监控电机运行状况的电路及包含该电路的电机驱动电路的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种监控电机运行状况的电路及包含该电路的电机驱动电路。该监控电机运行状况的电路包括：用于通过滤除电机换向电流中的相对高频的分量来得到指示电机换向电流中的相对低频特征（例如反电动势纹波）的电机信号的电路。该监控电机运行状况的电路也包括用于从低频特征产生脉冲的电路，该脉冲的宽度和从电机信号获得的电机速度有关。该用于从低频特征产生脉冲的电路包括一个门限电路，该门限电路提供指示所述电机换向电流的信号和所述电机换向电流的平均电流信号的对比输出。该电路输出可用于在电机故障时进行动作的控制功能，或以用户界面告警的方式提供一个输出信号以通知用户该电机故障或电机运行产生故障。
【专利说明】监控电机运行状况的电路及包含该电路的电机驱动电路
【技术领域】
[0001 ] 本发明涉及一种监控电机运行状况的电路及包含该电路的电机驱动电路，特别涉及驱动制冷风扇的无刷直流电机(BLDC)。
【背景技术】
[0002]诸如无刷直流电机(BLDC)的特征在于定子和转子之间无任何电气接触。电机根据检测到的转子位置来切换定子绕组电压以控制电机换向。在换向周期内，当换向发生时绕组内的换向电流波形具有和换向事件有关的高频分量(尖峰)，并且其中的低频分量是由于绕组(纹波)电感造成的反电动势所引起的换向波形的一部分。当电机速度变化时，波形中的事件周期的频率因绕组换向率的增加而增加。
[0003]在监控运行中的无刷直流电机时，很自然地假设和换向有关的高频尖峰构成了波形中最明确的点以监控(例如)电机速度。为此，过去人们提议专注于尖峰而放弃波形中的其它部分，因为他们认为这些部分没有有用信息。例如，在美国专利6054823中公开了一种系统，该专利指出高频信息是“需要的”信息，而低频信息是“不需要的”信息。
[0004]在实际应用中，采用高频换向尖峰不是一种直接方法。首先，实际情况下，尖峰“埋没”在波形中并不容易被隔离出来。其次，不同的电机和电机类型，其尖峰的形状和幅值也不相同。而且它们在短暂时间内比较窄。因此，当设计一种监控电机故障的系统时，采用尖峰的方法比看上去要困难的多。
[0005]无刷直流电机的一个典型应用是(例如)驱动计算机机柜中的风扇以冷却工作部件。若风扇出了故障，则会由于计算机过热而导致计算机被损坏。因此，对于这种应用和很多其它应用中很重要的一点是监控电机的运行状况以确保电机有效运行。当电机故障时或其有效运行受到影响时，需要能够产生告警信号或其它动作信号以便于用户或应用系统可以针对相关的运行部件采取补救措施以防止或缓和由于电机故障而导致的损坏。因此，需要一种可靠并广泛适用的监控电机运行状况的方法或装置，这种方法或装置不用直接接触电机本身，也不会要求有任何复杂的设置过程，并且在许多不同应用场合下应该是通用的。
【发明内容】
[0006]针对现有技术中存在的缺点，本发明公开的实施例提供了一种改进的监控电机运行状况的电路及包含该电路的电机驱动电路。
[0007]—方面，本发明提供了一种监控电机运行状况的电路，包括:用于通过滤除电机换向电流中的相对高频的分量来获得指示电机换向电流中的相对低频特征的电机信号的电路；还包括:用于产生脉冲的电路，所述脉冲的宽度与从电机信号获得的电机速度有关，所述用于产生脉冲的电路包括门限电路，所述门限电路提供指示所述电机换向电流的信号和所述电机换向电流的平均电流信号的对比输出。
[0008]上述门限电路包括低通滤波器，所述低通滤波器产生基本恒定的平均信号。
[0009]上述用于产生脉冲的电路包括一输出，以可操作地从所述脉冲产生信号，该信号的幅值表明所述电机速度。
[0010]上述用于产生脉冲的电路的输出包括电容器，所述电容器的放电和所施加的脉冲宽度成反比，因此所述电容器两端的电压与所述电机速度相关。
[0011]另一方面，本发明还提供了一种电机驱动电路，包括由开关控制的电机和上述的监控电机运行状况的电路，其中连接用于获得电机信号的所述电路以通过所述开关接收指不电机换向电流的信号。
[0012]上述电机是无刷直流电机。
[0013]上述电机换向电流中的相对低频特征是反电动势纹波。
[0014]上述驱动电路可操作地连接并驱动冷却风扇。
[0015]优选地，所述低频特征基于电机换向电流中的反电动势纹波。这是许多种电机的一个特点，人们发现通过滤除所述的高频分量可以可靠地获得这种低频特征。
[0016]优选地，所述用于产生脉冲的电路还包括门限电路，所述门限电路提供了指示所述电机换向电流的信号和所述电机换向电流的平均电流信号的对比输出。优选地，所述门限电路包括低通滤波器，所述低通滤波器产生基本恒定的平均信号。
[0017]优选地，所述用于产生脉冲的电路包括输出，以可操作地从所述脉冲产生信号，所述信号的幅值和所述电机速度有关。所述输出可能包括电容器，所述电容器的放电和所施加的脉冲宽度成反比，因此所述电容器两端的电压与所述电机速度成反比相关。
[0018]该电路输出可用于在电机故障时进行动作的控制功能，或以用户界面告警的方式提供一个输出信号以通知用户该电机故障或电机运行产生故障。例如，在计算机风扇电机中，该电路输出可以返回到控制微处理器以便于微处理器采取有效动作从而防止计算机过热。
【专利附图】
【附图说明】
[0019]通过以下对附图的描述，本发明实施方式的特征和优点将变得更加容易理解，其中:
[0020]图1是用于监控风扇电机运行状况的电路框图。
[0021]图2是图1中所示电机基于换向电流的一组波形。
【具体实施方式】
[0022]下面对优选实施方式的描述仅仅是示范性的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。在各个附图中采用相同的附图标记来表示相同的部件，因此相同部件的构造将不
再重复描述。
[0023]以下结合附图以及【具体实施方式】对本发明的技术方案做进一步说明。
[0024]在图1中，计算机的风扇驱动电路包括用于驱动风扇的无刷直流风扇电机10，其连接在电源12和14之间。风扇用于使冷空气通过基于处理器的控制器机柜:电机的驱动器是一种典型的控制器。电机绕组两端的电压由开关控制，如图中所示，该开关优选地为单绝缘栅双极型晶体管16 (功率晶体管)。当然，无刷直流电机10可能包括很多相，并且控制每相的功率开关可能包括其它功率开关器件。图中给出的电机和开关仅仅是举例说明目的，不对本发明的技术方案做任何限制。功率晶体管16由栅极驱动电路18控制，栅极驱动电路18由微处理器20 ( μ )控制。分流电阻22和分流电阻24 (Rshunt)与电机10以及功率晶体管16串联连接在正极12及接地的潜在电源14之间。分流电阻24提供一电压降，通过该压降可得到指示换向电流的信号VSHraT。运算放大器26作为比较器。运算放大器26的反向输入端输入由电阻Rl和R2设定的、来自分流电阻24的门限电压VT。来自分流电阻24的同一信号由一个长时间常数的、基于电阻R3和电容Cl的低通滤波器28过滤。滤波器28的输出是通过分流电阻24的电压的平均值Vave并基本上是一个常数值，并连接到运算放大器26的非反向输入端。
[0025]运算放大器26的输出端和电阻R5串联并且通过电阻R5分别和电阻R4和电容C2串联，电阻R4和电容C2连接在信号电压端30和32之间。这里，信号电压Vsrc可很容易从微处理器20供电电压获得。
[0026]在本电路中，运算放大器26反向输入端输入的门限电压Vt可从电阻Rl和电阻R2的比率推导出，而门限电压和平均电压的比率为:
【权利要求】
1.一种监控电机运行状况的电路，其特征在于，包括:用于通过滤除电机换向电流中的相对高频的分量来获得指示电机换向电流中的相对低频特征的电机信号的电路；还包括:用于产生脉冲的电路，所述脉冲的宽度与从所述电机信号获得的电机速度有关，所述用于产生脉冲的电路包括门限电路，所述门限电路提供指示所述电机换向电流的信号和所述电机换向电流的平均电流信号的对比输出。
2.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述门限电路包括低通滤波器，所述低通滤波器产生基本恒定的平均信号。
3.根据权利要求1所述的电路，其特征在于，所述用于产生脉冲的电路包括输出，以可操作地从所述脉冲产生信号，该信号的幅值表明所述电机速度。
4.根据权利要求3所述的电路，其特征在于，所述用于产生脉冲的电路的输出包括电容器，所述电容器的放电和所施加的脉冲宽度成反比，因此所述电容器两端的电压与所述电机速度相关。
5.一种电机驱动电路，其特征在于，包括由开关控制的电机和如权利要求1至4中任一项所述的监控电机运行状况的电路，其中连接用于获得电机信号的所述电路以通过所述开关接收指示电机换向电流的信号。
6.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述电机是无刷直流电机。
7.根据权利要求5所述的驱动电路，其特征在于，所述电机换向电流中的相对低频特征是反电动势纹波。
8.根据权利要求5至7中任一项所述的驱动电路，其特征在于，所述驱动电路可操作地连接并驱动冷却风扇。
【文档编号】H02P6/12GK103812395SQ201310535125
【公开日】2014年5月21日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2012年11月2日
【发明者】西蒙·大卫·哈特, 安东尼·约翰·韦伯斯特, 孔达拉·拉奥·甘杜 申请人:控制技术有限公司