马达驱动器和操作马达驱动器的方法技术

提供了一种用于驱动电动马达线圈的驱动器电路，包括经组合的开关电感升压电压变换器电路和开关电感降压电压变换器电路。驱动器电路的输入节点被提供为与电动马达线圈耦合，该电动马达线圈提供了升压电路和降压电路二者的感性元件。另外，升压电路和降压电路共享存储电容器，该存储电容器提供了每个电路的容性元件，并且由升压电路跨越存储电容器形成的电压形成开关电感降压电压变换器电路的输入。对电动马达线圈的双向驱动因此被提供来自仅需要被供应以单个单向电源的驱动器电路，并且因为升压电路和降压电路协同地操作以回收在电动马达线圈和存储电容器之间来回移动的电能，自此电源抽取的电流显著降低。还提供了对应的驱动器板、电动马达驱动器装置、操作驱动器电路的方法和装置。

Motor driver and method of operating a motor drive

A driver circuit for driving an electric motor coil is provided, comprising a combined switching inductor, a step-up voltage converter circuit, and a switch inductance step-down voltage converter circuit. An input node of the drive circuit is provided to be coupled to the electric motor coil which provides inductive elements of the two of the step-up circuit and the step-down circuit. In addition, step-up circuit and step-down circuit shared storage capacitor, the storage capacitor provides a capacitive element of each circuit, and the circuit voltage across the storage capacitor is formed by switching inductive step-down voltage converter circuit input. Bidirectional driving the electric motor coil is therefore provided from only need to be supplied with a single one-way power driver circuit, and because the step-up circuit and step-down circuit collaborative operation to recover between the electric motor coil and a storage capacitor moves back and forth in power, since the power supply from current decreased significantly. A corresponding drive board, an electric motor drive device, and a method and apparatus for operating a drive circuit are also provided.

【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】马达驱动器和操作马达驱动器的方法
本公开涉及电动马达(motor)。更具体地，此公开涉及用于电动马达的线圈驱动器电路。
技术介绍
在具有线圈绕组作为它的定子的一部分的电动马达中(例如在开关磁阻电动马达中)，电动马达常常由三相电源供电并且对线圈绕组应用AC波形以控制马达的操作。一些具有更多相的电动马达已经被创建，但是创建这样的多相电动马达的重要因素是相位驱动器电子的成本。在常规马达中，脉宽调制(PWM)电压控制器(通常布置有H桥拓扑结构以双向驱动马达线圈)被耦合至大型电源，并且驱动马达线圈所需的大电压和大电流可显著地增加驱动器电路的成本。因此，根据当前技术生产要求多个线圈驱动器电路的多相马达是昂贵的。另外，常规马达通常仅在全设计输出功率电平处操作时以它们的最高效率操作。提供各种输出驱动器电路以允许马达在降低的输出功率电平处操作是已知的，但是由于更小磁场的更低效耦合马达效率于是被明显降低。结果，为了维持合理的效率，这样的马达必须在靠近它们的设计点的窄小范围中操作，并且机械齿轮箱和传动系统(一些甚至具有多个马达)必须被用于在输出电平的更宽范围间维持效率。这样的配置是昂贵并且在机械上是复杂的。
技术实现思路
从第一方面看，本技术提供了用于驱动电动马达线圈的驱动器电路，包括：开关电感升压电压变换器电路，该开关电感升压电压变换器电路包括存储电容器和被布置为与电动马达线圈耦合的输入节点；以及开关电感降压电压变换器电路，该开关电感降压电压变换器电路包括输入节点和存储电容器，其中开关电感升压电压变换器电路和开关电感降压电压变换器电路的电感在输入节点被耦合至电动马达线圈时被提供，并且开关电感升压电压变换器电路的输出是跨越存储电容器形成的电压，并且开关电感降压电压变换器电路的输入是跨越存储电容器形成的电压。尽管开关电感升压电压变换器电路和开关电感降压电压变换器电路各自分别是已知的，本技术的驱动器电路以特定的方式改造和组合这两个电路。首先存储电容器被提供于升压电压变换器通常将处于的位置，并且其次升压电压变换器的输出提供了降压电压变换器的输入。确实，形成开关电感升压电压变换器电路的一部分的存储电容器也形成开关电感降压电压变换器电路的一部分，从而使得由升压电压变换器电路跨越存储电容器形成的电压被配置为提供降压电压变换器电路的输入。专利技术人惊喜地发现这样的经组合的开关电感升压电压变换器电路和开关电感降压电压变换器电路的配置在用于电动马达线圈的驱动器电路的上下文中具有特定的益处。电动马达线圈提供升压电压变换器电路和降压电压变换器电路二者中的开关电感元件，并且以此方式组合电路允许开关电路在升压电压变换器电路主导时以一个方向流经电动马达线圈并且在降压电压变换器电路主导时以相反方向流经电动马达线圈。此布置具有许多优点。如果电动马达线圈的电感是大电感，将需要大电压来改变电流流动。电流改变的速率由电压除以电感给出(di/dt＝V/L)，因而当对具有大电感的电动马达线圈通电时，一般要求提供高电压从而快速地开始电流流动并且快速地停止电流流动。然而，根据本布置，因为电路通过它的升压电压变换器电路的动作创建了它自己的高电压，高电压仅需要在初始被提供以开始电流流动并且自提升电压被用于停止它。从而，大致上仅需要正常(现有技术)的驱动器电路的一半电源电压。例如，在具有150V电源和35mH电动马达线圈的配置中，此电源电压可被应用于线圈以开始它的传导。当电压从线圈移除时，电流将随着能量自线圈消散而继续流动。通过使用驱动器电路，这一自线圈消散的能量被收集在存储电容器中。继续上文的示例，这快速地将存储电容器升压至约300V并且产生的-150V压差快速地关断线圈中的电流。另外，存储电容器中存储的提升的电压然后可用于以相反的方向对线圈充能。降压电压变换器电路的操作然后能够对电动马达线圈应用先前提升的电压，并且反向驱动电流朝向原始的电源。进一步继续上文的示例，现在大约300V给出了与150V电源的150V压差，并快速地驱升线圈中的电流。为了关断它，约300V被移除并且接地连接被施加。因而线圈然后看到-150V并且快速地关断。另外，本驱动器电路的具有组合的开关电感升压电压变换器电路和开关电感降压电压变换器电路的布置意味着此驱动器电路不(像许多现有技术驱动器电路那样)用作脉宽调制(PWM)控制器，这样它所执行的开关能够发生于电流流动和开关电压为低的时候，使得驱动器电路中的功率耗散很小。它的具体结果是：对于组成驱动器电路的组件来说，其因此可由具有相对较低速率和容忍度的电路组件来提供，有助于本驱动器电路的总体更低的成本。在驱动器电路的一些实施例中，开关电感升压电压变换器电路包括：正向连接输入节点和存储电容器的第一电极的升压二极管；以及被布置为依据升压信号把输入节点连接至存储电容器的第二电极的升压开关，并且开关电感降压电压变换器电路包括：把存储电容器的第二电极正向连接至输入节点的降压二极管；以及被布置为依据降压信号把输入节点连接至存储电容器的第一电极的降压开关。此布置的对称性提供了支持驱动器电路的双向特性的均衡布置，其中在每个方向对存储电容器到电动马达线圈(经由输入节点)的耦合的控制由相应的升压信号和降压信号方便地影响。在一些实施例中，开关电感升压电压变换器电路还包括把输入节点正向连接至升压开关的第一连接端的第一升压电路二极管。以此把来自电动马达线圈的输入节点连接到升压开关的第一连接端的方式提供二极管具体地通过把升压开关与降压电压变换器电路相隔离提供了对于升压开关的一层保护，从而使得降压电压变换器电路的操作对升压开关的破坏的风险被显著降低。另外，此二极管的配设大大地减少了电路中“振铃(即，电流振荡)”的发生率。作为这些因素的结果，可减少升压开关的本征回弹性，即升压开关可由更小、更脆弱、并因此更便宜的组件提供，因此降低了驱动器电路的总成本。在一个实施例中，开关电感升压电压变换器电路还包括把存储电容器的第二电极正向连接至升压开关的第一连接端的第二升压电路二极管。开关电感升压电压变换器电路中这样的二极管的配设可为升压开关提供对于反向电流的额外保护层，该反向电流可在降压电压变换器电路活动的时候发生于驱动器电路中。在一些实施例中，升压开关是N型场效应晶体管。本驱动器电路的配置特别适合用于由相对较小的开关器件(例如，场效应晶体管)而非更昂贵、更重负荷的器件(例如，绝缘栅双极型晶体管(IGBT))提供的升压开关。确实，在一些实施例中，升压开关可由N型MOSFET提供。与现有技术的电动马达线圈驱动器电路相比，本技术使得驱动器电路能够由这样相对脆弱的组件进行开关。在一些实施例中，开关电感降压电压变换器电路还包括把降压开关的第一连接端正向连接至输入节点的第一降压电路二极管。类似于上文提到的第一升压电路二极管，此第一降压电路二极管保护降压开关免于当升压电压变换器电路活动时的反向电流的影响并且还防止驱动器电路内的振铃。在一些实施例中，开关电感降压电压变换器电路还包括把存储电容器的第一电极正向连接至降压开关的第二连接端的第二降压电路二极管。此第二降压电路二极管的配设进一步防止了驱动器电路的开关电感降压电压变换器电路中的振铃。在一些实施例中，降压开关是P型场效应晶体管。类似于上面关于由N型场效应晶本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动电动马达线圈的驱动器电路，包括：开关电感升压电压变换器电路，该开关电感升压电压变换器电路包括存储电容器和被布置为与所述电动马达线圈耦合的输入节点；以及开关电感降压电压变换器电路，该开关电感降压电压变换器电路包括所述输入节点和所述存储电容器，其中所述开关电感升压电压变换器电路和所述开关电感降压电压变换器电路的电感在所述输入节点被耦合至所述电动马达线圈时被提供，并且所述开关电感升压电压变换器电路的输出是跨越所述存储电容器形成的电压，并且所述开关电感降压电压变换器电路的输入是所述跨越所述存储电容器形成的电压。

【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】2014.09.17 US 14/488,6661.一种用于驱动电动马达线圈的驱动器电路，包括：开关电感升压电压变换器电路，该开关电感升压电压变换器电路包括存储电容器和被布置为与所述电动马达线圈耦合的输入节点；以及开关电感降压电压变换器电路，该开关电感降压电压变换器电路包括所述输入节点和所述存储电容器，其中所述开关电感升压电压变换器电路和所述开关电感降压电压变换器电路的电感在所述输入节点被耦合至所述电动马达线圈时被提供，并且所述开关电感升压电压变换器电路的输出是跨越所述存储电容器形成的电压，并且所述开关电感降压电压变换器电路的输入是所述跨越所述存储电容器形成的电压。2.如权利要求1所述的驱动器电路，其中：所述开关电感升压电压变换器电路包括：正向连接所述输入节点和所述存储电容器的第一电极的升压二极管；以及被布置为依据升压信号把所述输入节点连接至所述存储电容器的第二电极的升压开关，并且其中：所述开关电感降压电压变换器电路包括：把所述存储电容器的第二电极正向连接至所述输入节点的降压二极管；以及被布置为依据降压信号把所述输入节点连接至所述存储电容器的第一电极的降压开关。3.如权利要求2所述的驱动器电路，其中所述开关电感升压电压变换器电路还包括把所述输入节点正向连接至所述升压开关的第一连接端的第一升压电路二极管。4.如权利要求3所述的驱动器电路，其中所述开关电感升压电压变换器电路还包括把所述存储电容器的第二电极正向连接至所述升压开关的第一连接端的第二升压电路二极管。5.如权利要求2至4中任一项所述的驱动器电路，其中所述升压开关是N型场效应晶体管。6.如权利要求2至5中任一项所述的驱动器电路，其中所述开关电感降压电压变换器电路还包括把所述降压开关的第一连接端正向连接至所述输入节点的第一降压电路二极管。7.如权利要求6所述的驱动器电路，其中所述开关电感降压电压变换器电路还包括把所述存储电容器的第一电极正向连接至所述降压开关的第二连接端的第二降压电路二极管。8.如权利要求2至7中任一项所述的驱动器电路，其中所述降压开关是P型场效应晶体管。9.如权利要求2至8中任一项所述的驱动器电路，其中所述开关电感降压电压变换器电路还包括参考电路，该参考电路被配置为使得所述降压信号参考地连接并且在所述降压开关的栅极提供参考所述存储电容器的第一电极处的电压的栅极电压。10.如权利要求9所述的驱动器电路，其中所述参考电路包括被布置为提供与所述降压开关的栅极耦合的第一阻性路径和第二阻性路径的分压器，其中所述第一阻性路径把所述存储电容器的第一电极连接至所述降压开关的栅极，并且所述第二阻性路径依据所述降压信号把所述降压开关的栅极连接至所述地连接。11.如权利要求10所述的驱动器电路，其中所述第二阻性路径包括被布置为依据所述降压信号把所述第二阻性路径连接至所述地连接的N型场效应晶体管。12.如权利要求10或11所述的驱动器电路，其中所述第一阻性路径包括把所述存储电容器的第一电极正向连接至所述降压开关的栅极的第三降压电路二极管，和/或其中所述第一阻性路径还包括与所述第一阻性路径的至少一部分并行的第二降压电路电容器。13.如权利要求8所述的驱动器电路，还包括为所述降压开关提供栅极-源极连接的第一降压电路电容器。14.如权利要求2至13中任一项所述的驱动器电路，还包括被配置为提供所述升压信号和所述降压信号的控制电路，其中所述控制电路被配置为当所述电动马达线圈中的电流流动基本为零时开始对所述升压信号或所述降压信号的断言。15.如权利要求14所述的驱动器电路，其中所述控制电路被配置为互斥地断言所述升压信号和所述降压信号，或者其中所述控制电路被配置为把所述升压信号所述降压信号中的每一者断言为单个持续脉冲。16...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·派特罗莫纳克，
申请(专利权)人：ARM有限公司，
类型：发明
国别省市：英国,GB