DE102017127055A1

DE102017127055A1 - Motortreibervorrichtung und Gebrauchsgerät

Info

Publication number: DE102017127055A1
Application number: DE102017127055.8A
Authority: DE
Inventors: Yue Li; Chiping Sun; Fei Xin; Shinghin Yeung; Xiuwen YANG; Shujuan Huang
Original assignee: Johnson Electric SA
Current assignee: Johnson Electric International AG
Priority date: 2016-11-21
Filing date: 2017-11-16
Publication date: 2018-05-24
Also published as: US10230316B2; CN108092563A; JP2018093712A; US20180145614A1; CN108092563B

Abstract

Es werden eine Motortreibervorrichtung (100) für bürstenlose Gleichstrommotoren (M1-MN) und ein Anwendungsgerät derselben vorgeschlagen. Die Motortreibervorrichtung umfasst einen Inverter (20), eine Mehrzahl von Motorzweigen (A1-AN) und einen Mikroprozessor (10). Der Inverter (20) hat eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern für die Ausgabe eines Wechselstroms über einen ersten Ausgangsanschluss (X) und einen zweiten Ausgangsanschluss (Y). Die mehrzähligen Motorzweige (A1-AN) sind zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (X) und dem zweiten Ausgangsanschluss (Y) des Inverters (20) parallelgeschaltet, und jeder der mehrzähligen Motorzweige (A1-AN) umfasst einen Motor und einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, die in Reihe geschaltet sind. Der Mikroprozessor (10) steuert eine Leitungsweise der Halbleiterschalter in dem Inverter (20) und steuert, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist.

Description

TECHNISCHES GEBIET
Vorliegende Erfindung betrifft eine Motortreibervorrichtung und ein Gebrauchsgerät und insbesondere eine Motortreibervorrichtung, die geeignet ist zum Steuern mehrerer Motoren.
HINTERGRUND
Es können in einer Vorrichtung mehrere bürstenlose Gleichstrommotoren (BLDC-Motoren) verwendet werden. Ein Beispiel ist ein Sitzverstellungssystem in einem Fahrzeug, das eine Mehrzahl von Motoren zum Einstellen einer Längsposition, einer Sitzhöhe, einer Sitzlehne, einer Oberschenkelstütze und einer Lendenwirbelstütze enthält. Wenn jeder der bürstenlosen Gleichstrommotoren mit einer Treiberschaltung versehen ist und jede Treiberschaltung mindestens einen Inverter umfasst, der durch vier Halbleiterschalter gebildet ist, müssen in dem System sehr viele Elektronikelemente angeordnet werden. Die Struktur der Treiberschaltung ist dementsprechend kompliziert, umfangreich und teuer.
ÜBERSICHT
In Anbetracht der vorstehenden Ausführungen und Probleme werden gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung eine kostengünstige Motortreiberschaltung und ein die Motortreiberschaltung enthaltendes Gebrauchsgerät vorgeschlagen.
Eine Motortreiberschaltung umfasst einen Inverter, eine Mehrzahl von Motorzweigen und einen Mikroprozessor. Der Inverter hat eine Mehrzahl von Halbleiterschaltern für die Ausgabe eines Wechselstroms über einen ersten Ausgangsanschluss und einen zweiten Ausgangsanschluss. Die mehrzähligen Motorzweige sind zwischen dem ersten Ausgangsanschluss und dem zweiten Ausgangsanschluss des Inverters parallelgeschaltet, und jeder der mehrzähligen Motorzweige umfasst einen Motor und einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, die in Reihe geschaltet sind. Der Mikroprozessor steuert eine Leitungsart der Halbleiterschalter in dem Inverter und ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der mehrzähligen Motorzweige zu aktivieren ist. Vorzugsweise ist der Inverter ein Brückeninverter, und Zwischenknoten von zwei einphasigen Brückenarmen des Inverters dienen jeweils als erster Ausgangsanschluss und zweiter Ausgangsanschluss des Inverters.
Vorzugsweise umfasst jeder der Motorzweige ferner eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung empfängt ein Auswahlsignal, das von dem Mikroprozessor ausgegeben und verwendet wird zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter zu aktivieren ist.
Vorzugsweise schaltet die Schaltersteuerschaltung zumindest zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand, wenn der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter aktiviert wird; wobei in dem ersten Zustand über die Schaltersteuerschaltung ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters zu einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters fließt und dann über den zweiten Ausgangsanschluss und einen aktivierten Halbleiterschalter eines unteren Arms, der mit dem zweiten Ausgangsanschluss in dem Inverter verbunden ist, geerdet wird. In dem zweiten Zustand fließt ein Strom von dem zweiten Ausgangsanschluss zu dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters, durch ein Steuerende des bidirektionalen Wechselstromschalters und die Schaltersteuerschaltung und wird dann über einen aktivierten Halbleiterschalter eines unteren Arms, der mit dem ersten Ausgangsanschluss in dem Inverter verbunden ist, geerdet.
Vorzugsweise umfasst die Schaltersteuerschaltung einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter, wobei der erste Schalter und der zweite Schalter zwischen dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters in Reihe geschaltet sind. Wenn der erste Schalter aktiviert wird, fließt ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters durch den ersten Schalter zu dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters; und wenn der zweite Schalter aktiviert wird, fließt ein Strom von dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters durch den zweiten Schalter zu dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters.
Vorzugsweise umfasst die Schaltersteuerschaltung eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode. Die bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode umfasst eine Leuchtdiode und eine bidirektionale Triggerdiode. Eine Anode der Leuchtdiode ist mit einer Stromversorgung verbunden. Eine Kathode der Leuchtdiode ist über einen Steuerschalter geerdet. Zwei Anoden der bidirektionalen Triggerdiode sind jeweils mit dem ersten Ausgangsanschluss des Inverters und mit dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters verbunden, und der Steuerschalter empfängt ein Auswahlsignal zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige zu aktivieren ist.
Vorzugsweise umfasst jeder der Motorzweige ferner eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung umfasst eine Leuchtdiode. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ist eine bidirektionale Triggerdiode. Eine Anode der Leuchtdiode empfängt ein Auswahlsignal zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem dem Motorzweige zu aktivieren ist. Eine Kathode der Leuchtdiode ist geerdet, und die Leuchtdiode und die bidirektionale Triggerdiode bilden eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode.
Vorzugsweise umfasst jeder Motorzweige ferner eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung umfasst einen Widerstand und einen Steuerschalter, die zwischen einem Ende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und der Erde in Reihe geschaltet sind. Der zweite Ausgangsanschluss ist ferner mit einer Stromversorgung verbunden, die verwendet wird für die Versorgung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters mit einem Gate-Ansteuerstrom, wobei ein Auswahlsignal an den Steuerschalter gesendet wird, um zu steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige zu aktivieren ist.
Vorzugsweise umfasst jeder der Motorzweige ferner eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung umfasst eine Leuchtdiode. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ist eine bidirektionale Triggerdiode. Eine Anode der Leuchtdiode empfängt ein Auswahlsignal zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige zu aktivieren ist. Eine Kathode der Leuchtdiode ist geerdet, und die Leuchtdiode und die bidirektionale Triggerdiode bilden eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode.
Vorzugsweise umfasst jeder der Motorzweige eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung umfasst einen Widerstand und einen Steuerschalter, die zwischen einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und der Erde in Reihe geschaltet sind. Der zweite Ausgangsanschluss ist ferner mit einer Stromversorgung verbunden, die verwendet wird für die Versorgung des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters mit einem Gate-Ansteuerstrom, und ein Auswahlsignal wird zu dem Steuerschalter gesendet, um zu steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige zu aktivieren ist.
Vorzugsweise umfasst jeder der Motorzweige ferner eine Schaltersteuerschaltung. Die Schaltersteuerschaltung umfasst einen Widerstand und einen Signalpuffer. Ein Eingangsende des Signalpuffers empfängt ein Auswahlsignal, das von dem Mikroprozessor ausgegeben wird, und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter wird durch das Auswahlsignal dahingehend gesteuert, ob der Schalter in jedem der Motorzweige zu aktivieren ist. Der zweite Ausgangsanschluss ist ferner mit einer Stromversorgung verbunden, die verwendet wird für die Bereitstellung eines Gate-Ansteuerstroms an den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter, und ein Ausgangsende des Signalpuffers ist über den Widerstand mit einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters verbunden.
Vorzugsweise ist der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ein TRIAC, antiparallele IGBTs, GTRs, MOSs, GTOs oder Trioden oder ein bidirektionaler Silizium-Triodenthyristor.
Ein Gebrauchsgerät enthält eine Motortreibervorrichtung wie vorstehend beschrieben.
Vorzugsweise kann das Gebrauchsgerät ein Geschirrspüler, ein Waschtrockner oder ein Fahrzeugsitz sein.
Bei vorstehender Motortreibervorrichtung teilen sich die mehreren Motoren einen Inverter. Die Anzahl von Halbleiterschaltern in der Motortreibervorrichtung wird deutlich verringert. Ebenso wird bei der Motortreibervorrichtung das Leiterplattenbauteil verkleinert, auf welchem die Halbleiterschalter montiert sind. Entsprechend verringern sich die Kosten der Motortreibervorrichtung und auch des Gebrauchsgeräts.
Figurenliste

1 zeigt schematisch das Prinzip einer Motortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
2 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform;
3 zeigt Stromwellenformen von zwei Motoren gemäß einer Ausführungsform;
4 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
5 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
6 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
7 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
8 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform;
9 ist ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform.

DETAILBESCHREIBUNG DER AUSFÜHRUNGSFORMEN
Nachstehend werden bestimmte Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung werden unter Bezugnahme auf die anliegenden Zeichnungen im Detail beschrieben, wobei sich die technischen Lösungen und weitere Vorteile der Erfindung aus dieser Beschreibung erschließen. Es versteht sich, dass die Zeichnungen nur Referenz- und Darstellungszwecken dienen, ohne die Erfindung einzuschränken. Dimensionen in den Zeichnungen sind im Hinblick auf eine übersichtliche Darstellung gewählt und sind nicht auf das dargestellte proportionale Verhältnis beschränkt.
1 zeigt eine Motortreibervorrichtung 100 gemäß einer Ausführungsform. Die Motortreibervorrichtung 100 kann einen Mikroprozessor 10, einen Inverter 20 und eine Mehrzahl von Motorzweigen A1 bis AN umfassen, die zwischen einem ersten Ausgangsanschluss X und einem zweiten Ausgangsanschluss Y des Inverters 20 in Reihe geschaltet sind. Der Inverter 20 kann mehrere Halbleiterschalter umfassen, die konfiguriert sind für die Umwandlung einer Spannung einer Stromversorgung 30 in einen Wechselstrom. Der Inverter 20 kann den Wechselstrom über den ersten Ausgangsanschluss X und den zweiten Ausgangsanschluss Y des Inverters 20 ausgeben. Jeder der mehrzähligen Motorzweige A1 bis AN kann eine Mehrzahl von Motoren M1 bis MN und eine Mehrzahl von steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschaltern S1 bis SN umfassen. Jeder der mehrzähligen Motoren M1 bis MN ist mit einem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter in Reihe geschaltet. Der Mikroprozessor 10 ist konfiguriert für das Senden eines PMW-Signals zum dem Inverter 20, um die Leitungsweise der Halbleiterschalter in dem Inverter zu steuern, und für das Senden von Auswahlsignalen CTRL1 bis CTRLN zu den Motorzweigen A1 bis AN, um zu steuern, ob die steuerbaren bidirektionale Wechselstromschalter S1 bis SN in den Motorzweigen A1 bis AN jeweils zu aktivieren sind. Dementsprechend lässt sich ein Betriebszustand jedes der Motoren M1 bis MN in der Motortreibervorrichtung 100 steuern. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter kann ein TRIoden-Wechselstrom-Halbleiterschalter (TRIAC) sein oder antiparallele IGBTs, GTRs, MOSs, GTOs oder Trioden.
2 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer Ausführungsform. Zur Vereinfachung der Beschreibung erfolgt diese anhand einer Ausführungsform mit zwei Motorzweigen.
Der Inverter 20 kann ein Brückeninverter sein, und zwar ein Vollbrückeninverter oder ein H-Brückeninverter. Der Inverter 20 kann vier Halbleiterschalter umfassen. Diese sind eine Triode Q1, eine Triode Q2, ein MOS-Transistor Q3 und ein MOS-Transistor Q4. Die vier Halbleiterschalter bilden zwei Brückenarme, wobei die Triode Q1 und der MOS-Transistor Q3 einen ersten Brückenarm, die Triode Q2 und der MOS-Transistor Q4 einen zweiten Brückenarm bilden, die Triode Q1 und die Triode Q2 Schalter des oberen Arms sind und der MOS-Transistor Q3 und der MOS-Transistor Q4 Schalter des unteren Arms sind. Ein Emitter der Triode Q1 und ein Emitter der Triode Q2 sind mit einer positiven Elektrode der Stromversorgung 30 verbunden, und ein Kollektor Q1 ist mit einem Drain des MOS-Transistors Q3 verbunden. Ein Kollektor der Triode Q2 ist mit einem Drain des MOS-Transistors Q4 verbunden, und Sources der MOS-Transistoren Q3 und Q4 sind mit einer negativen Elektrode der Stromversorgung 30 verbunden und sind geerdet. Eine Basis der Triode Q1 ist mit dem Kollektor der Triode Q2 über einen Widerstand R1 verbunden. Eine Basis der Triode Q2 ist über einen Widerstand R2 mit dem Kollektor der Triode Q1 verbunden. Ein Knoten, an welchem der Kollektor der Triode Q1 und der MOS-Transistor Q3 verbunden sind, dient als erster Ausgangsanschluss X des Inverters 20, und ein Knoten, an welchem der Kollektor der Triode Q2 und der MOS-Transistor Q4 verbunden sind, dient als zweiter Ausgangsanschluss Y des Inverters 20. Gates der MOS-Transistoren Q3 und Q4 sind jeweils über die Widerstände R4 und R5 geerdet. Das Gate des MOS-Transistors Q3 empfängt das von dem Mikroprozessor 10 ausgegebene PWM-Signal über einen Widerstand R3, und das Gate des MOS-Transistors Q4 empfängt ein PWM-Signal mit umgekehrter Phase zu dem PWM-Signal, das von dem Mikroprozessor 10 ausgegeben wird. Das PWM-Signal kann erhalten werden durch die Umkehr des PWM-Signals über einen Inverter oder ein NOT-Gate. In der Ausführungsform wird das PWM-Signal durch eine Triode Q7 umgekehrt, wobei eine Basis der Triode Q7 das PWM-Signal über einen Widerstand R9 empfängt, ein Kollektor der Triode Q7 mit der positiven Elektrode der Stromversorgung 30 verbunden ist, ein Emitter der Triode Q7 geerdet ist und ein Kollektor der Triode Q7 das PWM -Signal ausgibt.
In der Ausführungsform werden die Trioden Q1 und Q2 mit einem Low-Signal angeschaltet, zum Beispiel eine PNP-Triode, und können in anderen Ausführungsformen auch ein P-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (PMOSFET) sein. Die MOS-Transistoren Q3 und Q4 werden mit einem High-Signal angeschaltet, zum Beispiel ein N-Kanal-Metalloxid-Halbleiter-Feldeffekttransistor (NMOSFET), und können in anderen Ausführungsformen auch eine Triode, ein Biopolartransistor mit isoliertem Gate (IGBT) mit antiparallelen Dioden, ein Gate-abschaltbarer Thyristor (GTO) oder dergleichen sein. In einer speziellen Anwendung kann eine antiparallele Diode zwischen zwei Enden jedes der Halbleiterschalter geschaltet sein. Die antiparallele Diode ist konfiguriert für die Bildung eines Entladepfads zum Freisetzen einer gegenelektromotorischen Kraft, der zwischen zwei Enden des Motors gebildet wird, wenn sich ein Zustand des Halbleiterschalters ändert, um zu verhindern, dass die gegenelektromotorische Kraft den Halbleiterschalter beschädigt.
Ein Funktionsprinzip des Inverters 20 in der Ausführungsform ist wie folgt. Wenn das PWM-Signal auf einem hohen Pegel liegt, wird der MOS-Transistor Q3 angeschaltet, der MOS-Transistor Q4 abgeschaltet, der Drain des MOS-Transistors Q3 auf einen niedrigen Pegel gezogen und die Triode Q1 angeschaltet, und der Kollektor der Triode Q2 wird auf einen hohen Pegel gezogen und die Triode Q1 abgeschaltet. Wenn das PWM-Signal auf einem hohen Pegel liegt, werden die Triode Q2 und der MOS-Transistor Q3 angeschaltet, die Triode Q1 und der MOS-Transistor Q4 abgeschaltet, und es fließt ein Strom von dem zweiten Ausgangsanschluss Y zu dem ersten Ausgangsanschluss X. Wenn das PWM-Signal auf einem niedrigen Pegel liegt, wird der MOS-Transistor Q3 abgeschaltet, der MOS-Transistor Q4 angeschaltet, der Drain des MOS-Transistors Q4 wird auf einen niedrigen Pegel gezogen und die Triode Q1 angeschaltet, und der Kollektor der Triode Q1 wird auf einen hohen Pegel gezogen und die Triode Q2 abgeschaltet. Deshalb werden die Triode Q1 und der MOS-Transistor Q4 angeschaltet, die Triode Q2 und der MOS-Transistor Q3 abgeschaltet, wenn das PWM-Signal auf einem niedrigen Pegel liegt, und es fließt ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss X zu dem zweiten Ausgangsanschluss Y. In der Ausführungsform werden die MOS-Transistoren Q3 und Q4 unter der Steuerung des PWM-Signals alternierend angeschaltet, und die Zustände der Trioden Q1 und Q2 werden mit Änderungen der Zustände der MOS-Transistoren Q4 und Q3 jeweils eingestellt. Auf diese Weise fließt der Strom in der Art eines Wechselstroms durch die mehrzähligen Motorzweige A1 bis AN, die zwischen den ersten Ausgangsanschluss X und den zweiten Ausgangsanschluss Y geschaltet sind, um die Motoren M1 bis MN in den N Motorzweigen A1 bis AN für ihren Betrieb anzusteuern.
Die Motorzweige A1 bis AN haben jeweils die gleiche Struktur, wobei der Motorzweig A1 als Erläuterungsbeispiel gewählt wird. Der Motorzweig A1 kann den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1, den Motor M1 und eine Schaltersteuerschaltung C1 umfassen. Der Motor M1 und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter S1 sind zwischen dem ersten Ausgangsanschluss X und dem zweiten Ausgangsanschluss Y in Reihe geschaltet. Die Schaltersteuerschaltung C1 kann einen ersten Schalter und einen zweiten Schalter umfassen. Der erste Schalter und der zweite Schalter sind zwischen einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters S1 und dem ersten Ausgangsanschluss X des Inverters 20 parallelgeschaltet. Wenn der erste Schalter aktiviert wird, fließt ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss X des Inverters 20 durch den ersten Schalter zu dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und wird dann über den zweiten Ausgangsanschluss Y und den angeschalteten MOS-Transistor Q4 in dem Inverter geerdet. Wenn der zweite Schalter aktiviert wird, fließt ein Strom von dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters durch den zweiten Schalter zu dem ersten Ausgangsanschluss X des Inverters 20 und wird über den angeschalteten MOS-Transistor Q3 des Inverters 20 geerdet.
In der Ausführungsform sind der erste Schalter und der zweite Schalter jeweils Trioden Q5 und Q6, wobei beide Trioden Q5 und Q6 NPN-Trioden sind. Ein Emitter der Triode Q5 ist mit dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters S1 und ein Kollektor der Triode Q5 über einen Widerstand R10 mit dem ersten Ausgangsanschluss X des Inverters 20 verbunden. Ein Emitter der Triode Q6 ist mit dem Kollektor der Triode Q5 verbunden, und ein Kollektor der Triode Q6 ist mit dem Emitter der Triode Q5 verbunden. Die Basen der Trioden Q5 und Q6 empfangen jeweils das Auswahlsignal CTRL1, das von dem Mikroprozessor 10 gesendet wird. Der Motorzweig A2 hat die gleiche Struktur wie der Motorzweig A1, und der Motorzweig A2 umfasst den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S2, den Motor M2 und die Schaltersteuerschaltung C2. Basen der Trioden Q5 und Q6 in der Schaltersteuerschaltung C2 empfangen das Auswahlsignal CTRL2, das von dem Mikroprozessor 10 gesendet wird. In der Ausführungsform ist der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter ein TRIAC.
Wenn der Motor M1 in dem Motorzweig A1 für den Betrieb angesteuert wird, liegt das von dem Mikroprozessor 10 gesendete Auswahlsignal CTRL1 auf einem hohen Pegel, die Trioden Q5 und Q6 in der Schaltersteuerschaltung C1 werden angeschaltet, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter S1 wird aktiviert, und der von dem Inverter 20 bereitgestellte Wechselstrom fließt durch den Motor M1. Wenn der Motor M1 zum Stoppen angesteuert wird, liegt das Auswahlsignal CTRL1 auf einem niedrigen Pegel, die Trioden Q5 und Q6 werden abgeschaltet, und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter wird deaktiviert, wenn eine durch den Motor M1 fließende Spannung den Wert Null erreicht. Wenn der Motor M2 in dem Motorzweig A2 für den Betrieb angesteuert wird, liegt das von dem Mikroprozessor 10 gesendete Auswahlsignal CTRL2 auf einem hohen Pegel, die Trioden Q5 und Q6 in der Schaltersteuerschaltung C2 werden angeschaltet, der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter S2 wird aktiviert, und der von dem Inverter 20 bereitgestellte Wechselstrom fließt durch den Motor M2. Das Betriebsverfahren kann sich auf Wellenformen von Betriebszuständen der Motoren wie in 3 beziehen. Im Allgemeinen liegen die Auswahlsignale CTRL1 bis CTRLN dauerhaft auf einem hohen Pegel, wie in 3 gezeigt, wenn eine Frequenz des von dem Mikroprozessor 10 gelieferten PWM-Signals höher als 20 KHz ist. Liegt die Frequenz des PWM-Signals niedriger als 20KHz, liegen die Auswahlsignale CTRL1 und CTRLN als Impulsreihe vor.
In der Ausführungsform hat die Schaltersteuerschaltung C1 zwei Trioden Q5 und Q6, so dass sowohl die positive Halbperiode als auch die negative Halbperiode der Wechselstromversorgung den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 passieren können. Wenn die Schaltersteuerschaltung C1 in einer weiteren Ausführungsform nur mit einer Triode Q5 oder Q6 versehen ist, kann die Wechselstromversorgung, die von dem Inverter 20 bereitgestellt wird, den ausgewählten Motor nur für eine Halbperiode passieren. Speziell wenn die Schaltersteuerschaltung C1 nur mit der Triode Q5 versehen ist, kann nur die negative Halbperiode den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 passieren. Wenn die Schaltersteuerschaltung C1 nur mit der Triode Q6 versehen ist, kann nur die positive Halbperiode den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 passieren.
Es sollte beachtet werden, dass die Motoren in den Motorzweigen durch die Steuerung der Auswahlsignale CTRL1 bis CTRLN gesteuert werden können, die der Mikroprozessor 10 an die Motorzweige A1 bis AN liefert. Wie ersichtlich ist, können alle Motoren gleichzeitig betrieben werden oder stoppen und können je nach Bedarf zu verschiedenen Zeiten betrieben werden. Da sich alle Motoren 20 einen Inverter 20 teilen, haben die Motoren, die gleichzeitig in Betrieb sind, die gleiche Drehzahl. Wie ersichtlich ist, lässt sich die Drehzahl des Motors einstellen oder anpassen, indem ein Tastverhältnis des an den Inverter 20 gelieferten PWM-Signals eingestellt wird.
In anderen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung können der Inverter 20 und die Motorzweige A1 bis AN der Motortreibervorrichtung 100 ferner andere Strukturen aufweisen.
4 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die in 4 gezeigten Motorzweige haben die gleiche Struktur wie die in 2 gezeigten Motorzweige. Die Motortreibervorrichtung, die in 4 gezeigt ist, unterscheidet sich von der in 2 gezeigten Motortreibervorrichtung dadurch, dass der Inverter in 4 eine Brückenschaltung ist, die hauptsächlich vier MOS-Transistoren Q11 bis Q14 enthält. Die MOS-Transistoren Q11 und Q13 bilden einen ersten Brückenarm. Die MOS-Transistoren Q12 und Q14 bilden einen zweiten Brückenarm. Die MOS-Transistoren Q11 und Q12 sind Schalter des oberen Arms, und die MOS-Transistoren Q13 und Q14 sind Schalter des unteren Arms. Der Mikroprozessor 10 sendet ein PWM-Signal, um die MOS-Transistoren Q1 und Q15 durch eine erste Ansteuerschaltung 21 anzusteuern, und sendet das PWM-Signal, um die MOS-Transistoren Q12 und Q14 durch eine zweite Ansteuerschaltung anzusteuern. Alle MOS-Transistoren Q11 bis Q14 werden mit einem High-Signal angeschaltet, wie zum Beispiel N-Kanal-Feldeffekttransistoren. Der Mikroprozessor 10 sendet das PWM-Signal zum Steuern einer Gruppe der MOS-Transistoren Q11 und Q14 und einer Gruppe der MOS-Transistoren Q12 und Q13, so dass diese alternierend angeschaltet werden, um den Wechselstrom zwischen dem ersten Ausgangsanschluss X und dem zweiten Ausgangsanschluss Y zuzuführen.
5 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Motortreibervorrichtung von 5 kann den gleichen Mikroprozessor, die gleiche Stromversorgung und die gleiche erste und zweite Ansteuerschaltung wie in 4 umfassen, die daher nicht näher bezeichnet sind. Die Struktur des Inverters 20 und eine Verbindung zwischen dem Motor und dem steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige sind die gleichen wie bei dem Inverter und der Verbindung in 4. In der Ausführungsform, die in 5 gezeigt ist, hat die Schaltersteuerschaltung C1 des Motorzweigs A1 eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode (Diac) 60. Die bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode 60 kann eine Leuchtdiode 61 und eine bidirektionale Triggerdiode 63 umfassen. Eine Anode der Leuchtdiode 61 ist über eine Widerstand R16 mit einer Stromversorgung Vdd verbunden, und die Stromversorgung Vdd kann durch die Stromversorgung 30 bereitgestellt werden. Eine Kathode der Leuchtdiode 61 ist über einen Steuerschalter 64 geerdet. Zwei Anoden der bidirektionalen Triggerdiode 63 sind jeweils mit dem ersten Ausgangsanschluss X des Inverters 20 und mit dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters S1 verbunden. Der Steuerschalter 64 empfängt das Auswahlsignal CTRL1, um zu steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter S1 in dem Motorzweig A1 zu aktivieren ist, und um dadurch zu steuern, ob der Motor M1 zu betreiben ist.
6 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schaltersteuerschaltung C1 kann eine Leuchtdiode 71 umfassen, und der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter S1 ist eine bidirektionale Triggerdiode. Eine Anode der Leuchtdiode 71 empfängt das Auswahlsignal CTRL1 über einen Widerstand 72, und eine Kathode der Leuchtdiode 71 wird geerdet. Die Leuchtdiode 71 und die bidirektionale Triggerdiode bilden eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode. Die bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode steuert basierend auf dem Zustand des Auswahlsignals CTRL1, ob der Betrieb des Motors M1 in dem Motorzweig A1 zu veranlassen ist.
7 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schaltersteuerschaltung C1 umfasst einen Widerstand 81 und einen Steuerschalter 82, die zwischen dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters S1 und der Erde in Reihe geschaltet sind. Der zweite Ausgangsanschluss Y ist ferner mit einer Stromversorgung Vcc verbunden. Die Stromversorgung Vcc wird verwendet, um für den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 einen Gate-Ansteuerstrom bereitzustellen. Der Steuerschalter 82 empfängt das Auswahlsignal CTRL1, um den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 in dem Motorzweig A1 zu steuern, und um dadurch zu steuern, ob der Betrieb des Motors M1 zu veranlassen ist. In der Ausführungsform kann der Steuerschalter 82 eine Triode sein.
8 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. Die Schaltersteuerschaltung C1 umfasst einen Widerstand 91 und einen Signalpuffer 92. Ein Eingangsende des Signalpuffers 92 empfängt das Auswahlsignal CTRL1, und ein Ausgangsende des Signalpuffers 92 ist über den Widerstand 91 mit dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters S1 verbunden. Der zweite Ausgangsanschluss Y ist ferner mit einer Stromversorgung Vcc verbunden. Die Stromversorgung Vcc wird verwendet, um für den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 einen Gate-Ansteuerstrom bereitzustellen. Der Signalpuffer 92 steuert den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter S1 in dem Motorzweig A1, wodurch gesteuert wird, ob der Betrieb des Motors M1 zu veranlassen ist.
Die Stromversorgung Vcc und die Stromversorgung VDD in den vorstehenden Ausführungsformen sind voneinander unabhängig und haben keine gemeinsame Erdung.
9 zeigt ein Schaltungsdiagramm einer Motortreibervorrichtung gemäß einer weiteren Ausführungsform. In der Ausführungsform ist der Inverter 20 eine Brückenschaltung, die hauptsächlich vier Trioden Q21 bis Q24 umfasst. Die Trioden Q21 und Q23 bilden einen ersten Brückenarm und die Trioden Q22 und Q24 einen zweiten Brückenarm. Die Trioden Q21 und Q22 sind Schalter des oberen Arms, und die Trioden Q23 und Q24 sind Schalter des unteren Arms. Der Mikroprozessor 10 sendet ein PWM-Signal an die Steuertrioden Q21 und Q24 und an die Trioden Q22 und Q23, so dass diese alternierend angeschaltet werden, um den Wechselstrom zwischen dem ersten Ausgangsanschluss X und dem zweiten Ausgangsanschluss Y zu liefern. Der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige A1 bis AN ist mit antiparallelen Trioden Q25 und Q26 gebildet, wobei das Anschalten und Abschalten der Trioden Q25 und Q26 durch den Mikroprozessor 10 gesteuert wird. Verglichen mit der Ausführung, die einen Triac verwendet, sind die antiparallelen Trioden Q25 und Q26 einfach zu steuern. In anderen Ausführungsformen können die Trioden Q25 und Q26 durch einen IGBT, GTR, MOS, GTO oder durch elektronische Schalter einer anderen Art ersetzt werden.
Zusammengefasst können sich mehrere Motorzweige der erfindungsgemäßen Motortreibervorrichtung einen Inverter teilen. Die Anzahl der Halbleiterschalter lässt sich im Vergleich zu der konventionellen Technik deutlich verringern, normalerweise um 75%, und auch die Größe des Leiterplattenbauteils, auf welchem die Halbleiterschalter montiert sind, wird um etwa 75% verringert. Die Motortreibervorrichtung kann eine einfache Struktur aufweisen und ist kostengünstig.
Eine Motortreibervorrichtung gemäß vorliegender Erfindung eignet sich zur Verwendung in verschiedenen Geräten, um verschiedene Lasten anzutreiben. Die Motortreibervorrichtung kann mehrere Motoren antreiben, so dass diese alternierend oder gleichzeitig in Betrieb sind. Die Motortreibervorrichtung eignet sich zur Verwendung in Haushaltsgeräten wie beispielsweise einem Geschirrspüler oder einem Waschtrockner und ebenso zur Verwendung in einem Sitzverstellungssystem in einem Fahrzeug.
Vorstehend wurden lediglich bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung beschrieben, die keine Einschränkung des Schutzumfangs der Erfindung darstellen. Änderungen, äquivalente Ersetzungen, Verbesserungen usw., die auf dem Grundgedanken der Erfindung basieren, fallen sämtlich in den Schutzbereich der vorliegenden Erfindung.

Claims

Motortreibervorrichtung (100) für eine Mehrzahl von bürstenlosen Gleichstrommotoren (M1-MN), umfassend: einen Inverter (20) mit einer Mehrzahl von Halbleiterschaltern und für die Ausgabe eines Wechselstroms über einen ersten Ausgangsanschluss (X) und einen zweiten Ausgangsanschluss (Y); eine Mehrzahl von Motorzweigen (A1-AN), die zwischen dem ersten Ausgangsanschluss (X) und dem zweiten Ausgangsanschluss (Y) des Inverters (20) parallelgeschaltet sind, wobei jeder der mehrzähligen Motorzweige (A1-AN) einen Motor und einen steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter umfasst, die in Reihe geschaltet sind; und einen Mikroprozessor (10) zum Steuern einer Leitungsweise der Halbleiterschalter in dem Inverter (20) und zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der mehrzähligen Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei der Inverter (20) ein Brückeninverter ist und wobei Zwischenknoten der beiden einphasigen Brückenarme des Inverters (20) jeweils als erster Ausgangsanschluss (X) und zweiter Ausgangsanschluss (Y) des Inverters (20) dienen.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 2, wobei jeder der Motorzweige (A1-AN) ferner eine Schaltersteuerschaltung (C1) umfasst, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) ein Auswahlsignal empfängt, das von dem Mikroprozessor (10) ausgegeben wird und verwendet wird zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter zu aktivieren ist.
Motortreiberschaltung (100) nach Anspruch 3, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1), wenn der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter aktiviert wird, zumindest zwischen einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand schaltet; und wobei in dem ersten Zustand ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss (X) des Inverters durch die Schaltersteuerschaltung (C1) zu einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters fließt und dann über den zweiten Ausgangsanschluss und einen aktivierten Halbleiterschalter eines unteren Arms, der mit dem zweiten Ausgangsanschluss des Inverters (20) verbunden ist, geerdet wird; und wobei in einem zweiten Zustand ein Strom von dem zweiten Ausgangsanschluss durch ein Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und die Schaltersteuerschaltung (C1) zu dem ersten Ausgangsanschluss (X) des Inverters (20) fließt und dann über einen aktivierten Halbleiterschalter eines unteren Arms, der mit dem ersten Ausgangsanschluss (X) in dem Inverter (20) verbunden ist, geerdet wird.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) einen ersten Schalter (Q5) und einen zweiten Schalter (Q6) umfasst; wobei der erste Schalter (Q5) und der zweite Schalter (Q6) zwischen dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und dem ersten Ausgangsanschluss (X1) des Inverters (20) parallelgeschaltet sind; wobei, wenn der erste Schalter (Q5) aktiviert wird, ein Strom von dem ersten Ausgangsanschluss (X) des Inverters (20) durch den ersten Schalter (Q5) zu dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters fließt; und wobei, wenn der zweite Schalter (Q6) aktiviert wird, ein Strom von dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters durch den zweiten Schalter (Q6) zu dem ersten Ausgangsanschluss (X) des Inverters (Y) fließt.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 3, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) eine bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode (60) umfasst, wobei die bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode (60) eine Leuchtdiode (61) und eine bidirektionale Triggerdiode (63) umfasst, wobei eine Anode der Leuchtdiode (61) mit einer Stromversorgung verbunden ist, wobei eine Kathode der Leuchtdiode (61) über einen Steuerschalter geerdet ist, wobei zwei Anoden der bidirektionalen Triggerdiode (63) jeweils mit dem ersten Ausgangsanschluss (X) des Inverters (20) und dem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters verbunden sind und wobei der Steuerschalter ein Auswahlsignal empfängt, um zu steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei jeder der Motorzweige (A1-AN) ferner eine Schaltersteuerschaltung (C1) umfasst, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) eine Leuchtdiode (71) umfasst, wobei der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter eine bidirektionale Triggerdiode ist, wobei eine Anode der Leuchtdiode (71) ein Auswahlsignal empfängt, zum Steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist, wobei eine Kathode der Leuchtdiode (71) geerdet ist und wobei die Leuchtdiode und die bidirektionale Triggerdiode ein bidirektionale optische Isolations-Triggerdiode bilden.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei jeder der Motorzweige (A1-AN) ferner eine Schaltersteuerschaltung (C1) umfasst, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) einen Widerstand (81) und einen Steuerschalter (82) umfasst, die zwischen einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters und der Erde in Reihe geschaltet sind, wobei der zweite Ausgangsanschluss (Y) ferner mit einer Stromversorgung verbunden ist, die verwendet wird, um für den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter einen Gate-Ansteuerstrom bereitzustellen, und wobei an den Steuerschalter (82) ein Auswahlsignal gesendet wird, um zu steuern, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist.
Motortreibervorrichtung (100) nach Anspruch 1, wobei jeder der Motorzweige (A1-AN) ferner eine Schaltersteuerschaltung (C1) umfasst, wobei die Schaltersteuerschaltung (C1) einen Widerstand (91) und einen Signalpuffer (92) umfasst, wobei ein Eingangsende des Signalpuffers (92) ein von dem Mikroprozessor (10) ausgegebenes Auswahlsignal empfängt und durch das Auswahlsignal gesteuert wird, ob der steuerbare bidirektionale Wechselstromschalter in jedem der Motorzweige (A1-AN) zu aktivieren ist, wobei der zweite Ausgangsanschluss (Y) ferner mit einer Stromversorgung verbunden ist, die verwendet wird, um für den steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalter einen Gate-Ansteuerstrom bereitzustellen, und wobei ein Ausgangsende des Signalpuffers (92) über den Widerstand (91) mit einem Steuerende des steuerbaren bidirektionalen Wechselstromschalters verbunden ist.
Gebrauchsgerät, umfassend die Motortreibervorrichtung (100) gemäß einem der Ansprüche 1 bis 9 für eine Mehrzahl von bürstenlosen Gleichstrommotoren und von Lasten, die durch jeden der Motoren angetrieben werden.