马达驱动电路系统技术方案

一种马达驱动电路，用于驱动具有两相或更多相的马达，所述马达驱动电路包括：马达桥，对于所述马达的每一相具有桥臂，所述桥臂包括上开关和下开关，在正常运行中这些开关可以断开和闭合，以响应于来自马达控制电路的驱动信号而调制施加到相应相的电压，至少一个固态相隔离继电器SSPIR，串联设置在将所述马达的相应相连接到相应桥臂的电气路径中，所述SSPIR在正常运行中闭合以使得电流可以在所述相中流动，并在故障运行模式下保持断开以防止电流在所述相中流动。所述马达驱动电路包括：监测装置，用于监测所述相中的电流波形，从而至少在故障运行模式下提供指示何时断开所述SSPIR是安全的而不会由于雪崩模式导致对所述SSPIR的损坏的输出，以及控制电路，其在正常运行期间将电压施加到每个设备，所述电压足以保持所述SSPIR闭合并且在所述故障运行模式下对所述监测装置的输出作出响应，从而使施加到每个SSPIR的电压降低至使所述SSPIR在安全时间断开的电平。

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】马达驱动电路系统本专利技术涉及马达驱动电路系统的改进，特别地但非排他地用于电动助力转向组件。电动助力转向系统是已知的类型，其中电马达对转向装置的一部分施加辅助转矩，从而辅助车辆的驾驶员转动方向盘。马达通常可以通过减速齿轮箱作用于转向柱或者可以作用于转向齿条(rack)。在转动方向盘时，对驾驶员施加到转向装置的转矩的测量结果被传递到处理器，处理器产生转矩需求信号，该转矩需求信号进而用于控制马达以产生所需的辅助转矩。施加与驾驶员施加的转矩具有相同意义的辅助转矩减少了转动方向盘所需的力量。马达(诸如多相永磁体马达)可以是星形连接或Y形连接，由马达控制电路和马达驱动电路控制。马达驱动电路包括可以断开和闭合的开关，以响应于由控制电路提供的控制模式而将马达的相连接到DC源(诸如电池或地)。具体而言，每一相通过顶部晶体管连接到正电源轨，当顶部电晶体管导通时，将马达相连接到与正电源轨连接的电池正极端子。类似地，每一相通过底部晶体管连接到负电源轨。当底部晶体管导通时，将相连接到与电池负极或地连接的负轨。两个晶体管(顶部晶体管和底部晶体管)形成作为驱动电路的心脏的多臂桥电路的一个臂。通过断开和闭合开关，可以选择性地并且独立地使电流路由通过马达的每一相。控制电路包括数字电路或模拟电路或两者的某种组合。控制电路的功能是向桥晶体管供应控制信号，从而按照进而使得电流根据给定马达转矩和速度所需流经相的模式断开和闭合桥晶体管。一般而言，该模式将由控制电路根据马达位置和由转矩传感器在转向系统中测量的转矩来设置。通常，桥的每个臂的模式包括脉宽调制波形。典型的现有技术马达和驱动电路的示例在附图的图1中示出。电池(未示出)向具有顶部开关2、3、4和底部开关5、6、7的三相桥供应电力，这些开关向三相永磁体马达8馈电。所示的开关是MOSFET，但也可以是任何其它类型的半导体开关，诸如双极晶体管。在本文中提到MOSFET器件时，读者应当理解，这意在一般性地覆盖任何固态继电器或开关。该布置的问题在于，可能出现故障模式，其中桥的一个臂中的顶部开关和桥的另一个臂中的底部开关可能都被卡在闭合位置，因而导致存在DC电流从电池通过正轨、通过马达的至少两相并返回到负轨的永久路径。这可能由于许多原因而发生，这些原因诸如控制电路导致不正确地指示晶体管保持闭合的控制模式被应用到驱动电路的故障，或者开关故障。当发生该故障状况时，马达抵抗转动，使驾驶员难以转动方向盘。为了防止沿着前一段中所述的路径从电源吸取电流，剩余的桥开关可能处于故障模式，在该模式下，它们都被关断(即，开路)。但是，电流仍然有可能沿着如附图的图2中所示的路径流经马达。由于马达的电感，在故障模式下流动的任何电流将依赖于电流方向继续流经故障的桥开关和其它两个顶部或底部MOSFET的体二极管。在没有其它源存在的情况下，由于能量在马达绕组的电阻中和导通的MOSFET体二极管的正向电压降上耗散，因此该故障电流将衰减为零。这在图3中示出。但是，该情况并不能适当地隔离马达；来自驾驶员的继续的(无辅助)转向输入将使马达旋转，因而在绕组之间生成反电动势电压。只要该反电动势超过MOSFET体二极管(故障MOSFET旁边的顶部或底部MOSFET)的正向电压，电流将再次流动，因而给出半波整流的周期性电流波形，抵抗驾驶员的动作(马达阻尼)。这在附图的图4中示出。这是不可接受的情况，必须在适用的安全需求所设置的短的时间内对其进行整流。为了确保电流不由于当马达物理旋转(例如，通过驾驶员)时的反电动势Vbemf1,2而流动，已知在每个马达相中放置附加的隔离开关(在本文中被称为固态相隔离继电器(SSPIR))。该术语涵盖包括MOSFET和双极晶体管的一系列固态开关。当故障发生时，驱动电路被置于故障事件模式，在该模式下，这些开关保持断开(不导通)，以确保相中没有电流流过。在图5中示出每个相中具有隔离开关的简单的电路(在本文中被称为固态相隔离继电器(SSPIR))。虽然SSPIR的使用似乎是对问题的完美和全面的解决方案，但是申请人之前已经认识到，当SSPIR在高电流流经它时有意或无意地断开时，SSPIR出现问题。在该情况下，SSPIR两端的电压将由于在断开之前的时刻增大的漏极-源极电阻而快速上升，直到达到开关的击穿电压(雪崩条件)，除非受到外部装置的限制。在存在高电流的情况下，高电压的该组合导致短的高功率脉冲。该脉冲中包含的能量可能导致SSPIR的短路故障，从而达不到其目的。这在图6中示出。已知在断开SSPIR之前等待马达中的电流衰减。但是，这并不是解决SSPIR的可能的短路故障问题的完全的解决方案。考虑基于12伏供电电池的代表性汽车应用，其中，在检测到故障桥MOSFET后，桥MOSFET断开，如图6中所示。来自驾驶员的继续的(无辅助)转向输入将使马达旋转，因而在绕组之间生成周期性的反电动势电压。只要该反电动势超过MOSFET体二极管(在故障MOSFET旁边的顶部或底部MOSFET)的正向电压，电流将再次流过(半波整流)，因而抵抗驾驶员的动作(马达阻尼)。该电流可能足够高，以至于随后断开SSPIR的任何尝试都将使其进入雪崩模式，在该模式下，耗散的功率超过SSPIR的额定值，导致灾难性故障。过去已经尝试通过提供在SSPIR断开期间吸收能量的缓冲器电路来克服该限制，否则会由于SSPIR中功率耗散过大而导致SSPIR损坏。但是，提供缓冲器电路本身可能造成缓冲器电路不能处理电流的突然变化的问题，并且在任何情况下，在缓冲器中引入附加的部件都会增加成本并导致更多潜在的故障点。本专利技术的目的是改善与使用SSPIR相关联的问题，而无需使用附加的缓冲器电路系统。根据第一方面，本专利技术提供了用于驱动具有两相或更多相的马达的马达驱动电路，所述马达驱动电路包括：马达桥，对于马达的每一相具有桥臂，桥臂包括上开关和下开关，在正常运行中这些开关可以断开和闭合，以响应于来自马达控制电路的驱动信号而调制施加到相应相的电压，至少一个固态相隔离继电器SSPIR，其在将马达的相应相连接到相应桥臂的电气路径中串联提供，SSPIR在正常运行中闭合，使得电流可以在该相中流动，并且SSPIR在故障运行模式下保持断开，以防止电流在该相中的流动，其特征在于包括：监测装置，用于监测相中的电流波形，从而至少在故障运行模式下提供输出，该输出指示何时断开SSPIR是安全的而不会由于雪崩模式导致SSPIR的损坏；以及控制电路，其在正常运行期间将电压施加到每个器件，该电压足以保持SSPIR闭合并且在故障运行模式下对监测装置的输出作出响应，从而使施加到每个SSPIR的电压降低至使SSPIR在安全时间断开的电平。因此，本专利技术确保SSPIR不会由于SSPIR中的过多功率耗散而在断开时被损坏，功率耗散已知为流经马达的电流与SSPIR两端的电压降的乘积的函数。这是通过对电流波形的仔细监测来实现的。在每一相提供有相应SSPIR的情况下，监测装置通过独立地监测每一相中的电流波形，使得每个SSPIR的断开定时独立于其它SSPIR。每个SSPIR的断开可以独立完成，因此它们不必然要全部同时断开，而是仅在安全的情况下断开。监测每一相中流动的电流的电流监测电路可以监测电流的幅度，或者它可以直接或间接地监测电流的变化本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种马达驱动电路，用于驱动具有两相或更多相的马达，所述马达驱动电路包括：马达桥，对于所述马达的每一相具有桥臂，所述桥臂包括上开关和下开关，在正常运行中这些开关能够断开和闭合，以响应于来自马达控制电路的驱动信号而调制施加到相应相的电压，至少一个固态相隔离继电器SSPIR，串联设置在将所述马达的相应相连接到相应桥臂的电气路径中，所述SSPIR在正常运行中闭合以使得电流能够在所述相中流动，并且在故障运行模式下保持断开以防止电流在所述相中流动，其特征在于，所述马达驱动电路包括：监测装置，用于监测所述相中的电流波形，从而至少在故障运行模式下提供指示何时断开所述SSPIR是安全的而不会由于雪崩模式导致对所述SSPIR的损坏的输出，以及控制电路，其在正常运行期间将电压施加到每个设备，所述电压足以保持所述SSPIR闭合，并且在所述故障运行模式下对所述监测装置的输出作出响应，从而使施加到每个SSPIR的电压降低至使所述SSPIR在安全时间断开的电平。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.10 GB 1416011.31.一种马达驱动电路，用于驱动具有两相或更多相的马达，所述马达驱动电路包括：马达桥，对于所述马达的每一相具有桥臂，所述桥臂包括上开关和下开关，在正常运行中这些开关能够断开和闭合，以响应于来自马达控制电路的驱动信号而调制施加到相应相的电压，至少一个固态相隔离继电器SSPIR，串联设置在将所述马达的相应相连接到相应桥臂的电气路径中，所述SSPIR在正常运行中闭合以使得电流能够在所述相中流动，并且在故障运行模式下保持断开以防止电流在所述相中流动，其特征在于，所述马达驱动电路包括：监测装置，用于监测所述相中的电流波形，从而至少在故障运行模式下提供指示何时断开所述SSPIR是安全的而不会由于雪崩模式导致对所述SSPIR的损坏的输出，以及控制电路，其在正常运行期间将电压施加到每个设备，所述电压足以保持所述SSPIR闭合，并且在所述故障运行模式下对所述监测装置的输出作出响应，从而使施加到每个SSPIR的电压降低至使所述SSPIR在安全时间断开的电平。2.如权利要求1所述的马达驱动电路，其中每一相设有相应的SSPIR，并且所述监测装置独立地监测每一相中的电流波形，使得每个SSPIR断开的定时独立于其它SSPIR。3.如权利要求1或2所述的马达驱动电路，其中监测每一相中流动的电流的电流监测电路直接或间接地监测电流的变化率。4.如权利要求3所述的马达驱动电路，其中所述监测装置确定依赖于相应相中的电流的所述变化率的信号何时为负。5.如权利要求4所述的马达驱动电路，其中所述监测装置有它正在监测的信号的阈值变化率，其中在所述输出指示断开开关是安全的之前所述阈值变化率必须被超过。6.如前述权利要求中任一项所述的马达驱动电路，其中所述监测电路通过监测指示所述SSPIR两端的电压降的信号来监测电流波形。7.如权利要求6所述的马达驱动电路，其中所述监测装置包括低通滤波器，所述电压信号通过所述低通滤波器，所述监测装置监测经滤波的信号。8.如权利要求7所述的马达驱动电路，其中所述低通滤波器包括RC滤波器，其中电阻R至少部分地依赖于所述SSPIR电阻。9.如前述权利要求中任一项所述的马达驱动电路，其中所述控制电路被配置为使得在故障模式启动之后，施加到所述栅极的电压(或者对于双极器件为施加到基极的电流)随着时间逐渐下降，使得在到达所述SSPIR断开处的电压(或电流)之前，其逐渐通过阈值区域，在所述阈值区域中漏极-源极(集电极-发射极)电阻对于栅极电压(基极电流)的小的变化大幅度变化。10.如权利要求9...

【专利技术属性】
技术研发人员：I·J·卡什，
申请(专利权)人：TRW有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB