电动机控制电路的电磁过滤

技术领域

本发明的技术背景是防止电磁辐射。更具体地，本发明涉及一种电动机的控制电路，特别是在机动车辆正面风扇组件中使用的那些类型的电动机。本发明还涉及一种由这种电动机控制电路驱动的用于机动车辆的电动风扇单元。

背景技术

已知一种电动风扇单元，其允许调节足以冷却机动车辆的多个元件(例如内燃机或电路)的空气流。这种电动风扇单元包括可旋转风扇和用于使风扇旋转的电动机，该电动机由控制电路驱动。

电气设备在机动车辆中的不断增加的集成导致所述电气设备之间的更大的接近度。因此，电气设备的各个物件的实际操作会扰乱相邻的电气设备。因此，汽车制造商施加了越来越大的电磁兼容性(EMC)约束，以便首先保证机动车辆的可靠运行，其次保证所提供的各种功能的可靠运行。

这些电磁兼容性要求也施加在电动风扇单元的电动机的控制电路上。这是因为当电动机由控制电路的功率桥驱动时脉冲宽度调制控制信号的生成会产生电磁辐射，其可能会干扰其他电气设备并传播到电动车辆的电气系统。

发明内容

本发明的目的是提出一种新颖的控制电路，以便至少在很大程度上克服先前的问题并且还带来更多的优点。更特别地，本发明的目的是减少这种控制电路在其操作期间的电磁辐射，并限制对机动车辆的电气系统的电扰动。

根据本发明的第一方面，利用一种电动机的控制电路实现前述目的中的至少一个，该控制电路包括：(i)包括至少一个功率分支的功率桥，该功率桥配置为驱动电动机；以及(ii)包括至少一个过滤分支的第一过滤装置，该过滤分支通过两个连接端子与功率桥并联布置，以便过滤来自所述功率桥的电磁辐射。根据本发明，第一过滤装置的连接端子中的至少一个位于功率桥的连接点附近，使得将第一过滤装置的所述连接端子连接到功率桥的连接点的电导体的长度小于或等于20mm。

因此，形成功率桥的功率开关与第一过滤装置的一个连接端子之间的接近度允许所述功率桥和所述第一过滤装置之间的电连接处的寄生效受到限制，该寄生效应通常表现为电感和/或电容耦合。因此，第一过滤装置允许衰减当功率桥操作时出现的电磁扰动的幅度。因此，根据本发明的第一方面，本发明允许将这些扰动尽可能地衰减到它们发生的位置，而不是通过较长的导电链路来衰减它们，该较长的导电链路用作用于旨在消除电磁扰动的天线。第一过滤装置的一个连接端子与功率桥之间的接近度还使得所述第一过滤装置和所述功率桥之间的电连接的数量受到限制，位于第一过滤装置和功率桥之间的这些电连接中的每个具有降低这种过滤装置的效率的效果。因此，根据本发明的第一方面，如果控制电路实施在机动车辆上，则可以减少在机动车辆电气系统上的电扰动。

旨在由控制电路驱动的电动机有利地是DC电动机的类型。通常，旨在由根据本发明第一方面的控制电路驱动的电动机是任何多相电动机的类型，尤其是无刷电动机，是同步电动机的类型。

根据本发明第一方面的控制电路的功率桥的每个功率分支包括一个或多个优选两个功率开关。每个功率开关配置为生成电脉冲宽度调制功率信号，以便控制与控制电路连接的电动机的旋转和/或旋转速度。为此，每个功率开关交替地配置为导通状态(在此状态下其端子之间的电阻非常低)和关断状态(在此状态下其端子之间的电阻非常高)。因此，在功率开关的导通和关断状态之间切换可以生成脉冲宽度调制类型的功率信号，并且可以使其特性例如所述功率信号的频率和/或占空比受控。

在其操作期间，控制电路是电磁辐射的来源，主要是由于功率桥的功率开关的连续切换。因此，第一过滤装置允许过滤电流的突然变化，当电动机旋转时，特别是当功率开关从其导通状态切换到其关断状态时功率开关断开或闭合时(反之亦然)，电流会突然变化。这是因为第一过滤装置的电阻抗取决于流过它的电流的频率：对于电流的突然变化(在建立功率开关的电切换时)，第一过滤装置的电阻抗非常高。另一方面，对于电流的较小变化(当功率开关已切换到其导通状态之一时)，第一过滤装置的电阻抗非常低。

换句话说，第一过滤装置本质上就像低通型过滤器，其截止频率决定了其相对于流过它的电流的行为：

–超过截止频率，流经第一过滤装置的电流所看到的电阻抗非常大，因此流经所述第一过滤装置的电流将大大衰减；

–低于截止频率，流经第一过滤装置的电流所看到的电阻抗非常小，流经所述第一过滤装置的电流衰减很少或根本没有衰减。

如稍后将检查，过滤装置的截止频率取决于形成第一过滤装置的部件的电特性。

根据本发明第一方面的控制电路有利地包括以下至少一种改进，形成这些改进的技术特征能够被单独地或组合地采用：

–功率桥的功率开关属于功率晶体管类型。根据特定实施例，功率开关是场效应晶体管的类型。更特别地，功率开关是MOSFET的类型，其是“金属氧化物半导体场效应晶体管”的缩写，或者是双极晶体管的类型，例如IGBT类型，其是“绝缘栅极双极晶体管”的缩写；

–第一过滤装置的每个连接端子都位于功率桥的连接点附近，使得将第一过滤装置的每个连接端子连接至功率桥的对应连接点的电导体的长度小于或等于20mm。在该有利配置中，第一过滤装置的两个连接端子位于功率桥的对应连接点附近，以便最小化将第一过滤装置连接到功率桥的电导体的长度。有利地，将功率桥连接至第一过滤装置的第一连接端子的电导体的长度等于将所述功率桥连接至第一过滤装置的第二连接端子的电导体的长度；

–第一过滤装置包括与功率桥的功率分支数量相等的过滤分支数量，每个过滤分支与单个功率分支相关，使得将每个过滤分支的连接端子连接到功率分支的对应连接点的长度小于或等于20mm；

–第一过滤装置是截止频率在800kHz与1.2MHz之间的低通过滤器的类型。因此，第一过滤装置允许过滤在功率桥的端部产生的寄生电磁扰动，其具有以几千赫兹的频率斩波电源电压的效果，然后产生比电磁扰动起因更大的谐波级联。因此，使用第一过滤装置(尽可能靠近功率桥)可以首先更好地确定第一过滤装置的截止频率的大小，其次可以通过控制电路限制电磁扰动的传播和天线的辐射；

–优选地，第一过滤装置的截止频率约等于1MHz±5％。根据第一实施例，对于所述第一过滤装置的所有过滤分支，第一过滤装置的截止频率是相同的。根据第二替代实施例，每个过滤分支具有预定的截止频率，其可能不同于其他过滤分支的截止频率；

–第一过滤装置的每个过滤分支包括至少一个过滤电容器；

–第一过滤装置的过滤电容器的电容值大于1mF。优选地，第一过滤装置的过滤电容器的电容值等于2700μF；

–第一过滤装置的每个过滤分支的过滤电容器是电解电容器的类型；

–控制电路包括具有经由两个连接端子与功率桥并联布置的至少一个过滤分支的第二过滤电路。如前所述，第二过滤电路以与第一过滤电路相当的方式对可能出现在控制电路中的电流的突然变化进行过滤，尤其是当功率桥的功率开关断开或闭合时。为此，第二过滤装置本质上像低通型过滤器，其截止频率决定了其相对于流过它的电流的行为，如前面参照第一过滤装置所提到；

–第二过滤电路的截止频率大于第一过滤电路的截止频率。这种有利配置允许更好地配置控制电路的第一和第二过滤装置的动态行为，并在其操作期间更好地衰减来自控制电路的电磁辐射；

–第二过滤装置的每个连接端子位于功率桥的连接点附近，使得将第二过滤装置的每个连接端子连接至功率桥的对应连接点的电连接器的长度小于或等于20mm；

–第二过滤装置包括与功率桥的功率分支数量相等的过滤分支数量，每个过滤分支与单个功率分支相关，使得将每个过滤分支的连接端子连接到功率分支的对应连接点的电连接器的长度小于或等于20mm；

–第二过滤装置是截止频率大于或等于100MHz的低通过滤器的类型；

–第二过滤装置的每个过滤分支包括过滤电容器；

–第二过滤装置的过滤电容器的电容值小于1μF。优选地，第二过滤装置的每个过滤电容器的电容值在100nF和600nF之间；

–第二过滤装置的每个过滤分支的过滤电容器是电容膜或陶瓷电容器的类型。这种有利配置使得可以获得较低的电容值，以便表现出更好的动态性能，并最终表现出更好的电磁过滤。

根据本发明的第二方面，提出了一种用于机动车辆的电动风扇单元，所述电动风扇单元包括：(i)由电动机旋转的风扇；以及(ii)根据本发明的第一方面或根据其任一改进的控制电路，所述控制电路配置为驱动电动机。

控制电路配置为控制电动机以及因此相关的风扇的旋转速度和/或旋转方向。

可以预见本发明的各种实施例，这些实施例以其所有可能的组合结合了此处说明的各种可选特征。

附图说明

通过下面的描述以及参考所附示意图作为非限制性示例给出的多个示例性实施例，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：

-图1示出根据本发明第一方面的由控制电路驱动的电动机的电路图；

-图2示出根据本发明第一方面的这种控制电路的第一示例性实施例；

-图3示出根据本发明第一方面的这种控制电路的第二示例性实施例。

当然，本发明的特征、变型和不同实施例可以以各种组合彼此结合，只要它们不是不兼容或相互排斥的即可。特别地，如果特征的这种选择足以提供技术优势或将本发明与现有技术区分开，则可以设想本发明的变型，其仅包括以下描述的特征的选择而与所描述的其他特征分离。

特别地，可以将所描述的所有变型和所有实施例彼此组合，只要没有技术上的原因阻止该组合即可。

在附图中，许多附图共有的元件使用相同的参考标记。

具体实施方式

图1示出了例如打算安装在未示出的机动车辆中的电气系统，以及通过电池2经由车辆电气系统21为其提供由电压U

这样的电动风扇单元8包括由控制电路1驱动的电动机4，电动机4的转子机械地联接到使风扇5的螺旋桨51旋转的轴52。控制电路1是根据本发明第一方面的控制电路并将在后面参考图2和3进行描述。

由控制电路1驱动的电动机4可以是任何类型，尤其是DC电动机的类型，例如优选是多相的并且由功率桥驱动。电动机4包括电枢元件41和电感器元件42。在图1所示的示例中，电枢元件41是电动机4的转子；电感器元件42是所述电动机4的定子。有利地，电感器元件42包括N个电绕组421。在图1所示的示例中，N等于3。根据本发明的特定实施例，电感器元件42的电绕组421以所谓的“星形”电配置布置，所有电绕组421在共同的电端子处彼此电连接。可替代地，可以设想其他电配置，例如三角形或环形配置。

根据本发明的另一变型，电动机4是无刷型的，电动机4的转子包括形成电枢元件41的一个或多个永磁体，然后定子的电绕组421形成电动机4的电感器元件42。

电动机4由控制电路1驱动，该控制电路1允许选择性地或集中地产生所述电动机4的电感器元件42的每个电绕组421的相电流i

控制电路1通过车辆电气系统21在正极端子与接地端子M之间从机动车辆的电池2分支。出于电气安全性原因，接地端子M有利地电连接至机动车辆的底盘。

参考图2，描述了根据本发明第一方面的控制电路1的两个示例性实施例，每个控制电路1包括功率桥12和过滤装置13。

功率桥12包括至少一个功率分支A、B、C，以便为所述电动机4的电感器元件42的每个电绕组421产生至少一个相电流i

每个功率分支A、B、C包括两个功率开关121。每个功率开关121配置为产生对应的相电流i

每个功率开关121有利地是功率晶体管的类型，例如MOS、MOSFET，优选如图2和3所示的示例中的N掺杂。

对于每个功率分支A、B、C，有利地，两个功率开关121在公共端子处电连接，例如经由同一功率分支A、B、C的第一功率晶体管的漏极端子和第二功率晶体管的源极端子。随后，两个功率部件121的公共端子然后电连接到电动机4的电绕组421之一，以便控制流过其的电流。

根据本发明的第一方面，为了在功率桥12的操作期间过滤来自功率桥12的电磁辐射，过滤装置13包括第一过滤装置131。为此，第一过滤装置131包括三个过滤分支，每个分别包括过滤电容器131A、131B、131C。如图2和3所示，第一过滤装置131的每个过滤分支首先从功率桥12分支，然后与由机动车辆的电池2输送的电压U

更具体地，第一过滤装置131的每个过滤分支与功率桥12的功率分支A、B、C之一相关。换句话说，第一过滤装置131的每个过滤分支从功率桥12的功率分支A、B、C之一分支，使得第一过滤装置131的每个过滤电容器131A、131B、131C从形成所述功率分支A、B、C之一的功率开关121、122分支。

根据本发明的第一方面，第一过滤装置131的连接端子1311、1312之一位于功率桥12的连接点1211A、1221A、1211B、1221B、1211C、1221C附近，使得将第一过滤装置131的所述连接端子1311、1312连接到功率桥12的连接点1211A-1211C、1221A-1221C的电导体1313的长度小于或等于20mm。

如图2和3所示，第一过滤装置131的每个连接端子1311、1312位于功率桥12的对应连接点1211A-1211C、1221A-1221C附近，使得电导体1313的长度小于或等于20mm。

实际上，20毫米的长度是最大值，超过该最大值，天线效应对于本发明的技术问题变得太大。

第一过滤装置131有利地是截止频率在800kHz和1.2MHz之间的低通过滤器的类型，所述第一过滤装置131的过滤电容器131A-131C的值大于1mF，优选等于2700μF。

另外，在图2和3所示的示例性实施例中，控制电路1的过滤装置13还包括第二过滤电路132。第二过滤装置132(其对于解决技术问题是可选的)允许通过提供与第一过滤装置不同的截止频率来改进过滤装置13的性能。为此，第二过滤装置132有利地是截止频率大于第一过滤装置131的截止频率例如大于100MHz的低通过滤器的类型。

第二过滤装置132包括一个或多个过滤分支，其首先从功率桥12分支，然后与由机动车辆的电池2输送的电压U

根据图2所示的第一示例性实施例，第二过滤装置132的每个过滤分支与功率桥12的功率分支A、B、C之一相关。换句话说，第二过滤装置132的每个过滤分支从功率桥12的功率分支A、B、C之一分支，从而第二过滤装置132的每个过滤电容器132A、132B、132C从形成所述功率分支A、B、C之一的功率开关121、122分支。

在该第一示例性实施例中，第二过滤装置132的连接端子1321、1322之一位于功率桥12的连接端子1211、1211C、1221A-1221C之一附近，使得将所述第二过滤装置132的所述连接端子1321、1322连接到功率桥12的连接点1211A-1211C、1221A-1221C的电连接器1323的长度小于或等于20mm。

从图2中可以看出，第二过滤装置132的每个连接端子1321、1322位于功率桥12的对应连接点1211、1211C、1221A-1221C附近，使得对应电连接器1323的长度小于或等于20mm。

实际上，20毫米的长度是最大值，超过该最大值，天线效应对于本发明的技术问题而言变得太大。

根据图3所示的第二示例性实施例，第二过滤装置132的过滤分支在功率桥12的前面被分组在一起，所述第二过滤装置132的三个功率分支都从功率桥12分支。

在第一或第二示例性实施例中，第二过滤装置132的每个过滤分支包括过滤电容器132A-132C。第二过滤装置132的每个过滤电容器132A-132C的电容值有利地小于1μF，优选地在100nF与300nF之间。

可选地，在图3所示的第二示例性实施例中，第二过滤装置132的所有过滤电容器132A-132C可以被分组在一起，作为从功率桥12分支的单个等效过滤电容器。

总而言之，本发明涉及一种电动机4的控制电路1，该控制电路1包括过滤装置13，以便对在电动机4被驱动时可能产生扰动的电磁辐射的高频进行过滤。为此，过滤装置13包括从驱动电动机4的功率桥12分支的第一过滤装置131，形成第一过滤装置131的每个过滤分支位于功率桥12和/或所述功率桥12的对应功率分支A、B、C之一附近，使得将所述过滤分支连接到所述功率分支的电导体1313的长度小于20mm。

当然，本发明不限于刚刚描述的示例，并且可以在不脱离本发明范围的情况下对这些示例进行多种修改。特别地，本发明的各种特征、形式、变型和实施例可以以各种组合彼此关联，只要它们不是不兼容或相互排斥的即可。特别地，上述所有变型和实施例可以彼此组合。