三相马达控制电路和三相马达控制方法与流程

本公开涉及三相马达控制电路。
背景技术：
：在用于转换输入电以将转换的电供应至三相马达的逆变器电路中，由于意外因素而可能向三相马达供应过电(over-power)或欠电(under-power)。因此，可能发生三相马达失效或出现故障的问题。近来，在逆变器电路的输出端子和三相马达之间连接用于确定电供应的继电器开关以解决上述问题。同时，由于在使用继电器开关作为场效应晶体管(fet)时，输入电被施加至继电器开关的源极端子，因此继电器开关只有在输入阈值等于或大于输入电的控制信号时才可以正常操作。因此，在解决上述问题的传统方法中，用于确定电供应的继电器开关连接在逆变器电路的输出端子与三相马达之间，并且使用选通驱动器(gatedriver)将由控制器产生的控制信号转换成阈值等于或大于输入电的控制信号。因而，存在的问题是，由于用于将控制信号转换成阈值等于或大于输入电的控制信号的选通驱动器，成本对于行业来说成为负担。另外，确定是否向三相马达供应欠电或过电的传统方法通过由控制器确定三相马达的故障或控制器的部分故障来控制继电器开关的操作。技术实现要素：在该背景下，本公开要提供一种三相马达控制技术，该三相马达控制技术包括在不使用现有选通驱动器的情况下能够操作继电器开关以确定输入到三相马达的电供应的功能。另外，本公开要提供一种三相马达控制技术，该三相马达控制技术能够通过进一步确定逆变器电路的故障来操作继电器开关而无需对控制器进行直接控制。为了解决上述问题，一个实施方式提供了一种三相马达控制电路，该三相马达控制电路包括：逆变器电路，该逆变器电路被构造成将输入电转换成三相电；继电器开关，该继电器开关被构造成基于操作电平的控制信号来确定所述三相电是否被输入至三相马达；操作电路，该操作电路被构造成计算所述三相电和所述输入电以产生所述操作电平；以及放大电路，该放大电路被构造成基于所产生的操作电平将为了操作所述继电器开关而由控制器产生的初始电平的控制信号放大成所述操作电平的控制信号。另一个实施方式提供了一种三相马达控制方法，该方法包括以下步骤：将输入电转换成三相电；基于操作电平的控制信号来确定所述三相电是否被输入至三相马达；通过计算所述三相电和所述输入电产生所述操作电平；以及基于所产生的操作电平将为了操作继电器开关而由控制器产生的初始电平的控制信号放大成所述操作电平的控制信号。附图说明从如下结合附图给出的详细描述，本公开的上述和其它方面、特征和优点将变得更清楚，在附图中：图1是示出了用于描述根据第一实施方式的三相马达控制电路的示例的图；图2是示出了用于描述根据第一实施方式的操作电路的示例的图；图3是示出了用于描述根据第一实施方式的放大电路的示例的图；图4是示出了用于描述根据第一实施方式的三相马达控制电路的操作的示例的图；图5是示出了根据第一实施方式的三相马达控制方法的流程图。具体实施方式下面，将参照例示性附图详细描述一些实施方式。在给予附图元件附图标记时，即使相同组件在不同附图中示出，也给予相同组件相同的附图标记。另外，在本公开的如下描述中，当确定相关的已知构造或功能的详细描述会使本公开的要点模糊不清时，将省略它们的详细描述。此外，在描述本公开的实施方式的组件时，可能使用第一、第二、a、b、(a)、(b)等。这些术语是为了将一个组件与另一个组件区分开，但是这些组件的本质、顺序、次序或数量不受这些术语的限制。当一个元件被描述为“连接”、“联接”或“接触”另一个元件时，该组件可以直接地连接或接触另一个组件，但是应该理解，另一个组件可以“插设”在该组件和另一个组件之间，或者可以“连接”、“联接”或“接触”在二者之间。一般的三相马达控制电路可以包括：逆变器电路，该逆变器电路用于将直流(dc)输入电转换成三相电；继电器开关，该继电器开关用于确定三相电是否被输入至三相马达；和继电器开关的选通驱动器，该选通驱动器用于将微控制器(mcu)产生的控制信号的初始电平放大为预定操作电平。该逆变器电路是三个(具有串联连接的两个开关的)串行开关并联连接的电路，并且逆变器电路可以通过其两个端子(这两个端子是串行开关所并联连接的节点)接收电vin，并且通过其三个端子(这三个端子是串行开关所并联连接的节点)输出三相电u、v和w。继电器开关可以串联连接在三相马达和逆变器电路的输出端子(从该输出端子输出三相电u、v和w)之间，以根据操作电平的控制信号将三相电u、v和w施加至三相马达(on)或将三相电u、v和w与三相马达阻断(off)。继电器开关可以采用任何类型的继电器开关，并且在如下实施方式中，通过将该继电器开关限制为使用场效应晶体管(fet)的继电器开关进行描述。继电器开关有时被称为相fet。这里，操作电平指用于开启继电器开关的控制信号的电平，并且根据继电器开关的规格来确定该操作电平。因而，该操作电平可以具有各种电压值，但是通常用于转向马达控制的继电器开关具有大约24v的电压值。mcu可以检测mcu或三相马达的异常，并且在mcu或三相马达中检测到异常时，mcu可以输出用于将继电器开关关闭的初始电平的控制信号。这里，初始电平是指基本从mcu输出的控制信号的电平，并且初始电平根据mcu的规格来确定。因而，初始电平可以具有各种电压值，并且通常用于转向马达控制的mcu具有大约5v的电压值。继电器开关的选通驱动器可以将mcu产生的初始电平的控制信号转换成操作电平的控制信号以按照mcu中的预期开启或关闭继电器开关。通常，选通驱动器内部包括将电池电压增加至操作电平的电荷泵。因而，继电器开关的选通驱动器可以使用选通驱动器中的内部包含的电荷泵将电池电压增加至操作电平(该操作电平高于或等于继电器开关的之前已知的阈值电压)，并且使用该操作电平，继电器开关的选通驱动器可以将电池电压转换成操作电平的控制信号。更具体地说，当mcu和三相马达正常时，一般三相马达控制电路的mcu输出5v的高初始电平的控制信号，继电器开关的选通驱动器将5v的高初始电平的控制信号转换成24v的高操作电平的控制信号，并且继电器开关根据24v的高操作电平的控制信号开启，使得从逆变器电路输出的三相电u、v和w可以被施加至三相马达。相比而言，当mcu和三相马达异常时，一般三相马达控制电路的mcu输出0v的低初始电平的控制信号，继电器开关的选通驱动器将0v的低初始电平的控制信号转换成0v的低操作电平的控制信号，并且继电器开关根据0v的低操作电平的控制信号关闭，使得从逆变器电路输出的三相电u、v和w可以被阻断从而防止被施加至三相马达。上述一般三相马达控制电路中包含的继电器开关的选通驱动器主要在继电器开关中使用，这是因为选通驱动器可以容易地构成电路并且可以输出稳定的操作电平。然而，在降低生产成本方面，需要一种能够替换继电器开关的选通驱动器的电路。另外，就稳定性来说，需要一种即使在mcu和三相马达发生故障以及当逆变器电路发生故障时也能够阻断三相电u、v和w的电路。下面，作为解决上述问题和需要的电路，将详细描述包括操作电路和放大电路的三相马达控制电路。图1是示出了用于描述根据第一实施方式的三相马达控制电路的示例的图。参照图1，根据第一实施方式的三相马达控制电路100可以包括：逆变器电路110，该逆变器电路110用于将从输入电源10输出的电vin转换成三相电u、v和w；继电器开关120，该继电器开关120用于基于操作电平的控制信号srelay确定三相电u、v和w是否被输入至三相马达20；操作电路130，该操作电路130通过计算三相电u、v和w和从输入电源10输出的电vin来产生操作电平；和放大电路140，该放大电路140基于操作电平将为了操作继电器开关120而由mcu30产生的初始电平的控制信号smcu放大成操作电平的控制信号srelay。根据第一实施方式的三相马达控制电路100的逆变器电路110是这样的电路，其中，三个串行开关并联连接，这三个串行开关中的每个串行开关都具有串联连接的两个开关，并且逆变器电路110可以通过其两个端子(这两个端子是串行开关所并联连接的节点)接收从输入电源10输出的电vin，并且通过其三个端子(这三个端子是串联连接至串行开关的节点)输出三相电u、v和w。可以将三相电u、v和w的最大值确定为考虑到根据逆变器电路110中包含的元件在从输入电源10输出的电vin处的电压降的电压，但是在如下描述中，将在不考虑电压降的情况下来描述根据12v输入电的具有最大值12v的脉冲波形。逆变器电路110通常用于将dc电压输出为三相电u、v和w，因此将省略它的详细描述。根据第一实施方式的三相马达控制电路100的继电器开关120可以串联连接在三相马达20和逆变器电路110的输出端子(从所述输出端子输出三相电u、v和w)之间，以基于操作电平的控制信号将三相电u、v和w施加至三相马达20(on)或者将三相电u、v和w与三相马达20阻断(off)。这里，操作电平是指用于将继电器开关120开启的控制信号的电平，并且操作电平根据继电器开关120的规格来确定。因而，操作电平可以具有各种值，但是操作电平具有基于通常用于转向马达控制的大约24v的电压值。根据第一实施方式的三相马达控制电路100的操作电路130可以通过计算从输入电源10输出的电vin和从逆变器电路110输出的三相电u、v和w产生操作电平。将参照图2对此进行详细描述，图2是示出了用于描述根据第一实施的操作电路130的示例的图。参照图2，操作电路130可以被构造成使得第一二极管131的阴极和第二二极管132的阳极连接至第一节点node1(第一u相电施加至该第一节点)，第三二极管133的阴极和第四二极管134的阳极连接至第二节点node2(第二v相电施加至该第二节点)，第五二极管135的阴极和第六二极管136的阳极连接至第三节点node3(第三w相电施加至该第三节点)，从输入电源10输出的电vin供应至第一二极管131、第三二极管133和第五二极管135的阳极，并且第二二极管132、第四二极管134和第六二极管136的阴极连接至放大电路140的输入端子。第一u相电、第二v相电和第三w相电是指构成三相电u、v和w的相电。因而，操作电路130可以通过计算第一u相电和从输入电源10输出的电vin产生第一操作电平v1，通过计算第二v相电和从输入电源10输出的电vin产生第二操作电平v2，通过计算第三w相电和从输入电源10输出的电vin产生第三操作电平v3，并且通过计算第一操作电平v1、第二操作电平v2和第三操作电平v3而产生操作电平vlevel。这里，从输入电源10输出的电vin具有12v的电压电平，第一u相电、第二v相电和第三w相电(它们都是脉冲波形)中的每个的最大值为12v的电压电平，并且其最小值为0v的电压电平。因而，第一操作电平v1、第二操作电平v2和第三操作电平v3中的每个都可以为具有24v的最大值和12v的最小值的脉冲波形。另外，操作电平vlevel可以是具有24v的电压电平的dc波形。也就是说，操作电路130包括传统电荷泵的功能。另外，电容器137、138和139分别连接在第一u相电和第一节点node1之间、第二v相电和第二节点node2之间以及第三w相电和第三节点node3之间，使得操作电路130可以保持第一u相电、第二v相电和第三w相电。这是为了精确地计算从输入电源10输出的电vin和第一u相电、第二v相电和第三w相电中的每个。当不连接电容器137、138和139时，不对从输入电源10输出的电vin和第一u相电、第二v相电和第三w相电中的每个进行计算，因此存在的问题在于，第一操作电平v1、第二操作电平v2和第三操作电平v3中的每个都被输出为具有12v电压电平的dc波形。根据一个实施方式，当三相电u、v和w当中的一个或两个没有被供应时，操作电路130可以通过计算从输入电源10输出的电vin和三相电u、v和w当中的供应的电而产生操作电平。例如，当用于供应第一u相电的电路发生故障时，操作电路130可以通过计算从输入电源10输出的电vin和第二v相电以及第三w相电中的每个而产生操作电平。另外，当用于供应第一u相电和第二v相电的电路发生故障时，操作电路130可以通过计算第三w相电和从输入电源10输出的电vin而产生操作电压。因而，即使当用于供应三相电u、v和w的电路中的一个或两个电路发生故障时，操作电路130也可以稳定地产生操作电平，从而可以确保用于故障的冗余。根据第一实施方式的三相马达控制电路100的放大电路140可以基于由操作电路130产生的操作电平而将为了操作继电器开关120而由mcu30产生的初始电平的控制信号smcu放大成操作电平的控制信号srelay。将参照图3对此进行详细描述，图3是示出用于描述根据第一实施方式的放大电路140的示例的图。参照图3，放大电路140被构造成使得由操作电路130产生的操作电平被施加至pnp双极结型晶体管(bjt)141的发射极e，继电器开关120的栅极g连接至该pnp-bjt141的集电极c，pnp-bjt141的基极b连接至npn-bjt143的集电极c，由mcu30产生的初始电平的控制信号smcu被施加至npn-bjt143的基极b，并且npn-bjt143的发射极e接地，从而使得放大电路140可以将初始电平的控制信号smcu放大成操作电平的控制信号srelay。与fet不同，bjt可以根据由mcu30产生的初始电平的控制信号来操作。另外，pnp-bjt141可以在施加gnd信号时开启，并且可以在施加高电平电压时关闭，npn-bjt143可以在施加高电平电压时开启，并且可以在施加gnd信号时关闭。因而，当从mcu30向npn-bjt143的基极施加高电平电压作为初始电平的控制信号时，npn-bjt143开启，并且向pnp-bjt141的基极b施加gnd信号，从而可以将pnp-bjt141开启。因此，可以向继电器开关120的栅极施加操作电平vlevel。相比而言，当从mcu30向npn-bjt143的基极b施加低电平电压作为初始电平的控制信号时，npn-bjt143关闭，并且向pnp-bjt141的基极b施加高电平电压，从而可以将pnp-bjt141关闭。因而，可以通过连接在pnp-bjt141的集电极c和地之间的下拉电阻器(未示出)向继电器开关120的栅极施加0v的电压电平。结果，放大电路140可以将初始电平的控制信号放大成与操作电路130产生的操作电平对应的操作电平的控制信号。另外，电容器145连接在操作电平vlevel的节点和地节点之间，使得放大电路140可以保持操作电平vlevel。当电容器145没有连接在操作电平vlevel的节点和地节点之间时，可能产生操作电平vlevel的不连续。不连续意味着，第一u相电、第二v相电和第三w相电中的每个在信号电压值发生改变而不具有固定电压值的点处都具有零电压值。根据一个实施方式，放大电路140还可以包括连接至放大电路140的输入端子的齐纳二极管。齐纳二极管可以输出预定的恒定电压以使施加至放大电路140的电压稳定。放大电路140可以在从齐纳二极管输出的预定的恒定电压稳定地操作。根据一个实施方式，放大电路140可以进一步包括用于监测施加至每个端子的电压或流到每个端子的电流的传感器。由传感器感测的电压值或电流值可以被发送至mcu30。mcu30可以基于所接收的多条信息输出控制信号。根据第一实施方式的上述三相马达控制电路100可以如图4中所示地操作。图4是示出了用于描述根据第一实施方式的三相马达控制电路的操作的示例的图，并且图4示出了根据时间t的初始电平的控制信号410(smcu)、根据时间t的第一u相电420、根据时间t的第二v相电430、根据时间t的第三w相电440、根据时间t的操作电平450(vlevel)以及根据时间t的操作电平的控制信号460(srelay)，并且图4示出了在时间t1时在逆变器电路110中发生故障以及在时间t1之后作为错误的三相电的第一u相电420、第二v相电430和第三w相电440中的每个都具有零电压电平的情况。参照图4，mcu30可以产生具有峰值von的初始电平的控制信号410(smcu)，逆变器电路110可以将输入电vin转换成第一u相电420、第二v相电430和第三w相电440(每个均具有峰值vphase)，并且操作电路130可以产生操作电平450(vlevel)，放大电路140可以将初始电平的控制信号(smcu)转换成操作电平450(vlevel)的控制信号460(srelay)。更具体地说，操作电路130可以在时间t1之前产生vin+vphase的操作电平，并且可以在时间t1之后通过计算输入电vin和包括第一u相电420、第二v相电430和第三w相电440的三相电u、v和w来产生vin的操作电平。因而，放大电路140可以将由mcu30产生的初始电平的控制信号410(smcu)放大成由操作电路130产生的操作电平以输出操作电平的控制信号460(srelay)。也就是说，操作电平的控制信号460(srelay)在时间t1之前可以作为vin+vphase的正常操作电平的控制信号产生，在时间t1之后可以作为vin的异常的错误操作电平的控制信号产生。正常操作电平是指作为能够将继电器开关120开启的操作电平的vin+vphase的电压电平，错误操作电平是指作为不能将继电器开关120开启的操作电平的vin的电压电平。总之，当在逆变器电路110中发生故障并且转换错误三相电时，放大电路140由于错误操作电平(该错误操作电平是由于在操作电路130中计算错误的三相电和输入电vin产生的)而向继电器开关120输入错误操作电平的控制信号，因而将继电器开关120关闭，从而不会向三相马达20施加三相电u、v和w。相比而言，当逆变器电路110正常操作并且转换正常三相电时，放大电路140由于通过正常操作电平(该正常操作电平是由于在操作电路130中计算正常三相电和输入电vin而产生的)而向继电器开关120输入正常操作电平的控制信号，因而将继电器开关120开启，从而向三相马达120施加三相电u、v和w。也就是说，根据第一实施方式的三相马达控制电路100可以按照下表1操作。[表1]逆变器电路是否发生故障初始电平的控制信号操作电平继电器开关的操作当逆变器电路正常时低vin+vphase关当逆变器电路正常时高vin+vphase开当逆变器电路发生故障时低vin关当逆变器电路发生故障时高vin关图4的初始电平的控制信号410(smcu)示出了任意产生的波形以描述根据第一实施方式的三相马达控制电路100的操作，并且在实际操作中，初始电平的控制信号(smcu)可以与mcu30产生的初始电平的控制信号不同。如上所述，参照图1至图4描述的根据第一实施方式的三相马达控制电路100可以基于由mcu30产生的控制信号来开启或关闭继电器开关120，而无需使用继电器开关的选通驱动器。另外，根据第一实施方式的三相马达控制电路100，具有即使当mcu30和三相马达20以及逆变器电路110发生故障时也能够通过阻断三相电u、v和w而保护三相马达20的效果。下面，将简要描述作为由参照图1至图4描述的三相马达控制电路100进行的操作的三相马达控制方法。图5是示出了根据第一实施方式的三相马达控制方法的流程图。参照图5，根据第一实施方式的三相马达控制方法可以包括：将输入电vin转换成三相电u、v和w(s500)；基于操作电平的控制信号确定三相电u、v和w是否被输入至三相马达20(s510)；通过计算三相电u、v和w和输入电vin产生操作电平(s520)；以及将为了操作继电器开关120而由mcu30产生的初始电平的控制信号放大成操作电平的控制信号(s530)。根据第一实施方式的三相马达控制方法的输入电vin转换成三相电u、v和w的(s500)可以包括向逆变器电路110的输入端子施加输入电vin，并且在逆变器电路100的输出端子处获得三相电u、v和w。逆变器电路110是三个串行开关并联连接(每个串行开关都具有串联连接的两个开关)的电路，并且逆变器电路110可以通过其两个端子(这两个端子是串行开关所并联连接的节点)接收输入电vin，并且通过其三个端子(这三个端子是串联连接至串行开关的节点)输出三相电u、v和w。可以将三相电u、v和w的最大值确定为考虑到根据逆变器电路110中包含的元件在从输入电vin处的电压降的电压，但是在如下描述中，将在不考虑电压降的情况下来描述根据12v的输入电具有最大值12v的脉冲波形。逆变器电路110通常用于将dc电压输出为三相电u、v和w，因此将省略它的详细描述。根据第一实施方式的三相马达控制方法的确定三相电u、v和w是否被输入至三相马达20(s510)可以包括：向继电器开关120的输入端子供应三相电u、v和w；将操作电平的控制信号传输至继电器开关120的控制端子；以及确定三相电u、v和w是否被输入至三相马达20。也就是说，继电器开关120可以串联连接在三相马达20和逆变器电路110输出三相电u、v和w的输出端子之间，以基于操作电平的控制信号向三相马达20施加三相电u、v和w(on)或将三相电u、v和w与三相马达20阻断(off)。这里，操作电平是指用于将继电器开关120开启的控制信号的电平，并且该操作电平根据继电器开关120的规格来确定。因而，该操作电平可以具有各种值，但是根据通常用于转向马达控制的继电器开关，该操作电平具有大约24v的电压值。根据第一实施方式的三相马达控制方法的操作电平的产生(s520)可以包括通过计算三相电u、v和w以及输入电vin来产生操作电压。产生操作电平(s520)的具体操作可以通过将三相电u、v和w以及输入电vin输入到图2所述的操作电路130来执行。根据一个实施方式，当没有供应三相电u、v和w中的一个或两个时，操作电平的产生(s520)可以包括通过计算输入电vin以及三相电u、v和w中的供应的电来产生操作电平。例如，当用于供应第一u相电的电路发生故障时，操作电路130可以通过计算输入电vin以及第二v相和第三w相中的每个来产生操作电平。另外，当用于供应第一u相电和第二v相电的电路发生故障时，操作电路130可以通过计算第三w相电和输入电vin来产生操作电平。因此，即使当用于供应三相电u、v和w的电路当中的一个或两个发生故障时，操作电路130也可以稳定地产生操作电平，从而可以保证用于故障的冗余。根据第一实施方式的三相马达控制方法的将初始电平的控制信号放大成操作电平的控制信号(s530)可以包括基于所产生的操作电平将为了操作继电器开关120而由mcu30产生的初始电平的控制信号放大成操作电平的控制信号。放大初始电平的控制信号(s530)的具体操作可以通过将初始电平的控制信号和操作电平的控制信号输入到图3中所示的放大电路140来进行。图5所示的根据第一实施方式的三相马达控制方法可以基于由mcu30产生的控制信号来开启或关闭继电器开关120，而无需使用继电器开关的选通驱动器。另外，根据第一实施方式的三相马达控制方法，具有即使当mcu30和三相马达20发生故障并且逆变器电路110也发生故障时也能够通过阻断三相电u、v和w而保护三相马达20的效果。另外，三相马达控制方法可以执行由参照图1至图4描述的三相马达控制电路100执行的所有操作。如上所述，根据这些实施方式，能够提供一种三相马达控制技术，该三相马达控制技术包括能够操作继电器开关以在不使用现有选通驱动器的情况下确定输入至三相马达的电供应的功能。另外，能够提供一种三相马达控制技术，该三相马达控制技术能够在不需要控制器直接干预的情况下，通过进一步确定逆变器电路的故障来操作继电器开关。尽管已经描述了三相马达，但是本公开不限于此。本公开中描述的内容可以应用于开启或关闭马达的相电的其它马达系统，除了这些内容在实践上难以应用的情况之外。以上描述和附图仅仅是本公开的技术精神的例示，并且应该理解，在不脱离本公开的实质性特征的情况下，本领域技术人员能够设计出各种修改和改变，诸如组合、分离、替换、改变等等。因此，这里公开的实施方式不应该以限制本公开的的技术精神的意义来看，而是为了对本公开进行说明，并且技术精神的范围不限于这些实施方式。这些实施方式的范围应该由所附权利要求与这些权利要求所拥有的等同物的全部范围一起来解释。相关申请的交叉引用本申请要求2017年8月8日提交的韩国专利申请no.10-2017-0100076的优先权，出于所有目的，在此通过参考将该申请结合在本文中，就如同在本文中充分地阐述了一样。当前第1页12