[发明专利]死时间产生电路和电机控制设备

说明书

技术领域

本发明涉及用于产生用于反相器的切换控制的死时间的死时间产生电路，和用于控制电机的电机控制设备。

背景技术

在三相无刷直流电机驱动电路中，为了驱动电机通过PWM控制接通或断开在三相反相器电路中的切换元件。在专利文献1中公开了这样的三相无刷直流电机驱动电路的示例。在该示例中，提供了一对MOSFET用于控制三相中的每一相，其中MOSFET为了控制电机的驱动而导通或截止。具体地，用于各个相的每对MOSFET作为切换元件在电机驱动电源和地之间串联连接。以下，在电机驱动电源侧的MOSFET被称为“上级元件”，而在接地端一侧的MOSFET被称为“下级元件”。如果用于一相的上级元件和下级元件同时接通，则在电源和地之间流过大的电流，由此损坏元件。因此，当上级元件和下级元件的接通或断开状态切换时，提供被称为“死时间(dead-time)”的时段，在该时段中上级元件和下级元件都断开以防止对这些元件的损坏。然而，如果死时间太长，会产生诸如降低效率和扭矩并增加加速时间等缺点。因此，对于特定的系统有必要设置合适的死时间。

图1是指示在输入到系统的PWM信号的输入占空比和输出到电机的输出信号的输出占空比之间的关系的图，其中在垂直轴上和在水平轴上的正的和负的值分别示出电机在正向旋转和反向旋转期间的占空比。参考图1，当没有死时间时，特征曲线是线性的，如通过虚线所示。如果存在死时间，则由于死时间的影响，在区域A1中(当占空比小时)或者区域A2和A3(当占空比高时)不能获得线性的特征曲线。因此，死时间越长，则当占空比低时不可控制区域(死区)变得越长，并且当占空比高时最大输出占空比变得越低。因此，当死时间太长时，当电机以低速驱动或旋转方向反向的情况下稳定性降低。结果，在电机启动时的加速时间增加，并且可控性降低。因此，死时间应当最小化。

如果在从其中上级元件接通并且下级元件断开的第一状态到其中上级元件断开并且下级元件接通的第二状态的过渡期间死时间的长度与在以相反方向过渡(即，从第二状态到第一状态)期间的死时间的长度不同，可控性也受影响。因此，也期望将这些死时间设置为在可控性观点上具有相同长度。

当MOSFET的导通或截止状态固定时，如果开/关控制的阶段与死时间同步地改变的话应当没有问题。然而，在不存在死时间的情况下，如果电机的旋转方向改变，或者执行了制动(brake)控制(例如通过接通三相反相器电路的所有的下级元件)，上级元件的状态和下级元件的状态同时改变，因此可能损坏元件。因此，需要确保死时间。

图2是按照专利文献2的死时间产生电路200的电路图。死时间产生电路200从(未示出的)外部电路馈入了控制信号Sa并且输出用于三相反相器电路的上级元件的控制信号Pout和用于下级元件的控制信号Nout。死时间产生电路200包括电流镜电路201、延迟时间设置电路202和连接到终端Tm10的外部电阻器R10。外部电阻器R10设置由电流镜电路201输出的电流。延迟时间设置电路202包括电容器C11和C12；分别与电容器C11和C12并联连接的放电晶体管T21和T22；配置为将电容器C11和C12的电压V11和V12与阈值电压进行比较以输出开或关控制信号Pout和Nout的缓冲器L12和L13；和用于将控制信号Sa反相的反相器L11。

当控制信号Sa上升时，放电晶体管T21导通，以使得电容器C11放电。同时，放电晶体管T22截止，以使得电容器C12由电流镜电路201输出的电流充电。当电容器C11放电并且电容器C11的电压降低到低于缓冲器L12的阈值时，控制信号Pout变成关信号。另一方面，当电容器C12充电并且电容器C12的电压超过缓冲器L13的阈值电压时，控制信号Nout变成开(ON)信号。当控制信号Sa下降时，死时间产生电路200类似于上面所述地操作，其中放电晶体管T21和电容器C11的操作以及放电晶体管T22和电容器C12的操作切换。因此，在死时间产生电路200中，基于电容器C11和C12充电的时间，从控制信号Sa的上升和下降定时开始，产生两个死时间。因为由电流镜电路201输出的电流的大小可以由外部电阻器R10来设置，所以死时间的长度可以通过改变外部电阻器R10来改变。