本發(fā)明涉及逆變器控制的電機驅(qū)動裝置。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的電機驅(qū)動裝置中，在逆變電路的高壓側(cè)開關(guān)元件驅(qū)動部使用由二極管、電阻和電容器構(gòu)成的自舉電源(bootstrap電源)。自舉電源的電容器在電機起動時，導通或斷開逆變電路的低壓側(cè)開關(guān)元件，由此被充電至穩(wěn)定的電位(例如參照專利文獻1)。

圖6表示專利文獻1中記載的現(xiàn)有的電機驅(qū)動裝置。圖6表示驅(qū)動三相電機的電機驅(qū)動裝置的一個相(U相)的逆變器、驅(qū)動電路和自舉電路的連接關(guān)系。

在圖6中，驅(qū)動三相電機的逆變器102(圖6中僅表示對應一個相的部分)由使用六個將開關(guān)元件和二極管反并聯(lián)連接的電路的三相全橋構(gòu)成。

高壓側(cè)驅(qū)動電路104和低壓側(cè)驅(qū)動電路105分別根據(jù)輸入信號Up和輸入信號Un的狀態(tài)、進行高壓側(cè)開關(guān)元件102a和低壓側(cè)開關(guān)元件102b的導通和斷開控制。

U相自舉電路106由15V左右的直流電源106a、二極管106b、電阻106c和電容器106d的串聯(lián)連接構(gòu)成。電容器106d的負電位側(cè)與高壓側(cè)驅(qū)動電路104的負電位側(cè)連接，與高壓側(cè)開關(guān)元件102a的發(fā)射極端子共同連接。電容器106d的正側(cè)端子與高壓側(cè)驅(qū)動電路104的電源側(cè)端子連接。

在即將使電機起動之前，使低壓側(cè)開關(guān)元件102b按導通斷開占空比(on-off duty)50％斷續(xù)通電，由此，在低壓側(cè)開關(guān)元件102b導通狀態(tài)的時間中，電容器106d自直流電源106a經(jīng)二極管106b和電阻106c被初始充電。由此確保高壓側(cè)驅(qū)動電路104的電源，高壓側(cè)開關(guān)元件102a成為可驅(qū)動狀態(tài)。

接著，每當使電機旋轉(zhuǎn)起動時，高壓側(cè)開關(guān)元件102a被進行PWM控制。此處，對自舉電路106的充電的動作進行說明。在高壓側(cè)開關(guān)元件102a斷開時，電機(未圖示)的電感的蓄積能量作為再生電流經(jīng)低壓側(cè)二極管102h流動。此時，自舉電路106的電容器106d的負側(cè)端子接近逆變器102的電路的GND電平，電容器106d被充電。由此，在低壓側(cè)開關(guān)元件102b被導通的情況下和高壓側(cè)開關(guān)元件102a在導通后被斷開的情況下，電容器106d被充電，自舉電位被保持穩(wěn)定的電位。

在上述現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，在自舉電路的二極管中需要能夠以高速進行導通和斷開且具有能夠以短時間向電容器注入充電電荷的比較大的額定電流的高速二極管、和用于將電容器的充電電流抑制為二極管額定值以下的電流限制電阻。進一步，自舉電路需要三個相，各電路為了保持高的電位差而需要保持與安全限制相應的絕緣距離，從而電路面積會變大。

因此，近年來，使用將自舉電路的二極管換成能夠進行高速開關(guān)的MOSFET、通過使MOSFET的柵極驅(qū)動與低壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動信號同步的充電泵電源(charge pump電源)的充電而進行自舉電路的充電的結(jié)構(gòu)。此外，提案有通過自舉電路和逆變器的開關(guān)元件的驅(qū)動部使用單芯片的集成電路的元件實現(xiàn)的、電路部件個數(shù)的削減和小型化。

但是，在需要的現(xiàn)有的結(jié)構(gòu)中，在電機剛剛起動后的低速驅(qū)動區(qū)域，低壓側(cè)開關(guān)元件連續(xù)通電，MOSFET柵極驅(qū)動的充電泵電源的電位降低。由此，自舉電源的開關(guān)部成為斷開狀態(tài)，產(chǎn)生電機的起動不良。

現(xiàn)有技術(shù)文獻

專利文獻

專利文獻1：日本特開2000-23484號公報。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明是鑒于現(xiàn)有的問題而完成的發(fā)明，是能夠在自舉電源的開關(guān)部的驅(qū)動電源確保穩(wěn)定的電壓、可靠地使自舉電源的開關(guān)部導通和斷開的電機驅(qū)動裝置。即，本發(fā)明的電機驅(qū)動裝置包括：無刷DC電 機，其包括具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子、和定子；逆變器，其在將高壓側(cè)開關(guān)元件與低壓側(cè)開關(guān)元件串聯(lián)連接而成的一對開關(guān)元件并聯(lián)連接三對后的兩端輸入直流電壓輸出交流電壓；自舉電源，其具有用于驅(qū)動所述逆變器的所述高壓側(cè)開關(guān)元件的電容器、和開關(guān)部；和驅(qū)動所述自舉電源的開關(guān)部的充電泵電源，所述充電泵電源的所述電容器，在所述逆變器的所述低壓側(cè)開關(guān)元件為斷開狀態(tài)時被充電，控制所述低壓側(cè)開關(guān)元件的導通狀態(tài)的時間和斷開狀態(tài)的時間以使得所述低壓側(cè)開關(guān)元件的被導通時間不比規(guī)定的時間長，從而所述充電泵電源的所述電容器被充電。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，即使電機剛剛起動后等低速驅(qū)動時，也能夠在使自舉電源的開關(guān)部驅(qū)動的充電泵電源確保穩(wěn)定且為一定以上的電位。由此，能夠使自舉電源的開關(guān)部可靠且穩(wěn)定地導通。此外，在逆變器的高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動電路電源確保穩(wěn)定且為一定以上的電位，所以能夠可靠地進行高壓側(cè)開關(guān)元件的導通和斷開控制。

本發(fā)明的電機驅(qū)動裝置優(yōu)選在所述無刷DC電機起動時，使所述定子的繞組通電并使所述逆變器導通狀態(tài)的所述低壓側(cè)開關(guān)元件以任意的頻度斷開，從而使所述充電泵電源的所述電容器充電。

本發(fā)明的電機驅(qū)動裝置優(yōu)選還具有導通時間修正部，該導通時間修正部對所述逆變器的所述高壓側(cè)開關(guān)元件的導通狀態(tài)的時間進行修正，利用所述導通時間修正部修正所述逆變器的所述高壓側(cè)開關(guān)元件的所述導通狀態(tài)的時間。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的實施方式1和實施方式2的電機驅(qū)動裝置的框圖。

圖2是本發(fā)明的實施方式1和實施方式2的電機起動時的時序圖。

圖3是本發(fā)明的實施方式1的電機驅(qū)動裝置的定位時的時序圖。

圖4是本發(fā)明的實施方式2的驅(qū)動信號生成部的框圖。

圖5是本發(fā)明的實施方式2的電機驅(qū)動裝置的定位時的時序圖。

圖6是表示現(xiàn)有的電機驅(qū)動裝置的一個相的電路的電路圖。

具體實施方式

以下、參照附圖對本發(fā)明的實施方式進行說明。此外，本發(fā)明并不由以下的實施方式所限定。

(實施方式1)

圖1是本發(fā)明的實施方式1的電機驅(qū)動裝置的框圖。

在圖1中，無刷DC電機1由具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子1a和三相繞組的定子1b構(gòu)成。逆變器2由串聯(lián)連接6個開關(guān)元件2a～2f而成的電路三電路并聯(lián)連接的三相全橋構(gòu)成。另外，在各開關(guān)元件反并聯(lián)地連接有二極管2g～2l。

無刷DC電機1的定子1b的三相繞組的各端與逆變器2的開關(guān)元件的串聯(lián)連接的連接點連線。此處，對驅(qū)動電路3進行說明。另外，在圖1和本實施方式中，為了簡化說明，驅(qū)動電路3僅記載對應包含高壓側(cè)開關(guān)元件2a和低壓側(cè)開關(guān)元件2b的一個相的部分。另兩個相(包含高壓側(cè)開關(guān)元件2c和低壓側(cè)開關(guān)元件2d的相與包含高壓側(cè)開關(guān)元件2e和低壓側(cè)開關(guān)元件2f的相)也連接至與以下說明的驅(qū)動電路3相同的驅(qū)動電路。

驅(qū)動電路3是逆變器2的開關(guān)元件的驅(qū)動電路。逆變器2的與高壓側(cè)連接的高壓側(cè)開關(guān)元件2a被高壓側(cè)元件驅(qū)動部4根據(jù)輸入至驅(qū)動電路3的高壓側(cè)元件驅(qū)動部4的Hin信號驅(qū)動。此外，逆變器2的與接地側(cè)連接的低壓側(cè)開關(guān)元件2b，由低壓側(cè)元件驅(qū)動部5根據(jù)輸入至驅(qū)動電路3的低壓側(cè)元件驅(qū)動部5的Lin信號驅(qū)動。

自舉電源6由二極管6a、開關(guān)部6b和電容器6c構(gòu)成。自舉電源6是高壓側(cè)元件驅(qū)動部4的電源，為開關(guān)部6b的驅(qū)動電壓。另外，開關(guān)部6b優(yōu)選使用半導體元件開關(guān)元件，例如使用MOSFET等。

作為開關(guān)驅(qū)動部的充電泵電源7由二極管7a、電容器7b和驅(qū)動部7c構(gòu)成。充電泵電源7通過向開關(guān)部6b供給電壓而使開關(guān)部6b導通。驅(qū)動部7c因為被輸入低壓側(cè)開關(guān)元件2b的驅(qū)動信號Lin而與低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f同步驅(qū)動。

此外，在自舉電源6的電路(自舉電路)中，一般在二極管6a與開關(guān)部6b的串聯(lián)電路部使用高速二極管，但是在本實施方式中使用可高速開關(guān)的MOSFET。此外，二極管6a朝向阻止電容器6c的充電電荷向VCC側(cè)逆流的方向被串聯(lián)插入。

在開關(guān)部6b使用MOSFET的情況下，能夠?qū)⒏邏簜?cè)元件驅(qū)動部4、低壓側(cè)元件驅(qū)動部5、二極管6a、開關(guān)部(MOSFET)6b和充電泵電源7作為單芯片的集成電路構(gòu)成。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)驅(qū)動電路3的部件個數(shù)的削減、小型化和低成本化。

此處，對自舉電源6的動作進行說明。

在圖1中，自舉電源6的電容器6c在開關(guān)部6b被導通時與VCC連接，在VCC電位與電容器6c電位的電位差比二極管6a的正向電壓大時被充電。

另外，對電容器6c的充電具有兩個路徑。一個是低壓側(cè)開關(guān)元件2b的通電時(第1充電模式)，再一個是高壓側(cè)開關(guān)元件2a剛通電后(從導通轉(zhuǎn)移至斷開)的向低壓側(cè)的二極管2h的回流時(第2充電模式)。

首先，在第1充電模式中，低壓側(cè)開關(guān)元件2b被導通時，連接點A(如圖1所示)的電位降低至GND附近，電容器6c通過從電源VCC經(jīng)二極管6a和開關(guān)部6b流動過來的電流被充電。

接著，在第2充電模式中，在從高壓側(cè)開關(guān)元件2a被通電的狀態(tài)轉(zhuǎn)變至斷開狀態(tài)時，蓄積于定子1b的電機繞組的能量經(jīng)二極管2h以回流模式被釋放。因此，連接點A的電位比GND電平更低，電容器6c通過從電源VCC流動過來的電流被充電。

接著，對充電泵電源7的動作進行說明。

在驅(qū)動電路3的低壓側(cè)元件驅(qū)動部5，作為Lin信號被輸入低(電平)信號的期間，低壓側(cè)元件驅(qū)動部5輸出低信號，低壓側(cè)開關(guān)元件2b處于斷開狀態(tài)。同時，在充電泵電源7的驅(qū)動部7c也被輸入低信號，驅(qū)動部7c輸出低信號。由此，充電泵電源7的電容器7b的驅(qū)動部7c連接側(cè)端子稱為接近GND的電位，電容器7b通過經(jīng)二極管7a從VCC流動過來的電流被充電。由此，開關(guān)部6b的驅(qū)動電壓成為從VCC減去二極管7a的導通電壓后的電壓。該電壓與自舉電源的電容器6c的電位差為規(guī)定的電位差以上時，開關(guān)部6b被導通。即，電容器6c的電壓低于一定電平時，開關(guān)部6b被導通。接著，在Lin信號從低信號變?yōu)楦咝盘枙r，驅(qū)動部7c的輸出成為VCC，電容器7b的電位上升至從VCC電壓的2倍減去二極管7a的正向電壓后的電位。此時，自舉 電源6的電容器6c的電位成為VCC附近時，開關(guān)部6b被導通。

圖2表示無刷DC電機1的起動時的各開關(guān)元件的驅(qū)動信號。圖2中，斜線部表示開關(guān)元件被導通的時刻。

使用圖2對無刷DC電機1的起動時的控制進行說明。無刷DC電機1處于停止狀態(tài)時，在驅(qū)動信號Lin(圖2的Un、Vn、Wn)被輸入低信號(區(qū)間A)，驅(qū)動部7c處于接近GND電平的輸出狀態(tài)。此外，電容器7b被充電至VCC電壓附近。

圖2的區(qū)間B是自舉電路的電容器6c的初始充電區(qū)間。在發(fā)送無刷DC電機1的驅(qū)動指令時，在被發(fā)送至逆變器2的所有三個相的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號Lin(Un，Vn，Wn)被輸入高信號。由此，低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f被導通。此時，從充電泵電源7的驅(qū)動部7c輸出高信號，電容器7b的電位成為從VCC的2倍降低二極管7a的電壓降低的量后的電位，自舉電源6的開關(guān)部6b被導通。此時，低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f處于導通狀態(tài)，所以自舉電路的電容器6c的、與開關(guān)元件2a～2f的連線側(cè)端子成為接近GND電平的電位。因此，在自舉電路的電容器6c、從VCC被注入電荷而被充電，由此，高壓側(cè)元件驅(qū)動部4的電源電壓得到確保，高壓側(cè)開關(guān)元件2a成為可驅(qū)動的狀態(tài)。

圖2的區(qū)間C是以每當在區(qū)間D使高壓側(cè)開關(guān)元件通電時、使得同一相上下的開關(guān)元件(在圖2中例如為W相的高壓側(cè)開關(guān)元件2e和W相的低壓側(cè)開關(guān)元件2f)不同時成為通電狀態(tài)的方式設置的死區(qū)時間區(qū)間。該區(qū)間在使用利用半橋結(jié)構(gòu)的柵極驅(qū)動器等、理論上禁止上下同時通電的元件等的情況下不需要。

圖2的區(qū)間D是通過使無刷DC電機1的定子1b的繞組的任意的相通電而使轉(zhuǎn)子1a的旋轉(zhuǎn)位置固定在規(guī)定的位置的“定位控制”區(qū)間。該區(qū)間的高壓側(cè)開關(guān)元件2e和低壓側(cè)開關(guān)元件2b處于導通狀態(tài)。

這樣，在區(qū)間D將轉(zhuǎn)子1a的磁極位置定位于規(guī)定的位置，在區(qū)間E，通過對預先確定的開關(guān)元件的驅(qū)動(即，開始通電的繞組)圖案進行切換，能夠穩(wěn)定地使電機起動、運轉(zhuǎn)。

對無刷DC電機1的繞組的通電在電角150度以下的矩形波驅(qū)動中通過以任意的頻率、以任意的導通和斷開時間比率對高壓側(cè)或低壓 側(cè)任一側(cè)的開關(guān)元件進行開關(guān)而調(diào)整(PWM控制)對無刷DC電機1的施加電壓。

高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e被導通的期間，由于自舉電源6的電容器6c的充電電荷的消耗和放電，引起電容器6c的兩端電壓的降低。因此，在高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的連續(xù)通電時間長的情況下，需要大容量的電容器容量(需要部件的大型化和成本提升)。因此，在本實施方式中，采用通過PWM控制使高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e導通和斷開、設置自舉電源6的電容器6c的充電路徑的方式。

但是，如果低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通時間長，則充電泵電源7的電容器7b的非充電期間長，由于內(nèi)部漏電流等的影響而電壓降低。

因此，在本實施方式中，特別是低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通狀態(tài)的時間(即，充電泵電源7的電容器7b的非充電期間)長，以在“定子的定位控制區(qū)間”和“起動后的低速驅(qū)動區(qū)間”、使得低壓側(cè)的通電相的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f也與高壓側(cè)的通電相的高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e一起按規(guī)定的時間間隔被導通和斷開的方式，控制低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通狀態(tài)的時間和斷開狀態(tài)的時間，設置充電泵電源7的電容器7b的充電期間。

圖3是本實施方式中的轉(zhuǎn)子1a的定位時的通電相(電流從W相繞組流向U相繞組)的開關(guān)元件的時序圖。Wp表示W(wǎng)相的高壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動信號，Un表示U相的低壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動信號。

圖3中，時間T為PWM周期，區(qū)間D1為W相高壓側(cè)開關(guān)元件的導通區(qū)間，區(qū)間D2為U相低壓側(cè)開關(guān)元件的斷開區(qū)間。

圖3中，在區(qū)間D2圖1的Lin信號成為低信號，充電泵電源7的驅(qū)動部7c的輸出信號也輸出低信號。由此，電容器7b由于通過來自VCC的電流被充電，所以在定位控制中也能夠確保穩(wěn)定的電壓。因此，能夠在自舉電源6的開關(guān)部6b的驅(qū)動電源確保穩(wěn)定的電壓，可靠地使自舉電源6的開關(guān)部6b導通和斷開。

這樣，在定位控制中能夠可靠地使高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e成為導通狀態(tài)，所以能夠在起動時的定位控制中可靠地使定子1b固定在規(guī)定的位置。由此，能夠確保無刷DC電機1的穩(wěn)定的起動性能。

另外，在圖3中，U相低壓側(cè)開關(guān)元件的導通斷開周期與W相高壓側(cè)的PWM周期一致，但是作為充電泵電源7的電容器7b的電荷被放電的時間也可以任意地設定。

如上所述，本實施方式的電機驅(qū)動裝置具有無刷DC電機1和逆變器2，該無刷DC電機1由具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子1a和定子1b構(gòu)成，該逆變器2在將高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)與低壓側(cè)開關(guān)元件(例如2b)串聯(lián)連接而成的一對開關(guān)元件并聯(lián)連接三對后的兩端輸入直流電壓、輸出交流電壓。進一步，具有自舉電源6和充電泵電源7，該自舉電源6具有用于驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的電容器6c和開關(guān)部6b，該充電泵電源7驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b。

在本實施方式的電機驅(qū)動裝置中，充電泵電源7的電容器7b在逆變器2的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f斷開時被充電。此外，在逆變器2的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通時間長的“定子的定位控制區(qū)間”和“起動后的低速驅(qū)動區(qū)間”，通電相的低壓側(cè)開關(guān)元件也以使得被導通的時間不比規(guī)定的時間的方式被控制而使得充電泵電源7的電容器7b被充電。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b的充電泵電源7能夠確保穩(wěn)定而為一定以上的電位，所以能夠使自舉電源6的開關(guān)部6b可靠且穩(wěn)定地被導通。

由此，在逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的驅(qū)動電路的電源中，能夠穩(wěn)定地確保一定以上的電位，所以能夠可靠地進行高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通和斷開控制。

此外，在自舉電源6的二極管6a使用能夠高速開關(guān)的MOSFET的情況下，通過與低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號同步的充電泵電源7的充電進行MOSFET的柵極驅(qū)動。由此，能夠使用將自舉電路和逆變器2的開關(guān)元件的驅(qū)動部(高壓側(cè)元件驅(qū)動部4、低壓側(cè)元件驅(qū)動部5)形成為單芯片的集成電路化而得到的元件。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的部件個數(shù)的削減、小型化和低成本化。

此外，在無刷DC電機1起動時，通過在使任意的定子1b的繞組通電而使轉(zhuǎn)子1a的旋轉(zhuǎn)位置固定時使逆變器2的、導通狀態(tài)的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f以任意的頻度(頻率)斷開，使得充電泵電源7 的電容器7b被充電。由此，即使在需要對同一通電繞組進行比較長的時間的通電的轉(zhuǎn)子1a的定位時，在充電泵電源7的電容器7b也被充電足夠的電荷，充電泵電源7能夠保持規(guī)定的電壓。因此，自舉電源6的開關(guān)部6b可靠地被導通，所以能夠可靠地驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e。由此，能夠使無刷DC電機1穩(wěn)定地起動。

(實施方式2)

接著，對本發(fā)明的實施方式2進行說明。對與實施方式1相同的結(jié)構(gòu)，省略說明。

本發(fā)明的實施方式2的電機驅(qū)動裝置的框圖與實施方式1一樣如圖1所示。

此外，實施方式2的電機驅(qū)動裝置的無刷DC電機1的起動時的控制基本上進行與圖2所示的實施方式1相同的控制，但是在實施方式2中，不僅進行實施方式1中進行的控制而且進行以下的控制。即，在實施方式2中進一步根據(jù)低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開狀態(tài)的時間修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通狀態(tài)的時間，增加通電時間。采用這樣的結(jié)構(gòu)的理由如以下所示。即，在低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通狀態(tài)的時間(即，充電泵電源7的電容器7b的非充電期間)長的“定子的定位控制區(qū)間”和“起動后的低速驅(qū)動區(qū)間”，通過使得通電相的低壓側(cè)開關(guān)元件也與通電相的高壓側(cè)開關(guān)元件一起以規(guī)定的間隔被導通和斷開而設置充電泵電源7的電容器7b的充電時間。

但是，在低壓側(cè)的通電相的開關(guān)元件設置斷開狀態(tài)的時間回引起無刷DC電機1的起動時的定位控制和低速驅(qū)動時的電機繞組電流的降低。因此，根據(jù)低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開時間修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通時間，增加通電時間。通過這樣的控制，能夠抑制起動時和低速驅(qū)動時的電流的降低。

圖4是實施方式2的開關(guān)元件2a～2f的驅(qū)動信號生成部10的框圖。表示包含高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通時間修正在內(nèi)的各開關(guān)元件的導通信號和斷開信號的生成方法。

在圖4中，驅(qū)動信號生成部10的輸出為逆變器2的各相(U相、V相、W相)、高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的驅(qū)動信號Hin和低壓側(cè) 開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號Lin。根據(jù)這些輸出信號，開關(guān)元件2a～2f被導通或被斷開。

圖4中，低壓側(cè)驅(qū)動波形生成部11被輸入低壓側(cè)元件斷開時間設定部12設定的斷開狀態(tài)的時間以及第2PWM定時器17和換相(転流)周期指令部14設定的基于電機驅(qū)動速度的換相周期，生成低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號。

電壓指令部15基于預先設定的定位電流值、無刷DC電機1的起動時的起動扭矩和無刷DC電機1驅(qū)動時的速度反饋控制、指示應該向無刷DC電機1施加的電壓。

在導通時間修正部16，在由電壓指令部15指示的應該向無刷DC電機1施加的電壓附加由低壓側(cè)元件斷開時間設定部12設定的、參考了低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開時間的修正值，輸入至高壓側(cè)驅(qū)動波形生成部18。

在高壓側(cè)驅(qū)動波形生成部18，被輸入第1PWM定時器13和換相周期指令部14設定的基于無刷DC電機1的驅(qū)動速度的換相周期，生成高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的驅(qū)動信號。

輸出相選擇部19被輸入低壓側(cè)驅(qū)動波形生成部11和高壓側(cè)驅(qū)動波形生成部18的信號，輸出用于生成三相交流電壓的輸出圖案各開關(guān)元件的導通信號和斷開信號。

另外，圖4中，按在第1PWM定時器和第2PWM定時器使用不同的定時器的方式進行記載，也可以在兩個定時器中使用共同的PWM定時器。

圖5是實施方式2中的定位時的通電相(從W相繞組下U相繞組流動電流)的開關(guān)元件的時序圖。Wp表示W(wǎng)相高壓側(cè)開關(guān)元件，Un表示U相低壓側(cè)開關(guān)元件的驅(qū)動信號。

圖5中，第1PWM定時器13和第2PWM定時器17為具有相同頻率的定時器，不過也可以為具有不同頻率的定時器。時間T為PWM周期，是第1PWM定時器13和第2PWM定時器17的周期。

區(qū)間D1是實施方式2的電機驅(qū)動裝置的定位控制時和電機起動時的U相低壓側(cè)開關(guān)元件的斷開區(qū)間。區(qū)間D1作為充電泵電源7的電容器7b的充電時間由設定低壓側(cè)元件斷開時間設定部12。在區(qū)間D1， 圖1中的Lin信號為低信號，所以充電泵電源的驅(qū)動部7c輸出低信號。此時，電容器7b按每PWM周期從VCC被充電，能夠確保穩(wěn)定而充分的電位。即，即使在電機定位控制時和剛剛起動后的低速驅(qū)動時等特定的繞組長時間通電的區(qū)間，也能夠通過設置低壓側(cè)開關(guān)元件的定期的斷開區(qū)間，使得充電泵電源7確保充分的規(guī)定的電位。由此確保能夠可靠地驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b的狀態(tài)。

區(qū)間D2是由電壓指令部15設定的高壓側(cè)開關(guān)元件的導通區(qū)間。區(qū)間D2將在定位控制中根據(jù)為了使電機的轉(zhuǎn)子1a的位置可靠地固定在規(guī)定的位置所需的電流施加的電壓和在定位后的起動中根據(jù)起動扭矩(即起動電流)施加的電壓(即PWM的導通占空比)預先設定。此外，區(qū)間D2如果采用根據(jù)逆變器2的輸入電壓(圖1中的VDC)進行調(diào)整的結(jié)構(gòu)、或者在對交流電源進行整流平滑而生成VDC的情況下采用根據(jù)交流電源電壓進行調(diào)整的結(jié)構(gòu)，則不受逆變器2的輸入電壓變動的影響，能夠確保更可靠地電機的起動性。

區(qū)間D3是高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通時間的修正區(qū)間。區(qū)間D3根據(jù)由低壓側(cè)元件斷開時間設定部12設定的時間，在導通時間修正部16中設定。具體而言，例如在低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開占空比為1％時，導通時間修正部以附加1％高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通占空比的修正量的方式設定修正量。這樣，通過與低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開區(qū)間相應地在高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通狀態(tài)的時間上附加修正量，抑制通過設置低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開區(qū)間引起的在電機繞組流動的電流的降低。

因此，區(qū)間D2與區(qū)間D3的和成為高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通區(qū)間，將高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通區(qū)間與低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開區(qū)間的差延長規(guī)定的時間，確保定位控制時的電流和起動時的扭矩，保持無刷DC電機1的起動性。此外，區(qū)間D2和區(qū)間D3是低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f導通的區(qū)間。在區(qū)間D2和區(qū)間D3，由于充電泵電源7的電容器7b在區(qū)間D1被充分地充電，自舉電源6的開關(guān)部6b處于可驅(qū)動的狀態(tài)。由此，在區(qū)間D2和區(qū)間D3，低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f被導通，自舉電源6的電容器6c按第1充電模式被充電。

區(qū)間D4是高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e斷開、低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f導通的區(qū)間。該區(qū)間是由于高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的關(guān)斷、蓄積于電機繞組的能量通過與W相低壓側(cè)開關(guān)元件反并聯(lián)連接的二極管被釋放的區(qū)間。自舉電源6的電容器6c按第2充電模式被充電。

另外，在區(qū)間D4，低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號Lin為高信號，充電泵電源7的電容器7b不被充電，另一方面，電位由于內(nèi)部的漏電流等引起的電荷釋放而降低。但是，令低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的斷開周期(圖5中的時間T)比充電泵電源7的電容器7b放電至自舉電源6的開關(guān)部6b的驅(qū)動所需的電位以下的時間短。由此，能夠?qū)⒊潆姳秒娫?的電容器7b電位穩(wěn)定地確保在規(guī)定的電位以上。通過這樣的導通和斷開控制，能夠可靠地使自舉電源6動作，穩(wěn)定地確保高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的驅(qū)動電壓。由此，能夠確保無刷DC電機1的轉(zhuǎn)子1a的可靠的定位的實現(xiàn)和恰當?shù)钠饎优ぞ?，可靠且穩(wěn)定地使無刷DC電機1起動。

另外，圖5中，使U相低壓側(cè)開關(guān)元件的導通和斷開周期與W相高壓側(cè)的PWM周期一致，不過作為充電泵電源7的電容器7b的電荷被放電的時間也可以任意地設定。

如上所述，本實施方式的電機驅(qū)動裝置具有無刷DC電機1和逆變器2，該無刷DC電機1由具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子1a和定子1b構(gòu)成，該逆變器2在將高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)與低壓側(cè)開關(guān)元件(例如2b)串聯(lián)連接而成的一對開關(guān)元件并聯(lián)連接三對后的兩端輸入直流電壓、輸出交流電壓。進一步，具有自舉電源6、充電泵電源7和導通時間修正部16，該自舉電源6具有用于驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的電容器6c和開關(guān)部6b，該充電泵電源7驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b，該導通時間修正部16對電壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的導通狀態(tài)的時間進行修正。

在本實施方式的電機驅(qū)動裝置中，充電泵電源7的電容器7b在逆變器2的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f為斷開狀態(tài)時被充電。此外，充電泵電源7的電容器7b在無刷DC電機1的起動時的、使任意的定子1b的繞組通電而使轉(zhuǎn)子1a的磁極位置固定在規(guī)定的位置時，以使得低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通狀態(tài)的時間不比規(guī)定的時間長的方式， 以任意的頻度使逆變器2的導通狀態(tài)的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f斷開，由此充電泵電源7的電容器7b被充電。而且，在本實施方式的電機驅(qū)動裝置，通過導通時間修正部16修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通狀態(tài)的時間。通過修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通狀態(tài)的時間，能夠抑制低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f成為斷開狀態(tài)引起的、電機起動時的定位控制和低速驅(qū)動時的電機電流的降低。

根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在使規(guī)定的繞組通電一定時間而使無刷DC電機1的磁極位置固定的定位控制時和無刷DC電機1的剛剛起動后的運轉(zhuǎn)時，在充電泵電源7的電容器7b也能夠被充電足夠的電荷而保持規(guī)定的電壓。此外，能夠確保規(guī)定的定位電流，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷DC電機1的轉(zhuǎn)子1a的可靠的定位和規(guī)定的起動扭矩的確保。由此，能夠?qū)崿F(xiàn)無刷DC電機1的可靠的起動。

進一步，在自舉電路中使用的二極管6a使用能夠高速開關(guān)的MOSFET的情況下，也能夠采用通過與低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號同步的充電泵電源7的充電進行MOSFET的柵極驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。由此，能夠使用將自舉電路和逆變器2的開關(guān)元件的驅(qū)動部(高壓側(cè)元件驅(qū)動部4、低壓側(cè)元件驅(qū)動部5)形成為單芯片的集成電路化而得到的元件，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的部件個數(shù)的削減、小型化和低成本化。

如上所述，本發(fā)明實施方式1的電機驅(qū)動裝置具有無刷DC電機1和逆變器2，該無刷DC電機1由具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子1a和定子1b構(gòu)成，該逆變器2在將高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)與低壓側(cè)開關(guān)元件(例如2b)串聯(lián)連接而成的一對開關(guān)元件并聯(lián)連接三對后的兩端輸入直流電壓、輸出交流電壓。進一步，具有自舉電源6和充電泵電源7，該自舉電源6具有用于驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的電容器6c和開關(guān)部6b，該充電泵電源7驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b。

在本發(fā)明的實施方式1的電機驅(qū)動裝置中，充電泵電源7的電容器7b在逆變器2的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f為斷開狀態(tài)時被充電。進一步，以使得低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的被導通時間不比規(guī)定的時間長的方式控制低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的導通狀態(tài)的時間和斷開狀態(tài)的時間，使得充電泵電源7的電容器7b被充電。根據(jù)這樣的結(jié)構(gòu)，在充電泵電源7的電容器7b被定期地補充電荷，充電泵電源7的 電壓能夠穩(wěn)定地保持規(guī)定的電壓。因此，自舉電源6的開關(guān)部6b被可靠地導通。因此，能夠可靠地驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e。由此，能夠穩(wěn)定地驅(qū)動無刷DC電機1。

進一步，本發(fā)明的實施方式1的電機驅(qū)動裝置在無刷DC電機1的起動時使任意的定子1b的繞組通電，在使轉(zhuǎn)子1a的旋轉(zhuǎn)位置固定在規(guī)定的位置時，進行使逆變器2的導通狀態(tài)的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f以任意的頻度斷開的控制，由此使充電泵電源7的電容器7b充電。由此，即使在需要對同一通電繞組進行比較長的時間的通電的轉(zhuǎn)子1a的定位時，在充電泵電源7的電容器7b也被充電足夠的電荷，充電泵電源7能夠保持規(guī)定的電壓。因此，自舉電源6的開關(guān)部6b被可靠地導通。因此，能夠可靠地驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e，能夠使無刷DC電機1穩(wěn)定地起動。

此外，本發(fā)明的實施方式2的電機驅(qū)動裝置具有無刷DC電機1和逆變器2，該無刷DC電機1由具有永磁鐵的轉(zhuǎn)子1a和定子1b構(gòu)成，該逆變器2在將高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)與低壓側(cè)開關(guān)元件(例如2b)串聯(lián)連接而成的一對開關(guān)元件并聯(lián)連接三對后的兩端輸入直流電壓、輸出交流電壓。進一步，具有自舉電源6、充電泵電源7和導通時間修正部16，該自舉電源6具有用于驅(qū)動逆變器2的高壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的電容器6c和開關(guān)部6b，該充電泵電源7驅(qū)動自舉電源6的開關(guān)部6b，該導通時間修正部16對電壓側(cè)開關(guān)元件(例如2a)的導通狀態(tài)的時間進行修正。充電泵電源7的電容器7b在逆變器2的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f為斷開狀態(tài)時被充電。此外，充電泵電源7的電容器7b在無刷DC電機1的起動時的、使任意的定子1b的繞組通電而使轉(zhuǎn)子1a的磁極位置固定在規(guī)定的位置時，以使得低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的被導通的時間不比規(guī)定的時間長的方式，以任意的頻度使導通狀態(tài)的低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f斷開，由此充電泵電源7的電容器7b被充電。此外，通過導通時間修正部16修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、2c、2e的導通時間。

由此，在將規(guī)定的繞組通電一定期間、使無刷DC電機1的磁極位置固定的定位控制時，在充電泵電源7的電容器7b也能夠被充電足夠的電荷而保持規(guī)定的電壓。并且，能夠通過修正高壓側(cè)開關(guān)元件2a、 2c、2e的導通狀態(tài)的時間來抑制低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f成為斷開狀態(tài)而引起的定位電流的降低。因此，能夠使無刷DC電機1的轉(zhuǎn)子1a可靠地固定在規(guī)定的位置，由此能夠?qū)崿F(xiàn)無刷DC電機1的可靠的起動。

進一步，本發(fā)明的實施方式2的電機驅(qū)動裝置還能夠采用使用能夠高速開關(guān)的MOSFET作為自舉電路的二極管6a、通過與使低壓側(cè)開關(guān)元件2b、2d、2f的驅(qū)動信號同步的充電泵電源7的充電進行MOSFET的柵極驅(qū)動的結(jié)構(gòu)。在這種情況下，能夠使用將自舉電路和逆變器2的開關(guān)元件的驅(qū)動部(高壓側(cè)元件驅(qū)動部4、低壓側(cè)元件驅(qū)動部5)集成電路化而得到的半導體元件，能夠?qū)崿F(xiàn)電路的部件個數(shù)的削減、小型化和低成本化。

產(chǎn)業(yè)上的利用可能性

如上所述，本發(fā)明的電機驅(qū)動裝置能夠應用于通過逆變器控制驅(qū)動三相無刷DC電機的所有設備、例如洗衣機等的控制的用途。

附圖標記說明

1 無刷DC電機

1a 轉(zhuǎn)子

1b 定子

2 逆變器

2a 高壓側(cè)開關(guān)元件

2b 低壓側(cè)開關(guān)元件

2c 高壓側(cè)開關(guān)元件

2d 低壓側(cè)開關(guān)元件

2e 高壓側(cè)開關(guān)元件

2f 低壓側(cè)開關(guān)元件

2h 二極管

3 驅(qū)動電路

4 高壓側(cè)元件驅(qū)動部

5 低壓側(cè)元件驅(qū)動部

6 自舉電源

6a 二極管

6b 開關(guān)部

6c 電容器

7 充電泵電源

7a 二極管

7b 電容器

7c 驅(qū)動部

10 驅(qū)動信號生成部

11 低壓側(cè)驅(qū)動波形生成部

12 低壓側(cè)元件斷開時間設定部

13 第1PWM定時器

14 換相周期指令部

15 電壓指令部

16 導通時間修正部

17 第2PWM定時器

18 高壓側(cè)驅(qū)動波形生成部

19 輸出相選擇部。