專利名稱：用于ec電機的控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種如權利要求I前序部分所述的用于無刷電子整流直流電機的，即用于所謂的EC電機(EC=electronically commutated,即電子整流)或也常常被稱作BLDC電機(BLDC=brushless direct current,即無刷直流)的控制電路，該控制電路具有處于直流電源電壓處的半導體末級(Halbleiter-Endstufe),所述半導體末級由電子整流控制機構通過驅(qū)動級以如下方式來控制，即，為了產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場這一目的，該驅(qū)動級根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以時間上錯開的方式對電機的定子繞組實施控制。
背景技術：
對于此類EC電機，須根據(jù)一定的標準規(guī)范，在非正常的運行情況下對其進行過熱保護。
首先，已經(jīng)公知的是，在電機內(nèi)部的定子繞組區(qū)域內(nèi)布置有稱作溫度控制器的部件，作為溫控開關，其能夠在達到一定的極限溫度時打開，并通常會直接或者通過一釋放元件間接地切斷工作電流。對于特定的電機，例如外轉(zhuǎn)子電機而言，要把溫度控制器安置到定子繞組之中或之上，并使其能夠?qū)囟仁欠裆?如溫度升高尤其可能在電機鎖定時發(fā)生)做出快速識別并隨后可靠地關閉電機，則不但結(jié)構成本高，而且生產(chǎn)技術上的費用也不低。另一個公知的實施方式是將電機實施為具有阻抗保護的，也就是說，應當確定繞組電阻和繞線直徑，從而使電機避免在不正常運行時過熱。不過對于EC電機，尤其是帶有單齒繞組的EC電機來說，因其繞組電阻極小，所以要將其制成具有阻抗防護功能是不可能的。因此迄今為止一直都是在整流控制機構中集成軟件限流器，該限流器通過軟件預設一用于起動電流的下閾值和一用于工作電流的上閾值。若在起動階段，電流達到或超過所述下閾值，則電機將被切斷。若電機正確起動，則轉(zhuǎn)換成對工作電流與所述上閾值的關系實施監(jiān)測，當工作電流達到或超過該上閾值，則切斷電機。但是，一些特定的許可機構，如UL (Underwriters Laboratories)等在為授予特定檢驗標志而進行的檢驗中并不會關注這些單憑軟件實現(xiàn)的防護措施。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的基本目的是實現(xiàn)一種與前述類型同類的控制電路，該控制電路應確保能夠提升運行安全性，從而避免電機過熱。根據(jù)本發(fā)明，上述目的是通過獨立權利要求I的特征得以實現(xiàn)的。本發(fā)明的其他有利設計特征包含在各從屬權利及隨后的說明中。相應地，該控制電路根據(jù)本發(fā)明(通過硬件設計)具有兩個冗余鎖定保護單元(Blockierschutzeinheit),這兩個保護單元在運行時,也就是說在驅(qū)動級的推動信號存在時根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對電機進行監(jiān)測，其中在確定轉(zhuǎn)子停滯的情況下，第一鎖定保護單元將關閉驅(qū)動級，并且第二鎖定保護單元則會切斷驅(qū)動級的供電電壓。利用這一根據(jù)本發(fā)明的設計可達到所追求的高運行安全性，因為，即使軟件方面的限流器因某種原因失靈，在出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)時，兩個冗余鎖定保護單元中的至少一個單元也能確保安全地切斷電機。在本發(fā)明的一個有利改進方案中(同樣是通過硬件設計的方式)還設置有兩個對電機工作電流實施監(jiān)測的冗余過流保護單元，其中在電機工作電流超過第一電流極限值的情況下，第一過流保護單元將切斷驅(qū)動級，在電機工作電流超過第二電流極限值的情況下，第二過流保護單元將切斷驅(qū)動級的供電電壓。在這一方案中，優(yōu)選以與整流控制機構中包含的軟件限流器相適配的方式來設置，即，將第一過流保護單元的第一電流極限值設置成稍大于軟件限流器中針對工作電流而設的上閾值，同時將第二過流保護單元的第二電流極限值設置成稍大于軟件限流器中針對起動電流而設的下閾值。這樣就能達到如下目的，即，假使電子軟件限流器失靈時，在起動階段，至少能夠在起動電流達到或超過第二電流極限值時切斷電流，而在運行過程中，則至少能夠在工作電流達到或超過第一電流極限值時切斷電流。為此，在運行過程中若確認電機運轉(zhuǎn)，則關閉第二過流保護單元，確切地說，優(yōu)選利 用兩個根據(jù)本發(fā)明的鎖定保護單元之一的工作信號來關閉第二過流保護單元。下面，通過優(yōu)選的實施例對本發(fā)明作詳細說明。


圖I示出了根據(jù)本發(fā)明的控制電路的方塊圖。
具體實施例方式對于隨后的說明，需明確指出的是所有述及的單個特征，不管是否被援引在權利要求中，均可相互任意組合起來應用。另外，那些只能在附圖中看出的特征，即便沒有特別說明，對本發(fā)明同樣具有重要意義，也就是說，它們同樣可與其它特征任意組合在一起。根據(jù)本發(fā)明的控制電路I用于驅(qū)動無刷電子整流直流電機M，此種電機亦以EC電機或BLDC電機而廣為人知。在示出的實施例中，電機M被構造為帶三個定子繞組的三相電機，在附圖中，所述三個定子繞組并未專門繪出，而只是用U、V、W來標注，這些繞組尤其以星形連接方式連接在一起。但是原則上，采用三角形連接方式也是可以的?？刂齐娐稩具有半導體末級2，該半導體末級置于直流電源電壓Udc處，并由電子整流控制機構4通過驅(qū)動級6以如下方式來控制，即，為了產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場這一目的，所述驅(qū)動級6會根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以時間上錯開的方式對電機M的定子繞組實施控制。對于這種三相式的電機實施方式，半導體末級2被構造成具有六個受控半導體開關元件Tl至T6的三相全電橋?！吧喜俊彪姌虮鄣拈_關元件Tl至T3也被稱作上橋臂開關(Highside-Schalter)，而“下部”電橋臂的開關元件T4至T6則被稱作下橋臂開關(Lowside-Schalter)。開關元件Tl至T6分別成對地以依次形成的不同組合由整流控制機構4通過驅(qū)動級6來控制。此外整流控制機構4根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置信號SHl至SH3為驅(qū)動級6生成推動信號，而驅(qū)動級6則生成作用于開關元件Tl至T6的相應的控制信號。通過這種控制，還可以實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速的調(diào)整和/或調(diào)節(jié)，特別是通過對上橋臂開關元件Tl至T3的脈沖寬度調(diào)制設定周期來實現(xiàn)對電機的轉(zhuǎn)速的調(diào)整和/或調(diào)節(jié)。特定的控制參數(shù)P可從外部輸送至整流控制機構4中。
這種電機控制系統(tǒng)的細節(jié)是公開的，因此這里不再贅述。為了產(chǎn)生轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置信號SHl至SH3，需要探測轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，這種探測可通過任意的方式來實現(xiàn)，例如像圖中繪出的那樣通過傳感器，尤其是通過電機M中的霍爾傳感器H1、H2、H3來實現(xiàn)，或者也可以不用傳感器，而通過計算電機電動勢(Motor-EMK)來實現(xiàn)。整流控制機構4可由微處理器或微控制機構μC及適當?shù)某Ｒ?guī)外圍設備所構成。根據(jù)本發(fā)明，控制電路I在硬件方面集成有兩個冗余鎖定保護單元10和12，這兩個保護單元在運行時，也就是說在驅(qū)動級6的推動信號存在時根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)對電機M進行監(jiān)測，其中在通過監(jiān)測旋轉(zhuǎn)位置信號而確定轉(zhuǎn)子停滯或者鎖定的情況下，第一鎖定保護單元10將關閉驅(qū)動級6，而第二鎖定保護單元12則將切斷用于驅(qū)動級6的供電電壓Uvcc。兩個鎖定保護單元10、12中的每一個均可被輸送兩個輸入信號，一個是整流控制機構4的推動信號，優(yōu)選上橋臂推動信號STl或ST2，另一個是旋轉(zhuǎn)位置探測裝置Hl至H3的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置信號SHl或SH2。為使可靠程度更高，最好向兩個鎖定保護單元10、12輸送 兩個不同的推動信號ST1、ST2以及兩個不同的旋轉(zhuǎn)位置信號SH1、SH2。通過對上橋臂推動信號分別進行監(jiān)測，依據(jù)周期能夠準確地得知，電機M是否是處于整流運行狀態(tài)，而不是處于制動運行狀態(tài)或預負載運行狀態(tài)。必須在固定的時間內(nèi)，通過相應的旋轉(zhuǎn)位置信號的變化確定電機的旋轉(zhuǎn)。若電機M例如由于鎖定而沒有起動，那么旋轉(zhuǎn)位置信號將不會有變化。由此，鎖定保護單元10和12將相應地以彼此獨立的方式打開，并通過驅(qū)動級6快速、可靠地切斷半導體末級2。在這種情況下，使得避免溫度很快升高的可靠性有了雙重保證。為關閉驅(qū)動級6，第一鎖定保護單元10將向驅(qū)動級6的斷路輸入端SDl (SD=shutdown,切斷)發(fā)送一控制信號Ssdi。第二鎖定保護單元12則通過接在驅(qū)動級6的供電輸入端VCC之前的開關元件SI切斷推動器-供電電壓Uvcc,確切地說，是通過控制信號Ssi切斷推動器-供電電壓Uvcc。在本發(fā)明的另一有利設計方案中，為了對半導體末級2進行過熱保護，控制電路I同樣在硬件方面還額外集成有兩個冗余過流保護單元14和16，這兩個單元用來監(jiān)測電機工作電流。為此，在與半導體末級2串聯(lián)連接的測量電阻Rm處的測量電壓Um將作為輸入信號分別被輸送。這兩個代表各工作電流的測量電壓Um將分別與預先給定的電流極限值進行比較。在超過第一電流極限值的情況下，第一過流保護單元14將關閉驅(qū)動級6。在超過第二電流極限值的情況下，第二過流保護單元16將切斷用于驅(qū)動級6的供電電壓Uvcc。如開頭已經(jīng)闡明的那樣，在控制電路I中還可以集成常規(guī)的軟件限流器，該限流器用來預先設定用于工作電流的上閾值和用于起動電流的下閾值。在達到或超過這些閾值時，將通過軟件來切斷控制器。利用這些額外的過流保護單元14、16，將實現(xiàn)提升可靠性的目的。第一過流保護單元14的第一電流極限值被預設成稍大于軟件限流器中針對工作電流所設的上閾值，而第二過流保護單元16的第二電流極限值則被預設成稍大于軟件限流器中針對起動電流所設的下閾值。在一已實現(xiàn)的實施方式中，軟件限流器的上閾值例如為12. 0A，而為起動電流設定的下閾值則例如為8. IA0在這種情況下，第一過流保護單元14的第一電流極限值被設置為比上閾值約大O. 7A，即設置為12. 7A。而第二過流保護單元16的第二電流極限值可同樣設置為比用于起動電流的下閾值約大O. 7A，也就是說設為8. 8A。由此將實現(xiàn)如下目的，即，在軟件限流器失靈時，如果出現(xiàn)不正常運行狀態(tài)，也就是說，起動階段達到或超過了第二電流極限值或者運行階段達到或超過了第一電流極限值，那么仍然能夠可靠地實現(xiàn)斷路。在運行過程中若確認電機M運轉(zhuǎn)，則關閉第二過流保護單元16。這可通過鎖定保護單元10或12的一工作信號Sb來實現(xiàn)，鎖定保護單元10或12在示出的實施例中是第一鎖定保護單元10。由此將避免在運行過程中有多個限流器起作用的情況。當?shù)谝贿^流保護單元14向驅(qū)動級6的另一斷路輸入端SD2發(fā)送控制信號Ssd2時，其關閉驅(qū)動級6。第二過流保護單元16通過其他的接在驅(qū)動級6的供電輸入端VCC之前的第二開關元件S2來切斷推動器供電電壓Uvcc。因此，兩個開關元件SI和S2是串接在供電輸入端VCC之前的。為實現(xiàn)斷路，過流保護單元16為開關元件S2產(chǎn)生控制信號Ss2。為與根據(jù)本發(fā)明的措施相結(jié)合，在電機M內(nèi)部還安置有至少一個常規(guī)的溫度控制器18，其中驅(qū)動級供電電壓Uv。。是經(jīng)過該溫度控制器18輸送的。因此，溫度控制器18與例如可以是15V的供電電壓Uvcc的輸電線上的開關元件SI、S2串聯(lián)連接在一起。通過這種設計方式，溫度控制器18就無需接通滿負荷電流，而只需接通只有幾mA的極小控制電流，因此溫度控制器可以實施為具有較小的體積且成本低廉。在功能上，在繞組溫度緩慢上升時，置于定子槽中的溫度控制器18將是有效的。 還需指出的是，直流電源電壓Udc優(yōu)選是通過對電網(wǎng)交流電壓進行整流而獲得的。因此該電壓也常被稱作中間電路電壓(Zwischenkreisspannung) ο本發(fā)明并不限制于前面已經(jīng)說明和描寫過的實施例，其也包括所有在發(fā)明意義上起同樣功能的結(jié)構。需要強調(diào)的是，本發(fā)明的實施例并不限于將全部特征組合在一起，確切地說，每一單個子特征在與其他所有子特征分開時仍然具有發(fā)明上的意義。另外，本發(fā)明迄今為止并也不限于在權利要求I中限定的特征組合，其也可以被定義為由全部已公開的單個特征中的一定特征組合而成的任意一種其他組合。這意味著，原則上并在實踐中，權利要求I中的每一個單個特征都可以刪去，或者說，權利要求I中的每一個單個特征都可以被在本申請中其他地方所公開的單個特征所取代。就此而言，所述權利要求I只可被理解為對于一個發(fā)明的一種最初表述嘗試。
權利要求
1.一種用于無刷電子整流直流電機(M)的控制電路(1)，具有半導體末級(2)，所述半導體末級由電子整流控制機構(4)通過驅(qū)動級(6)以如下方式來控制，即，為了產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場這一目的，所述驅(qū)動級會根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以時間上錯開的方式對所述電機(M)的定子繞組(U，V，W)實施控制，其特征在于，具有兩個冗余的鎖定保護單元(10，12)，所述鎖定保護單元在運行狀態(tài)下根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)監(jiān)測所述電機(M)，其中，在確定停滯的情況下，第一鎖定保護單元(10)關閉所述驅(qū)動級(6)，第二鎖定保護單元(12)切斷所述驅(qū)動級(6)的供電電壓(Uv。。)。
2.根據(jù)權利要求I所述的控制電路，其特征在于，兩個鎖定保護單元(10，12)中的每一個均被輸送兩個輸入信號，一個是所述整流控制機構(4 )的推動信號(ST1/ST2 )，另一個則是旋轉(zhuǎn)位置探測裝置(Hl至H3)所提供的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)位置信號(SH1/SH2)。
3.根據(jù)權利要求2所述的控制電路，其特征在于，將兩個不同的推動信號(ST1，ST2)以及 兩個不同的旋轉(zhuǎn)位置信號(SHl，SH2 )輸送至兩個鎖定保護單元(10，12 )。
4.根據(jù)權利要求I至3之一所述的控制電路，其特征在于，所述第一鎖定保護單元(10)在其向所述驅(qū)動級(6)的斷路輸入端(SDl)發(fā)送控制信號(Ssdi)時關閉所述驅(qū)動級(6)。
5.根據(jù)權利要求I至4之一所述的控制電路，其特征在于，所述第二鎖定保護單元(12)通過串接在所述驅(qū)動級(6)的供電輸入端(VCC)之前的開關元件(SI)來切斷所述驅(qū)動級供電電壓(Uv。。)。
6.根據(jù)權利要求I至5之一所述的控制電路，其特征在于，具有兩個用來監(jiān)測電機工作電流的冗余過流保護單元(14，16)，其中，在超過第一電流極限值的情況下，第一過流保護單元(14)關閉所述驅(qū)動級(6)，而在超過第二電流極限值的情況下，第二過流保護單元(16)切斷所述驅(qū)動級(6)的供電電壓(Uv。。)。
7.根據(jù)權利要求6所述的控制電路，其特征在于，所述第一過流保護單元(14)的第一電流極限值稍大于軟件限流器針對工作電流所設的上閾值，而所述第二過流保護單元(16)的第二電流極限值則稍大于軟件限流器針對起動電流所設的下閾值。
8.根據(jù)權利要求6或7所述的控制電路，其特征在于，在運行過程中，若確認電機(M)在 運轉(zhuǎn)，則關閉所述第二過流保護單元(16)，優(yōu)選通過所述鎖定保護單元(10，12)之一的工作信號(Sb)來關閉。
9.根據(jù)權利要求6至8之一所述的控制電路，其特征在于，所述第一過流保護單元(14)在其向所述驅(qū)動級(6)的斷路輸入端(SD2)發(fā)送控制信號(Ssd2)時關閉所述驅(qū)動級(6)。
10.根據(jù)權利要求6至9之一所述的控制電路，其特征在于，所述第二過流保護單元(16)通過串接在所述驅(qū)動級(6)的供電輸入端(VCC)之前的開關元件(S2)來切斷所述驅(qū)動級供電電壓(Uv。。)。
11.根據(jù)權利要求I至10之一所述的控制電路，其特征在于，所述驅(qū)動級供電電壓(Uvcc)經(jīng)過安置在電機(M)內(nèi)部的溫度控制器(18)而被輸送到所述驅(qū)動級(6)的供電輸入端(VCC)。
12.根據(jù)權利要求I至11之一所述的控制電路，其特征在于，被設計成用于帶有三個按星形或三角形連接法連接的定子繞組(U，V，W)的三相電機(M)，其中，所述半導體末級(2)被構造為具 有六個開關元件(Tl至T6)的全電橋，其以依次形成的不同組合分別成對地通過驅(qū)動級(6)來控制。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于控制無刷電子整流直流電機(M)的控制電路，具有半導體末級(2)，所述半導體末級由一電子整流控制機構(4)通過驅(qū)動級(6)以如下方式來控制，即,為了產(chǎn)生用于轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)磁場這一目的，所述驅(qū)動級會根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以時間上錯開的方式對所述電機(M)的定子繞組(U,V,W)實施控制。兩個冗余鎖定保護單元(10,12)在運行時根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)監(jiān)測所述電機(M)，如果確定停滯的情況下，第一鎖定保護單元(10)關閉所述驅(qū)動級(6)，第二鎖定保護單元(12)切斷所述驅(qū)動級(6)的供電電壓(Uvcc)。
文檔編號H02P6/00GK102832858SQ20121020160
公開日2012年12月19日 申請日期2012年6月15日 優(yōu)先權日2011年6月16日
發(fā)明者海慕·李波, 梅爾廷·布爾克特, 克里斯蒂安·克蘭茨, 丹尼爾·柯尼希 申請人:依必安-派特穆爾芬根股份有限兩合公司