本申請要求于2015年8月21日提交的申請號為10-2015-0117622的韓國專利申請的優先權，其通過引用并入本文用于所有目的，如同在本文中充分闡述。

技術領域

本發明涉及用于驅動馬達的技術。更具體地，本發明涉及一種確定在馬達驅動電路中是否存在異常以及執行安全算法的技術。

背景技術：

轉向系統是指一種根據駕駛員的轉向控制車輛的前進方向的設備。轉向系統包括由駕駛員直接操作的方向盤和將方向盤的轉向力傳輸至車輛的車輪的轉向裝置。此外，最新轉向系統進一步包括用于通過協助有駕駛員通過其操作方向盤的力而提供駕駛的便利性的輔助動力轉向設備。

輔助動力轉向設備通過產生與駕駛員通過其操作方向盤的力成比例的馬達轉矩協助傳輸至車輛的車輪的力，這能使駕駛員使用馬達轉矩的協助容易地操作車輛的車輪。

輔助動力轉向設備包括用于產生上述馬達轉矩的馬達驅動裝置。如果馬達驅動裝置正常運行，則馬達能夠被控制以產生如上所述與駕駛員通過其操作方向盤的力成比例的馬達轉矩。與此相反，如果馬達驅動裝置不正常運行，則馬達驅動裝置本身很可能被損壞，并且可能會異常操作馬達以導致轉向控制被非正常執行或導致轉向系統進入鎖定狀態。

技術實現要素：

在這種背景下，本發明的方面是提供一種確定在馬達驅動裝置中是否存在異常的技術。本發明的另一方面是提供一種根據馬達驅動裝置的異常操作執行安全算法的技術。

根據本發明的方面，提供一種馬達驅動裝置。馬達驅動裝置包括：H橋電路，其包括第一腿部和第二腿部，第一腿部和第二腿部中的每一個具有設置在其中并且彼此串聯的一對開關并且配置成將驅動電流供給至馬達；電流傳感器，其設置在H橋電路和電壓源之間；以及控制器，其被配置成在第一時間段從電流傳感器獲取第一感測信號，在第一時間段期間，打開信號被供給至設置在第一腿部中的第一開關或設置在第二腿部中的第四開關，被配置成在第二時間段從電流傳感器獲取第二感測信號，在第二時間段期間，打開信號被供給至設置在第一腿部中的第二開關或設置在第二腿部中的第三開關，并且被配置成根據第一感測信號和第二感測信號中的至少一個的特性確定H橋電路中是否存在異常。

根據本發明的另一方面，提供一種使用H橋電路驅動馬達的方法。方法包括：柵極驅動步驟，其在第一時間段將打開柵極信號供給至設置在H橋電路的第一腿部中的第一開關以及設置在第二腿部中的第四開關以及在第二時間段將打開柵極信號供給至設置在第一腿部中的第二開關以及設置在第二腿部中的第三開關；電流感測步驟，其在第一時間段和第二時間段采樣在設置在H橋電路和電壓源之間的分流電阻器中形成的感測電壓一次或多次；正常確定步驟，其根據在第一時間段采樣的第一感測信號和在第二時間段采樣的第二感測信號中的至少一個的特性確定H橋電路中是否存在異常；以及故障安全步驟，其當確定H橋電路中存在異常時，將根據故障安全算法的柵極信號供給至各個開關。

如上所述，根據本發明，有可能確定馬達驅動裝置中是否存在異常并且根據確定結果執行安全算法。

附圖說明

本發明的上述和其它目的、特征和優點將根據結合附圖得到的以下詳細描述更顯而易見，其中：

圖1A說明根據一個實施例的馬達驅動裝置的結構。

圖1B說明根據另一實施例的馬達驅動裝置的結構。

圖2是圖1A的控制器的框圖。

圖3說明在處于正常運行狀態的驅動裝置產中產生的波形。

圖4說明運行異常的馬達驅動裝置的一個實施例的結構。

圖5說明與圖4中說明的驅動裝置類似的處于異常運行狀態中的驅動裝置中產生的波形。

圖6是說明根據一個實施例的控制驅動裝置的方法的流程圖。

具體實施方式

在下文中，將參照附圖詳細地描述本發明的實施例。在每張附圖中的元件添加附圖標記時，雖然它們在不同附圖中示出，如果有可能，相同的元件將由相同的附圖標記指定。另外，在本發明的以下描述中，當確定描述可使本發明的主題相當不清楚時，本文中包括的已知功能和配置的詳細描述將被省略。

此外，當描述本發明的組件時，可在本文中使用諸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等術語。這些術語僅僅用于區分一個結構元件與其它結構元件，相應的結構元件的屬性、順序、序列等不受術語的限制。應當注意的是，當說明書中描述一個組件“被連接至”、“被聯接至”或“被接合至”另一組件時，雖然第一組件可被直接連接至、聯接至或接合至第二組件，但是第三組件可“被連接”、“被聯接”或“被接合”在第一組件和第二組件之間。

圖1A說明根據一個實施例的馬達驅動裝置的結構。

參照圖1A，驅動裝置100可包括H橋電路110、電壓源120、電流傳感器130以及控制器140。

H橋電路110可包括第一腿部111和第二腿部115。彼此串聯連接的第一開關112和第二開關114可被設置在第一腿部111中。此外，彼此串聯連接的第三開關116和第四開關118可被設置在第二腿部115中。

開關112、114、116和118可包括可分別經受打開控制的功率半導體。例如，開關112、114、116和118可包括場效應晶體管(FET)、絕緣柵雙極模式晶體管(IGBT)等。開關112、114、116和118可包括被并聯連接至功率半導體用于允許反向電流的二極管。

通過H橋電路110產生的驅動電流i_m可被供給至馬達10，馬達10的一側被連接至第一開關112和第二開關114接合的節點，馬達10的另一側被連接至第三開關116和第四開關118接合的節點。

電流傳感器130可被設置在H橋電路110和電壓源120之間。電流傳感器130可以是霍爾傳感器型或電阻型。被稱為分流電阻器的高精度電阻器可用作電流傳感器130。

電流傳感器130可與電壓源120的正電極或負電極連接。電壓源120的負電極可與地面連接，在這種情況下，電流傳感器130也可與地面連接。

控制器140可從電流傳感器130獲取感測信號并且可使用感測信號控制H橋電路110。對應于感測電流i_s的感測電壓V_s可在電流傳感器130中形成，控制器140可根據感測電壓V_s估計或計算感測電流i_s。

控制器140可打開或關閉被設置在H橋電路110中的開關112、114、116和118。為了控制開關112、114、116和118，控制器140可產生柵極信號G1、G2、G3和G4并可將柵極信號G1、G2、G3和G4傳輸至開關112、114、116和118。

開關112、114、116和118可根據通過控制器140產生的柵極信號G1、G2、G3和G4被打開或關閉。此外，朝向馬達10流動的驅動電流i_m可根據開關112、114、116和118的打開或關閉產生。

圖1B示出根據另一實施例的馬達驅動裝置的結構。

參照圖1B，驅動裝置100可包括H橋電路110、電壓源120、電流傳感器190和控制器140。在圖1B中的電流傳感器190可被設置在H橋電路110和電壓源120之間，但可在電流傳感器190的正電極處與電壓源120連接且在電流傳感器190的負電極處與H橋電路110連接，其與圖1A的電流傳感器130相反。即，電流傳感器190可被連接在電壓源120和H橋電路110的第一開關112和第三開關116之間。同時，在這種情況下，通過電流傳感器感測的電流的極性可與圖1A中的極性相反。

此后，為了描述的方便，假設電流傳感器130如圖1A中說明的方式連接。然而，本發明的實施例的概念也可被相同地應用于電流傳感器190如圖1B說明的方式連接的情況，其可落入本發明的精神和范圍內。

圖2是圖1A的控制器的框圖。

參照圖2，控制器140可包括感測塊210、分析塊220以及柵極驅動塊230。

感測塊210可使用從電流傳感器130輸入的感測電壓V_s估計或計算感測電流i_s。分析塊220可使用獲得的感測電流i_s確定H橋電路110中是否存在異常。柵極驅動塊230可產生用于控制開關112、114、116和118的打開或關閉的柵極信號G1、G2、G3和G4并且可根據分析塊220的分析結果控制H橋電路110的開關112、114、116和118。

感測塊210可包括采樣&保持電路并可通過在每個特定時間點處理從電流傳感器130接收的感測信號估計或計算感測電流。開關112、114、116和118可根據脈沖寬度調制(PWM)周期(參見圖3的T)被重復地打開或關閉，感測塊210可響應于PWM周期(參見圖3的T)處理感測信號。

柵極驅動塊230可包括用于產生柵極信號G1、G2、G3和G4的柵極驅動電路。此外，柵極驅動塊230可進一步包括用于感測開關112、114、116和118的狀態的電路。例如，柵極驅動塊230可進一步包括用于感測漏-源電壓的電路。開關112、114、116和118的感測的狀態值可被傳遞至分析塊220。

分析塊220可根據從感測塊210接收的感測信號確定H橋電路110中是否存在異常。

此外，根據實施例，分析塊230可根據從柵極驅動塊230接收的信號確定H橋電路110中是否存在異常。例如，柵極驅動塊230可感測開關112、114、116和118的狀態，分析塊220可基于這些狀態值確定H橋電路110中是否存在異常。通過特定示例的方式，柵極驅動塊230可感測開關112、114、116和118的漏-源電壓，分析塊220可基于漏-源電壓確定開關112、114、116和118是否正常停止工作。當打開柵極信號被傳遞至開關112，114、116和118時，漏-源電壓必須是接近0V的低電壓，當關閉柵極信號被傳遞至開關112、114、116和118時，漏-源電壓必須是高電壓。當漏-源電壓不匹配柵極信號G1、G2、G3和G4時，分析塊220可確定開關112、114、116和118中存在故障。

同時，分析塊220可通過分析從感測塊210接收的感測信號的特性確定H橋電路110中是否存在異常。與當H橋電路110正常運行時相比，當H橋電路110異常運行時從感測塊210接收的感測信號的特性可變化，并且分析塊220可通過分析感測信號的特性確定H橋電路110中是否存在異常。

圖3說明在處于正常運行狀態中的驅動裝置中產生的波形。

參照圖3，柵極信號G1、G2、G3和G4具有根據預定的脈沖寬度調制(PWM)周期T重復的邏輯高值和邏輯低值。在這種情況下，當被供給至開關112、114、116和118的柵極信號G1、G2、G3和G4具有邏輯高值時，開關112、114、116和118可被打開，當被供給至開關112、114、116和118的柵極信號G1、G2、G3和G4具有邏輯低值時，開關112、114、116和118可被關閉。

被供給至第一開關112的第一柵極信號G1和被供給至第四開關118的第四柵極信號G4可彼此同步。此外，被供給至第二開關114的第二柵極信號G2和被供給至第三開關116的第三柵極信號G3可彼此同步PWM周期T可被劃分成第一周期T1和第二周期T2。打開柵極信號可在第一時間段T1被供給至第一開關112和第四開關118，打開柵極信號可在第二時間段T2被供給至第二開關114和第三開關116。

在這種情況下，朝向馬達10流動的驅動電流i_m可相對于特定的幅度(magnitude)反復地增大和減小。

當驅動電流i_m相對于特定的幅度反復地增大和減小時，感測電流i_s的極性可變化。例如，感測電流i_s可具有正極性同時具有與在第一時間段T1內的驅動電流i_m相同的幅度并且可具有與驅動電流i_m相反的負極性同時具有與在第二時間段T2內的驅動電流i_m相同的絕對值。

控制器140可在第一時間T1中的一個時間點A處采樣感測電流i_s并且可在第二時間T2中的一個時間點B處采樣感測電流i_s。在這種情況下，如果驅動裝置100正常運行，則在第一時間T1中的時間點A處的感測電流的極性可與在第二時間T2中的時間點B處的感測電流的極性不同。

針對第一周期時間T1的感測電流i_s可具有與驅動電流i_m相同的絕對值和極性，針對第二周期時間T2的感測電流i_s可具有與驅動電流i_m相同的絕對值但是與驅動電流i_m極性不同的極性。

當與在H橋電路110的正常運行狀態下觀測的感測電流i_s的特性不同的特性如上所述被感測到時，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當與在H橋電路110的正常運行狀態下觀測的感測電流i_s的特性相同的特性被感測到時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

例如，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與第一正常信號的極性(例如在圖3中說明的正極性)不同或在時間點B處感測的第二感測信號的極性與第二正常信號的極性(例如在圖3中說明的負極性)不同時，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與第一正常信號的極性(例如在圖3中說明的正極性)相同或在時間點B處感測的第二感測信號的極性與第二正常信號的極性(例如在圖3中說明的負極性)相同時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

在另一示例中，當在時間點A處感測的第一感測信號的幅度超出第一正常信號的范圍(例如相對于圖3中說明的10A的特定范圍)或當時間點B處感測的第二感測信號的幅度超出第二正常信號的范圍(例如相對于圖3中說明的-10A的特定范圍)時，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的幅度在第一正常信號的范圍(例如相對于圖3中說明的10A的特定范圍)中或當時間點B處感測的第二感測信號的幅度在第二正常信號的范圍(例如相對于圖3中說明的-10A的特定范圍)中時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

在另一示例中，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與在時間點B處感測的第二感測信號的極性彼此相同時，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與在時間點B處感測的第二感測信號的極性彼此不同時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

圖4說明異常運行的馬達驅動裝置的一個實施例的結構。

馬達驅動裝置可以各種形式發生故障。故障的代表性示例可以是開關112、114、116和118的短路或斷路。圖4說明第一開關112具有短路的情況。當如圖4中說明，短路發生在第一開關112中時，電阻器與功率半導體并聯連接的效果可被獲得。在這種情況下，電阻器的幅度可非常小。

當開關112、114、116和118具有短路時，開關112、114、116和118的打開和關閉不通過柵極信號控制。因此，大電流可在具有短路的開關中引起。

圖5說明與圖4中說明的驅動裝置類似的處于異常運行狀態中的驅動裝置中產生的波形。

當正常的柵極信號G1、G2、G3和G4被供給至開關112、114、116和118同時短路發生如圖4中說明的第一開關112中時，第一開關112不通過柵極信號G1控制，但是剩余的開關114、116和118通過柵極信號G2、G3和G4被正常地打開或關閉。

參照圖5，在第一周期T1期間，打開柵極信號被供給至第一開關112和第四開關118，關閉柵極信號被供給至第二開關114和第三開關116。在這種情況下，因為第一開關112不通過第一柵極信號G1控制，但是具有短路，所以驅動裝置100如處于正常運行狀態一樣同樣地運行。

與此相反，在第二周期T2期間，關閉柵極信號被供給至第一開關112和第四開關118，打開柵極信號被供給至第二開關114和第三開關116。在這種情況下，第一開關112不被第一柵極信號G1控制并連續地保持在短路狀態，因為位于第一腿部111中的第二開關114被打開，所以大電流在第一腿部111中流動。

控制器140可在PWM周期(T)內的第一時間段T1和第二時間段T2中感測感測電流i_s一次或多次以檢測驅動裝置100的異常運行。

例如，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與第一正常信號的極性不同時或當在時間點B處感測的第二感測信號的極性與第二正常信號的極性不同時(例如當第二感測信號具有正極性而不是如圖5中說明的為正常信號極性的負極性時)，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與第一正常信號的極性相同時或當在時間點B處感測的第二感測信號的極性與第二正常信號的極性相同時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

在另一示例中，當在時間點A處感測的第一感測信號的幅度超出第一正常信號的范圍時或當時間點B處感測的第二感測信號的幅度超出第二正常信號的范圍時(例如當第二感測信號超出相對于圖5中說明的-10A的特定范圍時)，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的幅度在第一正常信號的范圍中時和當時間點B處感測的第二感測信號的幅度在第二正常信號的范圍中時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

在另一示例中，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與在時間點B處感測的第二感測信號的極性彼此相同時(例如當第一感測信號和第二感測信號均具有如圖5中說明的正極性時)，控制器140可確定在H橋電路110中存在異常。在不同的方面，當在時間點A處感測的第一感測信號的極性與在時間點B處感測的第二感測信號的極性彼此不同時，控制器140可確定H橋電路110正常運行。

圖6是說明根據一個實施例的控制驅動裝置的方法的流程圖。

參照圖6，驅動裝置100可在第一時間段T1中將打開柵極信號供給至設置在H橋電路110的第一腿部111中的第一開關112以及設置在第二腿部115中的第四開關118，并且可在第二時間段T2中將打開柵極信號供給至設置在第一腿部111中的第二開關114以及設置在第二腿部115中的第三開關116(步驟S610)。

驅動裝置100可在第一時間段T1和第二時間段T2中采樣在設置在H橋電路110和電壓源120之間的分流電阻器r_s中形成的感測電壓V_s一次或多次(步驟S620)。

驅動裝置100根據在第一時間段T1中采樣的第一感測信號的特性和在第二時間段T2中采樣的第二感測信號的特性確定H橋電路110中是否存在異常(步驟S630)，當確定H橋電路110中存在異常(步驟S630-A)時，驅動裝置100將根據故障安全算法的柵極信號供給至各個開關(步驟S650)。在這種情況下，當確定H橋電路110正常運行(步驟S630-N)時，驅動裝置100將正常柵極信號供給至各個開關(步驟S640)。

在確定H橋電路110中是否存在異常的步驟(步驟S630)中，當第一感測信號的極性與第一正常信號的極性不同時或當第二感測信號的極性與第二正常信號的極性不同時，驅動裝置100可確定H橋電路110中存在異常。

在確定H橋電路110中是否存在異常的步驟(步驟S630)中，當第一感測信號的幅度超出第一正常信號的范圍時或當第二感測信號的幅度超過第二正常信號的范圍時，驅動裝置100可確定H橋電路110中存在異常。

在確定H橋電路110中是否存在異常的步驟(步驟S630)中，當第一感測信號和第二感測信號具有不同的極性時，驅動裝置100可確定H橋電路110正常運行。

在確定H橋電路110中是否存在異常的步驟(步驟S630)中，當第一感測信號和第二感測信號的幅度處于正常信號范圍中時，驅動裝置100可確定H橋電路110正常運行。

同時，在執行故障安全算法的步驟(步驟S650)中，驅動裝置100可將關閉柵極信號傳輸至開關112、114、116和118以停止H橋電路110的運行。

另外，由于諸如“包括”、“包含”和“具有”的術語是指可存在一個或多個相應組件，除非它們被特別描述為相反，否則其應被理解為一個或多個其它組件可被包括在內。所有技術術語、科學術語或其它方面的術語與如本領域技術人員所理解含義一致，除非被定義為相反的含義。在詞典中找到的常用術語應該在相關科技寫作的上下文中被解釋而不應該太理想或不切實際地解釋，除非在本發明中明確地如此定義。

雖然為了說明的目的本發明的優選實施例已被描述，但是本領域的技術人員將理解的是，在不脫離如所附權利要求公開的本發明的范圍和精神的情況下，各種修改、增加和替換都是可能的。因此，在本發明中公開的實施例旨在說明本發明的技術思想的范圍，并且本發明的范圍并不由實施例限定。本發明的范圍應在所附權利要求的基礎上以包括在等同于權利要求的范圍內的所有技術思想屬于本發明的方式被理解。