双回路电流限流控制装置，由电流侦测器侦测电动机的工作电流，经微处理器的控制处理，以驱动功率模块驱动电路并设定功率模块的通断，来控制电动机电流，其特征在于该装置还包含一双电流放大电路、一限流侦测电路及一过电流侦测电路；双电流放大电路接收电流侦测器送出的电流值，经一滤波器的滤波作用后，再经一组放大器将电流信号予以放大；限流侦测电路接收被双电流放大电路中的一个放大器放大的电流信号，与一限流比较器的限流值比较，把比较后的电流信号送至一锁定控制电路，经锁定控制电路的锁定而产生一限流标志，以送至功率模块驱动电路控制功率模块，来控制该电动机的限流，且微处理器送出限流复位信号以复位锁定控制电路中的电流信号；过电流侦测电路接收被双电流放大电路中另一放大器放大的电流信号，与一过电流比较器的过电流值比较，把此较后的电流信号送至另一锁定控制电路，经所述另一锁定控制电路的锁定而产生一过电流标志，以送至功率模块驱动电路控制功率模块，来控制电动机的过电流，且微处理器送出过电流复位信号以复位所述另一锁定控制电路中的电流信号。
2.如权利要求1所述的电动机控制器的双回路电流限流控制装置，其特征在于所述限流及过电流侦测电路由微处理器进行复位，所述限流及过电流锁定控制电路能与功率模块驱动器中的脉冲宽度调制信号同步。
3.如权利要求1所述的电动机控制器的双回路电流限流控制装置，其特征在于微处理器与脉冲宽度调制信号同步送出一限流复位信号控制限流锁定控制电路，并产生一限流标志，而所述复位信号的脉冲宽度约在3μs至脉冲宽度调制周期10％的宽度内。
4.如权利要求1所述的电动机控制器的双回路电流限流控制装置，其特征在于微处理器约5个脉冲宽度调制周期625μs才送出一过电流复位信号以控制过电流锁定控制电路，并产生一过电流标志。
全文摘要
一种电动机控制器的双回路电流限流控制装置,是一种稳定性高、可减少电动机电流的波动、可增加电动机的平均电流,使电动机的扭力更加平顺的装置,它是由一双电流放大电路、一限流侦测电路及一过电流侦测电路组成,通过电流侦测器测得电动机电流,经由不同的滤波信号放大处理、限流比较及锁定限流标志等程序,以获得快速且精确的电流响应。
文档编号H02P7/00GK1331507SQ00119990
公开日2002年1月16日 申请日期2000年6月27日 优先权日2000年6月27日
发明者林启宗, 邱胜琳 申请人:环隆电气股份有限公司