特許 7019569 ブラシレス直流モータの保護回路と制御装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】

(24)【登録日】2022-02-04

(45)【発行日】2022-02-15

(54)【発明の名称】ブラシレス直流モータの保護回路と制御装置

(51)【国際特許分類】

   H02P 6/12 20060101AFI20220207BHJP

   H02H 3/087 20060101ALI20220207BHJP

   H03K 5/08 20060101ALI20220207BHJP

【ＦＩ】

H02P6/12

H02H3/087

H03K5/08 E

【請求項の数】 9

(21)【出願番号】P 2018524379

(86)(22)【出願日】2016-09-19

(65)【公表番号】

(43)【公表日】2019-01-31

(86)【国際出願番号】 CN2016099323

(87)【国際公開番号】W WO2017088566

(87)【国際公開日】2017-06-01

【審査請求日】2018-05-11

【審判番号】

【審判請求日】2020-05-11

(31)【優先権主張番号】201510824831.5

(32)【優先日】2015-11-24

(33)【優先権主張国・地域又は機関】CN

(73)【特許権者】

【識別番号】516089359

【氏名又は名称】グリー エレクトリック アプライアンスィズ，インコーポレーテッド オブ ジュハイ

(74)【代理人】

【識別番号】110002572

【氏名又は名称】特許業務法人平木国際特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】ヤオ，リナ

(72)【発明者】

【氏名】グオ，ウェイリン

(72)【発明者】

【氏名】ウー，ウェンシャン

(72)【発明者】

【氏名】フー，アンヨン

【合議体】

【審判長】柿崎 拓

【審判官】長馬 望

【審判官】熊谷 健治

(56)【参考文献】

【文献】特開２０１１－１３９６１２（ＪＰ，Ａ）

【文献】特開平１１－１９１９８５（ＪＰ，Ａ）

(58)【調査した分野】(Int.Cl.，ＤＢ名)

H02P 6/12

H02H 3/087

H03K 5/08

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

ブラシレス直流モータの制御装置に適用されるブラシレス直流モータの保護回路であって、
前記ブラシレス直流モータの電流信号を受信するためのサンプル信号入力端と、
一端が前記サンプル信号入力端に接続される第１の抵抗と、
一端が前記第１の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第１のコンデンサと、
正相入力端が前記第１の抵抗の他端に接続され、逆相入力端が基準電圧を受信するコンパレータと、
制御端が前記コンパレータの出力端に接続され、前記制御端がハイレベル信号を受信した時にオンされ、前記制御端がローレベル信号を受信した時にオフされるスイッチング素子と、
前記制御装置のマスターチップの故障信号入力端に接続するための故障信号出力端と、
一端が前記故障信号出力端に接続され、他端が接地される第２のコンデンサと、を含み、
前記スイッチング素子の信号入力端が前記故障信号出力端に接続され、前記スイッチング素子の信号出力端が接地し、前記スイッチング素子がオンされ前記故障信号出力端から出力される電圧がローレベルであると、ＰＷＭ駆動信号の出力を遮断するように前記制御装置中のマスターチップを制御し、
前記第１の抵抗と前記第１のコンデンサのフィルタリング充電時間の長さ、前記コンパレータの応答/遅延時間の長さ、前記スイッチング素子のオン時間の長さ、前記第２のコンデンサの放電時間の長さの合計は前記制御装置のパワーモジュールが短絡による大電流に耐えることのできる時間の長さより小さく、前記第１の抵抗と前記第１のコンデンサのフィルタリング充電時間の長さ、前記コンパレータの応答/遅延時間の長さ、前記スイッチング素子のオフ時間の長さ、前記第２のコンデンサの充電時間の長さの合計は前記パワーモジュールの放熱要求を満たすことを特徴とするブラシレス直流モータの保護回路。

【請求項2】

前記スイッチング素子は、リレー又はトライオードを含むことを特徴とする請求項１に記載の保護回路。

【請求項3】

前記スイッチング素子は、ＭＯＳ管であって、
一端が回路電源に接続され、他端が前記制御端に接続される第２の抵抗をさらに含むことを特徴とする請求項１に記載の保護回路。

【請求項4】

前記マスターチップの故障信号入力端に電源を接続していない場合、前記保護回路は、前記故障信号出力端に給電するための給電回路をさらに含むことを特徴とする請求項１乃至３の中のいずれか１項に記載の保護回路。

【請求項5】

前記給電回路は、
駆動電圧を受信するための電圧入力端と、
一端が前記電圧入力端に接続され、他端が前記故障信号出力端に接続される第３の抵抗とをさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の保護回路。

【請求項6】

前記コンパレータの逆相入力端へ前記基準電圧を出力するための分圧回路をさらに含むことを特徴とする請求項４に記載の保護回路。

【請求項7】

前記分圧回路は、
駆動電圧を受信するための分圧電圧入力端と、
一端が前記分圧電圧入力端に接続され、他端が前記コンパレータの逆相入力端に接続される第４の抵抗と、
一端が前記第４の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第５の抵抗と、を含むことを特徴とする請求項６に記載の保護回路。

【請求項8】

一端が前記第４の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第３のコンデンサをさらに含むことを特徴とする請求項７に記載の保護回路。

【請求項9】

ブラシレス直流モータを制御するためのマスターチップを含む制御装置であって、
前記マスターチップに接続される請求項１乃至８の中のいずれか１項に記載の保護回路をさらに含むことを特徴とする制御装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

この出願は、２０１５年１１月２４日に中国特許局に出願され出願番号が２０１５１０８２４８３１.５で、発明名称が「ブラシレス直流モータの保護回路と制御装置」である出願の優先権を主張し、その開示のすべてをここに取り込む。

【背景技術】

【0002】

ブラシレス直流モータの運転は、制御装置がマスターチップを介してマルチパス（複数）のＰＷＭ駆動信号を入力することによって行われる。ブラシレス直流モータは、運転中に負荷又は故障が原因で過電流又は短絡が発生することがあって、過電流又は短絡故障が発生すると大電流が発生し、大電流が制御装置にダメージを与え、ひいてはマスターチップを焼損してしまう。ブラシレス直流モータに過電流又は短絡が発生した時に即時にマスターチップのマルチパスのＰＷＭ駆動信号の出力を遮断すると、大電流による制御装置に対する回復不能な損害を回避することができる。

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0003】

そこで、本出願は、ブラシレス直流モータに過電流又は短絡が発生した時に即時に制御装置のマルチパスのＰＷＭ駆動信号の出力を停止して、制御装置にダメージを与えることを防止することのできるブラシレス直流モータの保護回路と制御装置を提供する。

【課題を解決するための手段】

【0004】

上記目的を実現するため、以下の技術的解決策を提示する。

【0005】

ブラシレス直流モータの制御装置に適用されるブラシレス直流モータの保護回路であって、
前記ブラシレス直流モータの電流信号を受信するためのサンプル信号入力端と、
一端が前記サンプル信号入力端に接続される第１の抵抗と、
一端が前記第１の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第１のコンデンサと、
正相入力端が前記第１の抵抗の他端に接続され、逆相入力端が基準電圧を受信するコンパレータと、
制御端が前記コンパレータの出力端に接続され、前記制御端がハイレベル信号を受信した時にオンされるスイッチング素子と、
前記制御装置のマスターチップの故障信号入力端に接続するための故障信号出力端と、
一端が前記故障信号出力端に接続され、他端が接地される第２のコンデンサと、を含み、
前記スイッチング素子の信号入力端が前記故障信号出力端に接続され、信号出力端が接地されるブラシレス直流モータの保護回路を提供する。

【0006】

選択的に、前記スイッチング素子は、リレー又はトライオードを含む。

【0007】

選択的に、前記スイッチング素子は、ＭＯＳ管であって、
一端が前記故障信号出力端に接続され、他端が前記制御端に接続される第２の抵抗をさらに含む。

【0008】

選択的に、前記故障信号出力端に給電するための給電回路をさらに含む。

【0009】

選択的に、前記給電回路は、
駆動電圧を受信するための電圧入力端と、
一端が前記電圧入力端に接続され、他端が前記故障信号出力端に接続される第３の抵抗と、を含む。

【0010】

選択的に、前記コンパレータの逆相入力端に前記基準電圧を出力するための分圧回路をさらに含む。

【0011】

選択的に、前記分圧回路が、
駆動電圧を受信するための分圧電圧入力端と、
一端が前記分圧電圧入力端に接続され、他端が前記コンパレータの正相入力端に接続される第４の抵抗と、
一端が前記第４の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第５の抵抗とを含む。

【0012】

選択的に、
一端が前記第４の抵抗の他端に接続され、他端が接地される第３のコンデンサとをさらに含む。

【0013】

ブラシレス直流モータを制御するためのマスターチップを含む制御装置であって、
前記マスターチップに接続される上述した保護回路をさらに含む制御装置を提供する。

【発明の効果】

【0014】

上述した技術的解決策によると、本出願においては、ブラシレス直流モータの保護回路と制御装置を開示し、該保護回路はブラシレス直流モータの制御装置に適用されるものであって、制御装置は、ブラシレス直流モータを駆動するためのマスターチップと保護回路とを含む。保護回路は、所定の構造で接続されたサンプル信号入力端ＲＮＦ、第１の抵抗Ｒ１、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２、コンパレータＩＣ２、スイッチング素子ＩＣ１を含む。サンプル信号の電圧値が保護閾値を超えると、コンパレータＩＣ２がハイレベルを出力し、スイッチング素子ＩＣ１がオンされ、第２のコンデンサＣ２に貯蓄された電気量がスイッチング素子ＩＣ１の信号出力端を介して放電され、故障信号出力端ＦＩＢの電圧が速やかにローレベルに低下し、マスターチップが６パスのＰＷＭ駆動信号の出力を遮断し、つまり、ブラシレス直流モータの駆動を停止して、ブラシレス直流モータが大電流の発生を停止して、大電流が制御装置にダメージを与えることを防止することができる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

本出願の実施例又は既存技術の技術的解決策を明確に説明するため、以下、実施例又は既存技術の説明に必要な図面を簡単に説明するが、以下で説明する図面は本出願の実施例の一部に過ぎず、当業者は創造性のある作業を必要とせずにこれらの図面から他の図面を得ることができる。

【0016】

【図1】本出願の実施例で提供するブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【図2】本出願の実施例で提供する他のブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【図3】本出願の実施例で提供する他のブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【図4】本出願の他の実施例で提供するブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、本出願の実施例の図面を参照しながら、本出願の実施例の技術的解決策を明確且つ完全に説明するが、ここで説明する実施例は本出願の実施例の全部ではなく一部であることは言うまでもない。本出願の実施例に基づいて、当業者が創造性のある作業を必要とせずに得られるすべての他の実施例は、いずれも本出願の保護範囲に含まれる。

【0018】

実施例１

【0019】

図１は、本出願の実施例で提供するブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【0020】

図１に示すように、本実施例で提供する保護回路は、ブラシレス直流モータの制御装置に適用されるものであって、制御装置のマスターチップに接続される。具体的に、サンプル信号入力端ＲＮＦと、第１の抵抗Ｒ１と、第１のコンデンサＣ１と、第２のコンデンサＣ２と、コンパレータＩＣ２と、スイッチング素子ＩＣ１とを含む。

【0021】

ここで、サンプル信号入力端ＲＮＦは、ブラシレス直流モータの電流信号を受信し、ブラシレス直流モータの電流センサーによって電流信号を収集して、例えば０～５ボルトの電圧等の標準的な電流信号に変換させる。

【0022】

第１の抵抗Ｒ１の一端はサンプル信号入力端ＲＮＦに接続され、他端はそれぞれ第１のコンデンサＣ１の一端、コンパレータＩＣ２の正相入力端（非反転入力端子）に接続され、第１のコンデンサＣ１の他端は接地（アース）する。

【0023】

コンパレータＩＣ２の逆相入力端（反転入力端子）は、所定の基準電圧を受信し、該基準電圧は、保護回路の保護閾値である。コンパレータＩＣ２の信号出力端は、スイッチング素子ＩＣ１の制御端に接続されて、サンプル信号入力端ＲＮＦが受信した電流信号の電圧が基準電圧を超えると、コンパレータＩＣ２はその信号出力端からハイレベル信号を出力する。

【0024】

故障信号出力端ＦＩＢは、マスターチップの故障信号入力端に接続するためのものである。故障信号出力端ＦＩＢは、第２のコンデンサＣ２の一端、スイッチング素子ＩＣ１の信号入力端に接続され、第２のコンデンサＣ２の他端は接地し、スイッチング素子ＩＣ１の信号出力端も同様に接地する。スイッチング素子ＩＣ１の制御端にハイレベル信号が印加されると、スイッチング素子ＩＣ１はその信号入力端とその信号出力端とを導通させる。

【0025】

スイッチング素子ＩＣ１として、具体的にリレー、トライオード又はＭＯＳ管（ＭＯＳＦＥＴ）を用いることができる。

【0026】

サンプル信号の電圧値が保護閾値を超えていない時、コンパレータＩＣ２はローレベルを出力し、スイッチング素子ＩＣ１をオフし、第２のコンデンサＣ２は故障信号出力端を介して充電され、第２のコンデンサＣ２が電圧がハイレベルまで徐々に上昇する。この時、マスターチップはその信号出力端から正常に６パスのＰＷＭ駆動信号を出力し、ブラシレス直流モータが正常に作動する。

【0027】

サンプル信号の電圧値が保護閾値を超えると、コンパレータＩＣ２はハイレベルを出力し、スイッチング素子ＩＣ１がオンされ、第２のコンデンサＣ２に蓄電された電気量がスイッチング素子ＩＣ１の信号出力端を介して放電され、故障信号出力端ＦＩＢの電圧が速やかにローレベルに低下して、マスターチップが６パスのＰＷＭ駆動信号の出力を遮断する。

【0028】

第２のコンデンサＣ２の容量値の大きさによってコンデンサの充電、放電時間の長さが決められる。第２のコンデンサＣ２の容量値を変更することで、充放電時間の長さを制御して、マスターチップのオフや駆動信号を出力する持続時間の長さを制御することができる。

【0029】

ブラシレス直流モータの短絡が持続的に発生する場合を例にすると、ブラシレス直流モータの電流の大きさを反映するサンプル信号の電圧値が保護閾値を超えると、第２のコンデンサＣ２が放電し、第２のコンデンサＣ２の電圧がハイレベルから徐々にローレベルに変化すると、マスターチップはＰＷＭ駆動信号を出力せず、ブラシレス直流モータの電流は速やかに低下する。その後、サンプル信号の電圧値が保護閾値より低くなると、第２のコンデンサＣ２は充電し始め、第２のコンデンサＣ２の電圧がローレベルから徐々にハイレベルに上昇し、故障信号出力端ＦＩＢの電圧信号がハイレベルに上昇し、マスターチップは再びＰＷＭ駆動信号を出力し始め、ブラシレス直流モータは、また大電流を発生し、当該回路は保護発生と保護停止との間で常に循環して動作する。

【0030】

第１の抵抗Ｒ１と第１のコンデンサＣ１のフィルタリング充電時間の長さがＴ１で、コンパレータＩＣ２の応答/遅延時間の長さがＴ２で、スイッチング素子ＩＣ１のオン時間の長さがＴ３で、オフ時間の長さがＴ４で、第２のコンデンサＣ２の放電時間の長さがＴ５で、充電時間の長さがＴ６であると、ここで、Ｔ１、Ｔ２、Ｔ３、Ｔ５の時間の長さの合計は必ず、制御装置のパワーモジュールが短絡による大電流に耐えることのできる時間の長さより小さく、当該時間の長さの範囲内で故障信号出力端ＦＩＢのレベルを低下させる。Ｔ１、Ｔ２、Ｔ４、Ｔ６の時間の長さの合計は必ず、パワーモジュールの放熱要求を満たし、パワーモジュールが絶え間なくに循環して大電流の衝撃を受けることで温度が高すぎて損壊されることを回避しなければならない。

【0031】

上記技術的解決策によると、本実施例は、ブラシレス直流モータの保護回路を提供し、該保護回路はブラシレス直流モータの制御装置に適用され、制御装置はブラシレス直流モータを駆動するためのマスターチップと保護回路とを含む。保護回路は所定の構造で接続されたサンプル信号入力端ＲＮＦ、第１の抵抗Ｒ１、第１のコンデンサＣ１、第２のコンデンサＣ２、コンパレータＩＣ２、スイッチング素子ＩＣ１を含む。サンプル信号の電圧値が保護閾値を超えると、コンパレータＩＣ２がハイレベルを出力し、スイッチング素子ＩＣ１がオンされ、第２のコンデンサＣ２に蓄電された電気量がスイッチング素子ＩＣ１の信号出力端を介して放電され、故障信号出力端ＦＩＢの電圧が速やかにローレベルに低下し、マスターチップが６パスのＰＷＭ駆動信号の出力を遮断し、つまり、ブラシレス直流モータの駆動を停止して、ブラシレス直流モータが大電流の発生を停止して、大電流が制御装置にダメージを与えることを防止することができる。

【0032】

スイッチング素子としてＭＯＳ管（ＭＯＳＦＥＴ）を用いる場合、具体的に図２に示すように、その制御端にプルアップ抵抗としての第２の抵抗Ｒ２をさらに接続しなければならない。

【0033】

故障信号入力端に電源を接続していないマスターチップの場合、保護回路にさらに、故障信号入力端に給電する給電回路を設置しなければならなく、該給電回路は電圧入力端ＰＯＷＥＲと第３の抵抗Ｒ３とを含み、具体的に図３に示すように、外部電源を受けるための電圧入力端ＰＯＷＥＲが第３の抵抗Ｒ３を介して故障信号出力端ＦＩＢに接続される。

【0034】

実施例２

【0035】

図４は、本出願の他の実施例で提供するブラシレス直流モータの保護回路の回路図である。

【0036】

図４に示すように、本実施例は、上記実施例に基づいて、分圧回路を追加していて、該分圧回路はコンパレータに基準電圧を提供し、分圧回路を用いると、分圧抵抗の抵抗値及び分圧比を調節することで必要な基準電圧を簡単に得ることのできるメリットを有する。分圧回路は分圧電圧入力端ＶＲＥＧと、第４の抵抗Ｒ４と、第５の抵抗Ｒ５とを含む。

【0037】

分圧電圧入力端ＶＲＥＧは駆動電圧を受信し、第４の抵抗Ｒ４の一端に接続され、第４の抵抗Ｒ４の他端はそれぞれコンパレータＩＣ２の逆相入力端、第５の抵抗Ｒ５の一端に接続され、第５の抵抗Ｒ５の他端は接地する。

【0038】

第４の抵抗Ｒ４と第５の抵抗Ｒ５との抵抗値及び分圧比を調節することで、コンパレータＩＣ２の逆相入力端へ出力する基準電圧を簡単に調整することができる。

【0039】

そして、ノイズ波をフィルタリングするため、本実施例において、第５の抵抗Ｒ５と直接に並列とされる第３のコンデンサＣ３がさらに設置される。

【0040】

実施例３

【0041】

本実施例においては、ブラシレス直流モータの制御装置を提供し、該制御装置はマスターチップと上記実施例で提供する保護回路とを含む。

【0042】

本明細書における各実施例を漸進的な方式で説明し、各実施例で重点をおいて説明した部分はすべて他の実施例との相違点であって、各実施例間で共通する部分については互いに参照することができる。開示する実施例についての上記説明によって、当業者は本出願を実現したり使用することができる。これらの実施例の様々な変形は当業者にとって自明なものであって、本願に定義された一般の原理は、本出願の趣旨又は範囲を離脱しない状況で、他の実施例で実現されることもできる。よって、本出願は本明細書に記載のこれらの実施例に限定されなく、本願に開示された原理と新規な特徴と一致する最も広い範囲を含む。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】