專利名稱：控制無刷電機(jī)的裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明有關(guān)一種控制無刷電機(jī)的裝置及方法，特別是有關(guān)一種控 制直流無刷電機(jī)超前角的裝置及方法。
背景技術(shù)：
無刷電機(jī)依反電動(dòng)勢(shì)的波形可分為，永磁同步電機(jī)與直流無刷電 機(jī)。以馬達(dá)為例，永磁同步馬達(dá)具有弦波反電動(dòng)勢(shì)，且配合弦波定子 電流，以產(chǎn)生定轉(zhuǎn)矩；而直流無刷馬達(dá)具有梯形波反電動(dòng)勢(shì)，且配合 方波定子電流，以產(chǎn)生定轉(zhuǎn)矩。直流無刷電機(jī)包含 一 轉(zhuǎn)子與繞有至少 一 繞組的 一 定子。由于繞組 電感的存在，繞組電壓必須超前反電動(dòng)勢(shì)一個(gè)角度，稱之為超前角， 超前角是影響電機(jī)效率和噪音的重要因素。最佳超前角與轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速 有關(guān)，當(dāng)轉(zhuǎn)速越高，最佳超前角越大。而典型的直流無刷電機(jī)控制器 沒有控制超前角，邁此，在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)，電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)性能較差。目前，常見的控制方法如下。第一種方法使用控制卡或數(shù)字運(yùn)算 處理器，通過其中軟件的執(zhí)行以控制超前角，如專利公開案US 2006/0132076A1中所示。這種控制方式的效果雖好，但成本較高。第二種方法使用硬件來控制超前角，如專利公告號(hào)US 4276504 所示。請(qǐng)參閱圖l(a)，其為一種揭露于專利公告號(hào)US 42765042中控 制無刷馬達(dá)超前角的系統(tǒng)方塊示意圖。接著，請(qǐng)參閱圖l(b)，其為圖 l(a)的系統(tǒng)其超前角與馬達(dá)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖。如圖l(b)所示，在低轉(zhuǎn)速 (馬達(dá)速度〈S1)的時(shí)候，所使用的超前角較小，在高轉(zhuǎn)速(馬達(dá)速度〉S1) 的時(shí)候，所使用的超前角較大。第二種方法的最佳超前角在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都是隨轉(zhuǎn)速的增加而增加，因此，這種控制方式并不能保證超前角在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)為最佳。且圖l(a)中使用了測(cè)速發(fā)電機(jī)5，使得控制電路的結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 導(dǎo)致成本增加。第三種方法也使用硬件來控制超前角，如專利公告號(hào)WO 97/33363所示。請(qǐng)參閱圖2(a)，其為一種揭露于專利公告號(hào)WO 97/33363中控制無刷馬達(dá)超前角的電路示意圖。接著，請(qǐng)參閱圖2(b)， 其為圖2(a)電路中信號(hào)的波形圖。如圖2(b)所示，超前角cp隨轉(zhuǎn)速的 增加而增加。但是，由于圖2(a)的電路結(jié)構(gòu)是一個(gè)高通濾波器，造成這種控制 系統(tǒng)的強(qiáng)健性較差。而且，當(dāng)位置信號(hào)48、 50是正弦波時(shí)，所控制 的超前角準(zhǔn)確；但是，通常位置信號(hào)48、 50含有很多諧波，導(dǎo)致所 控制的超前角不準(zhǔn)確。綜上所論，可知為了改善前述技術(shù)的缺點(diǎn)，有必要設(shè)計(jì)出具有 系統(tǒng)穩(wěn)定與成本低優(yōu)點(diǎn)的硬件電路控制系統(tǒng)，使得超前角在整個(gè)轉(zhuǎn)速 范圍內(nèi)都趨于最佳，為發(fā)展本發(fā)明的主要?jiǎng)訖C(jī)。發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的為提出 一 種無刷電機(jī)的控制器與 一 種控制無刷電 機(jī)的方法，使無刷電機(jī)的超前角在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)都趨于最佳，并提 供高性能、低成本、強(qiáng)健性好的控制架構(gòu)。本發(fā)明的第 一 構(gòu)想為提出 一 種無刷電機(jī)的控制器，其中該無刷電 機(jī)包含一轉(zhuǎn)子與由一驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少一定子繞組，而控制 器包括一位置傳感器、 一超前角控制電路及一驅(qū)動(dòng)電路。位置傳感器 在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一前置角，并產(chǎn)生一位置信號(hào)。超前角控制電 路接收位置信號(hào)與一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一換相控制信號(hào)， 且換相控制信號(hào)落后于位置信號(hào) 一 延遲時(shí)間，其中驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào) 復(fù)制于驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)電路接收換相控制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生 一 驅(qū)動(dòng)信號(hào)， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)用以控制無刷電機(jī)的換相。本發(fā)明的第二構(gòu)想為提出一種控制無刷電機(jī)的方法，其中該無刷電機(jī)包含 一 轉(zhuǎn)子與由 一 驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少 一 定子繞組，而該 方法包括下列步驟首先，利用超前于一第一換相位置的一位置傳感 器，獲得轉(zhuǎn)子的一位置信號(hào)；并利用一電壓檢測(cè)電路，獲得驅(qū)動(dòng)電壓 的一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)。接著，根據(jù)位置信號(hào)和驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)， 產(chǎn)生 一 換相控制信號(hào)，其中換相控制信號(hào)落后于位置信號(hào) 一 延遲時(shí) 間，且驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)與延遲時(shí)間成反比。然后，根據(jù)換相控制信 號(hào)，驅(qū)動(dòng)定子繞組的換相。


下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例進(jìn)行詳細(xì)說明，以更深入的了解本發(fā)明的目的、特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)圖l(a)為一種揭露于專利公告號(hào)US 42765042中控制無刷馬達(dá)超 前角的系統(tǒng)方塊示意圖；圖l(b)為圖l(a)的系統(tǒng)其超前角與馬達(dá)轉(zhuǎn)速的關(guān)系圖；圖2(a)為一種揭露于專利公告號(hào)WO 97/33363中控制無刷馬達(dá)超 前角的電路示意圖；圖2(b)為圖2(a)電路中信號(hào)的波形圖；圖3為本發(fā)明所提無刷電機(jī)的控制器其中一第一實(shí)施例的電路 構(gòu)成示意圖；圖4為本發(fā)明所提位置傳感器的位置關(guān)系圖；圖5為本發(fā)明所提超前角在最佳狀態(tài)下所需延遲時(shí)間與驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)圖；圖6為本發(fā)明所提超前角控制電路的第一實(shí)施例的電路示意圖；圖7(a)、圖7(b)為本發(fā)明圖6電路中信號(hào)的波形圖；圖8為本發(fā)明所提超前角控制電路所產(chǎn)生延遲時(shí)間隨驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)的變化與圖5變化的比較圖；圖9為本發(fā)明所提超前角控制電路的第二實(shí)施例的電路示意圖； 圖10為本發(fā)明所提無刷電機(jī)的控制器的第二實(shí)施例的電路構(gòu)成示意圖。
具體實(shí)施方式
為了敘述清楚本發(fā)明所提出的控制無刷電機(jī)的裝置及方法，下面列舉數(shù)個(gè)較佳實(shí)施例加以說明在本發(fā)明中，不使用測(cè)速發(fā)電機(jī)來提供電機(jī)的轉(zhuǎn)速，而是使用電 機(jī)的繞組電壓所直接或間接提供的信號(hào)來取得電機(jī)轉(zhuǎn)速的數(shù)據(jù)。這是 由于電機(jī)轉(zhuǎn)速隨電機(jī)繞組電壓的增加而增加，以專業(yè)的術(shù)語而言，電 機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī)繞組電壓在特性上成正比，因此，最佳超前角是隨電機(jī) 繞組電壓的增加而增加。后續(xù)的說明以單相電機(jī)為例，而本發(fā)明對(duì)三 相電機(jī)同樣有效。請(qǐng)參閱圖3，其為本發(fā)明的無刷電機(jī)的控制器其中一第一實(shí)施例 的電路構(gòu)成示意圖。在圖3中，無刷電機(jī)系統(tǒng)30包含一無刷電機(jī)的 控制器31與一無刷馬達(dá)32，其中無刷馬達(dá)32為無刷電機(jī)的其中一適 用對(duì)象；而無刷馬達(dá)32包含一轉(zhuǎn)子321與由一驅(qū)動(dòng)電壓Vcc所供應(yīng)電 能的至少一定子繞組322、 323，其中定子繞組包括一第一定子繞組 322與一第二定子繞組323 。而無刷電機(jī)的控制器31包括一位置傳感 器311、 一超前角控制電路312及一驅(qū)動(dòng)電路313。其中一種常用的位置傳感器311為一霍爾傳感器，位置傳感器 311位于無刷馬達(dá)32的定子且產(chǎn)生一位置信號(hào)VS1C1，位置信號(hào)VSIC1 具有轉(zhuǎn)子321的位置信息。第 一 定子繞組322與第二定子繞組323的共同接點(diǎn)接收驅(qū)動(dòng)電壓 V c c.，驅(qū)動(dòng)電壓V c c供應(yīng)電能給第 一 定子繞組3 2 2與第二定子繞組3 2 3 。超前角控制電路312接收位置信號(hào)VS1C1與一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào) Vm，本實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM的輸入端電連接于驅(qū)動(dòng)電壓 Vcc，故驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw相同于驅(qū)動(dòng)電壓Vcc;電機(jī)轉(zhuǎn)速與電機(jī) 定子繞組322、 323所供應(yīng)的驅(qū)動(dòng)電壓Vcc在特性上成正比，亦即驅(qū)動(dòng) 電壓復(fù)制信號(hào)VM與無刷馬達(dá)32的轉(zhuǎn)速成正比。超前角控制電路312 根據(jù)驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM的電位來延遲位置信號(hào)Vsw—延遲時(shí)間 TDA，并產(chǎn)生一換相控制信號(hào)VSI。2，亦即，換相控制信號(hào)Vsw落后于位置信號(hào)Vsm所述延遲時(shí)間TDA。驅(qū)動(dòng)電路313接收換相控制信號(hào)Vsun，據(jù)以產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。RV， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。kv用以控制無刷馬達(dá)32定子繞組322、 323的換相。在圖3中，無刷馬達(dá)32還包括一第一晶體管TR1與一第二晶體 管TR2，第一晶體管TR1控制第一定子繞組322所流經(jīng)的一第一繞組 電流IA1，第二晶體管TR2控制第二定子繞組323所流經(jīng)的一第二繞 組電流Ia2。驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。"還包括一第一子驅(qū)動(dòng)信號(hào)VSDRV1與一第二子驅(qū)動(dòng)信號(hào)vsdrv2，第一子驅(qū)動(dòng)信號(hào)vsdrv控制第一繞組電流I/u，第 二子驅(qū)動(dòng)信號(hào)vsdrv2控制第二繞組電流IA2。接著，說明無刷馬達(dá)32超前角的最佳化。請(qǐng)參閱圖4，其為本 發(fā)明所提位置傳感器的位置關(guān)系圖。在圖4中，位置傳感器311位于 無刷馬達(dá)32的定子側(cè)，且相對(duì)于超前角適合的情況下，亦即無刷馬 達(dá)32具有一第一換相位置，預(yù)先將位置傳感器311在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方 向(如箭頭所示)移動(dòng)一前置角Aa后固定，如此，位置信號(hào)Vs^將超 前于無移動(dòng)位置傳感器311的情況，結(jié)果，預(yù)設(shè)超前角為較大的一前 置超前角。然后，在對(duì)應(yīng)的轉(zhuǎn)速(或驅(qū)動(dòng)電壓Vcc)下，根據(jù)位置信 號(hào)Vsw、驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw與延遲時(shí)間TDA，并利用超前角控制 電路312與驅(qū)動(dòng)電路313的控制，使超前角最佳化。而超前角的最佳 化是通過延遲所述位置信號(hào)Vs^所述延遲時(shí)間TDA來實(shí)現(xiàn)。請(qǐng)參閱圖5，其為本發(fā)明所提超前角在最佳狀態(tài)下所需延遲時(shí)間 與驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)圖。接著，說明圖5的數(shù)據(jù)來源。 在位置傳感器311具有前置角Aa的狀態(tài)下，利用驅(qū)動(dòng)電路313接收 已知的換相控制信號(hào)Vsh)2f，并控制無刷馬達(dá)32，使無刷馬達(dá)32的超 前角最佳化，可以獲得所需延遲時(shí)間TDF與驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm之 間的關(guān)系，其間的關(guān)系如圖5的復(fù)數(shù)點(diǎn)數(shù)據(jù)，其中換相控制信號(hào)VS1C2F 落后于位置信號(hào)Vs^所需延遲時(shí)間TDF。如圖5所示，驅(qū)動(dòng)電壓復(fù) 制信號(hào)Vm與所需延遲時(shí)間TDF成反比。請(qǐng)參閱圖6，其為本發(fā)明所提超前角控制電路的第一實(shí)施例的電路示意圖。圖6電路70的目標(biāo)為，使換相控制信號(hào)VSK32的上升緣落10后于位置信號(hào)Vs,c,的上升緣一第一延遲時(shí)間T。P1，使換相控制信號(hào)VSW的下降緣落后于位置信號(hào)VSKH的下降緣一第二延遲時(shí)間T。p2，且使第一延遲時(shí)間T謂與第二延遲時(shí)間T。p2相同于延遲時(shí)間TDA。如此， 所產(chǎn)生的延遲時(shí)間TDA將與圖5所示的數(shù)據(jù)趨于一致，并可以保證 超前角為最佳；同時(shí)本電路可以抵抗噪音的干擾，系統(tǒng)也穩(wěn)定可靠。 圖6所示的超前角控制電路70包括一第一比較電路71、 一第二 比較電路72、 一第三比較電路73、 一第四比較電路74、 一非門75 及一可控制開關(guān)76。其中，第一比較電路71所電連接的一第一電阻 Rl與一第一電容Cl，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM電位大小的控制， 以形成第一延遲時(shí)間T。P1;而第三比較電路73所電連接的一第二電 阻R2與一第二電容C2，經(jīng)由驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM電位大小的控制，以形成第二延遲時(shí)間T。p2。第一比較電路71的非反相輸入端接收位置信號(hào)Vs!cn，其反相輸 入端接收一第一參考電位VREF,，其輸出端經(jīng)過第一電阻Rl以接收驅(qū) 動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw且經(jīng)過第一電容Cl以電連接至一接地電位GND， 第一比較電路71比較位置信號(hào)VsKH與第一參考電位VREF1，并在其輸出端產(chǎn)生一第一比較信號(hào)VC。m!m。當(dāng)位置信號(hào)VSw開始大于第一參考電位VREH時(shí)，第一延遲時(shí)間Tim開始，且驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw經(jīng)過第一電阻R1向第一電容C1充電，其中第一電容C1的充電電壓相同于第一比較信號(hào)Vc。MPi。第二比較電路72的非反相輸入端接收第一比較信號(hào)Vc。mp,，其反 相輸入端接收一第二參考電位VREF2，第二比較電路72比較第一比較信號(hào)VC。mp,與第二參考電位VREF2，據(jù)以產(chǎn)生一第二比較信號(hào)Vc。mp2。 當(dāng)?shù)谝槐容^信號(hào)VC。mp,開始大于第二參考電位vref2時(shí)，第二比較信號(hào) VC0MP2轉(zhuǎn)態(tài)為高電平，且第一延遲時(shí)間T則結(jié)束。第三比較電路73的反相輸入端接收位置信號(hào)VSKH,其非反相輸 入端接收一第三參考電位VREF3，其輸出端經(jīng)過第二電阻R2以接收驅(qū) 動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw且經(jīng)過第二電容C2以電連接至接地電位GND， 第三比較電路73比較位置信號(hào)VsuM與第三參考電位Vr田，并在其輸出端產(chǎn)生一第三比較信號(hào)Vc。m"。當(dāng)位置信號(hào)Vsw開始小于第三參考電位vkef3時(shí)，第二延遲時(shí)間TDP2開始，且驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM經(jīng)過第二電阻R2向第二電容C2充電，其中第二電容C2的充電電壓相同于第三比較信號(hào)VC。mp3。第四比較電路74的非反相輸入端接收第三比較信號(hào)VC。mp3，其反相輸入端接收一第四參考電位VREF4，第四比較電路74比較第三比較信號(hào)Vc。mp3與第四參考電位VrEF4，據(jù)以產(chǎn)生一第四比較信號(hào)Vc。MIM。 當(dāng)?shù)谌容^信號(hào)VC。mp3開始大于第四參考電位VkEF4時(shí)，第四比較信號(hào) Vc。mp4轉(zhuǎn)態(tài)為高電平。非門75接收第四比較信號(hào)VC。mp4，并將第四比較信號(hào)VC。mp4反態(tài)， 據(jù)以產(chǎn)生一第五比較信號(hào)VC。mp5。當(dāng)?shù)谖灞容^信號(hào)Vc。mp5轉(zhuǎn)態(tài)為低電 平時(shí)，第二延遲時(shí)間T。p2結(jié)束?？煽刂崎_關(guān)76的第一選擇端接收第二比較信號(hào)VC。mp2，其第二選 擇端接收第五比較信號(hào)VC。mp5，其控制端接收位置信號(hào)VSW，可控制開關(guān)76根據(jù)位置信號(hào)Vs^的電平，選擇其第一選擇端與其第二選擇端的其一接通至其輸出端，并在其輸出端產(chǎn)生換相控制信號(hào)VSI。2。當(dāng) 位置信號(hào)VSK3,為高電平時(shí)，換相控制信號(hào)VS,c2相同于第二比較信號(hào) VC。mp2，而當(dāng)位置信號(hào)VSKH為低電平時(shí)，換相控制信號(hào)VSKH相同于第五比較信號(hào)V c0mp5 o請(qǐng)參閱圖7(a)與圖7(b),其為本發(fā)明圖6電路中信號(hào)的波形圖。 圖7(a)中包括位置信號(hào)VS1G1、第一比較信號(hào)Vc。MP1與換相控制信號(hào) VSIG2的波形；而第三比較信號(hào)Vc。MP3的波形類似于第一比較信號(hào)VC0MPI 的波形。如圖7(a)所示，第一延遲時(shí)間TiHM的大小由第一電阻Rl與第一電容Cl的乘積、第二參考電位vref2及驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm等三個(gè)量的大小來決定；而第二延遲時(shí)間TDP2的大小由第二電阻R2與 第二電容C2的乘積、第四參考電位VR田及驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm等 三個(gè)量的大小來決定。并使圖6電路70所產(chǎn)生的延遲時(shí)間TDA與圖 5所示延遲時(shí)間TDA的數(shù)據(jù)趨于一致，以保證超前角最佳。而圖7(b)中包括位置信號(hào)Vsu3'與換相控制信號(hào)Vs^的多個(gè)周期波形，并顯示了位置信號(hào)VsK3,與換相控制信號(hào)Vsw之間的時(shí)間關(guān)系。 請(qǐng)參閱圖8，其為本發(fā)明所提超前角控制電路所產(chǎn)生延遲時(shí)間隨驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)的變化與圖5變化的比較圖。圖8中的這些數(shù)據(jù)點(diǎn) 來自圖5;圖8中的曲線表示圖6電路70所產(chǎn)生的電路延遲時(shí)間和 驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)VM之間的關(guān)系，電路延遲時(shí)間對(duì)應(yīng)于第一延遲時(shí) 間T則與第二延遲時(shí)間T譜。如圖8所示，通過時(shí)間常數(shù)(電阻值與 電容值的乘積)和參考電位的設(shè)置，使得超前角控制電路70所產(chǎn)生 的電路延遲時(shí)間和實(shí)際的所需延遲時(shí)間TDF趨于 一 致。請(qǐng)參閱圖9,其為本發(fā)明所提超前角控制電路的第二實(shí)施例的電 路示意圖。圖9電路80的目標(biāo)為，使換相控制信號(hào)Vsw的上升緣落 后于位置信號(hào)VSIC1的上升緣一第一延遲時(shí)間T。Q1,使換相控制信號(hào) Vs吣的下降緣落后于位置信號(hào)的下降緣一第二延遲時(shí)間T。Q2，使第一 延遲時(shí)間Tdq,與第二延遲時(shí)間T。q2相同于延遲時(shí)間TDA，且使所產(chǎn)生 的延遲時(shí)間TDA和實(shí)際的所需延遲時(shí)間TDF趨于 一 致。圖9的電路80包括一第一可控制開關(guān)81、 一第二可控制開關(guān)82 及一比較電路83。第一可控制開關(guān)81的第一選擇端經(jīng)過一第三電阻 R3以接收驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm，其第二選擇端經(jīng)過一第四電阻R4 以電連接至一接地電位GND，其控制端接收位置信號(hào)Vsw，其輸出 端經(jīng)過一第三電容C3以電連接至接地電位GND，第一可控制開關(guān)81 根據(jù)位置信號(hào)VsuH的電平，選擇其第一選擇端與其第二選擇端的其 一接通至其輸出端，并在其輸出端產(chǎn)生一第一選擇信號(hào)Vsm。當(dāng)位 置信號(hào)Vs,m轉(zhuǎn)態(tài)為高電平時(shí)，第一延遲時(shí)間T。q;開始，且驅(qū)動(dòng)電壓 復(fù)制信號(hào)VM經(jīng)過第三電阻R3，向第三電容C3充電；當(dāng)位置信號(hào) Vs^轉(zhuǎn)態(tài)為低電平時(shí)，第二延遲時(shí)間T。q2開始，且第三電容C3所具 有的第一選擇信號(hào)Vs^向第四電阻R4放電。第二可控制開關(guān)82的第一選擇端接收一第五參考電位VREF5,其 第二選擇端接收一第六參考電位VREF6，其控制端接收位置信號(hào)VSIC1， 根據(jù)位置信號(hào)Vsw的電平，選擇其第一選擇端與其第二選擇端的其一接通至其輸出端，并在其輸出端產(chǎn)生一第二選擇信號(hào)vslt2。第六參考電位Vref6為驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm與第五參考電位VREF5之差，且當(dāng)位置信號(hào)VSW為高電平時(shí)，第二選擇信號(hào)vslt2相同于第五參考電位VREF5;當(dāng)位置信號(hào)Vs,c,為低電平時(shí)，第二選擇信號(hào)Vsm相同于第六參考電位VrEF6。比較電路83的非反相輸入端接收第一選擇信號(hào)V"t,，其反相輸入端接收第二選擇信號(hào)VSU2，比較第一選擇信號(hào)VSLT,與第二選擇信 號(hào)Vsm，據(jù)以產(chǎn)生換相控制信號(hào)Vsc2。當(dāng)換相控制信號(hào)vsk32轉(zhuǎn)態(tài)為高電平時(shí)，第一延遲時(shí)間T。w結(jié)束；當(dāng)換相控制信號(hào)Vsw轉(zhuǎn)態(tài)為低電平時(shí)，第二延遲時(shí)間T。q2結(jié)束。除了上述的兩個(gè)實(shí)施例外，只要能實(shí)現(xiàn)延遲時(shí)間TDA和驅(qū)動(dòng)電 壓復(fù)制信號(hào)Vw之間的關(guān)系如圖8所示的反比關(guān)系，且實(shí)現(xiàn)超前角趨于最佳的電路，都是本發(fā)明的實(shí)施例。請(qǐng)參閱圖10，其為本發(fā)明所提無刷電機(jī)的控制器的第二實(shí)施例 的電路構(gòu)成示意圖。圖10中的無刷電機(jī)系統(tǒng)90為圖3的無刷電機(jī)系 統(tǒng)30的變形，兩圖中的相同符號(hào)具有相同的名稱與功能。在圖10中， 無刷電機(jī)的控制器36的驅(qū)動(dòng)電路313采用脈寬調(diào)變(PWM)來調(diào)速， 驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。RV中包含寬度可變的脈沖，亦即，驅(qū)動(dòng)信號(hào)V,中脈寬 的大小表示轉(zhuǎn)速的高低。因此，可用驅(qū)動(dòng)信號(hào)V。Rv濾波后所產(chǎn)生的電 壓信號(hào)，來控制超前角控制電路312所要產(chǎn)生的延遲時(shí)間TDA，并復(fù) 制驅(qū)動(dòng)電壓V CC o在圖10中，驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm來自驅(qū)動(dòng)信號(hào)Vdrv，而不是電連接于定子繞組322、 323的驅(qū)動(dòng)電壓Vcc。本實(shí)施例中無刷電機(jī)的控 制器36，還包括一電壓檢測(cè)電路314，電壓檢測(cè)電路314包括一驅(qū)動(dòng) 信號(hào)傳感器3141與一低通濾波器3142。驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳感器3141檢測(cè)驅(qū) 動(dòng)信號(hào)V。RV，據(jù)以產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)檢測(cè)信號(hào)V。RV—T;低通濾波器3142由一 第五電阻R5與一第四電容C4所構(gòu)成，低通濾波器3142接收驅(qū)動(dòng)檢 測(cè)信號(hào)V。RV—t，據(jù)以產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm。而驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào) VM和驅(qū)動(dòng)電壓Vcc之間具有復(fù)制的對(duì)應(yīng)關(guān)系。上述的實(shí)施例都以單相電機(jī)為例，而其中所述的控制原理對(duì)三相電機(jī)同樣有效。接著，說明本發(fā)明所提出控制無刷電機(jī)的方法，其中無刷馬達(dá)32包含一轉(zhuǎn)子321與由一驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少一定子繞組 322、 323，而該方法包括下列步驟首先，利用超前于一第一換相位 置的一位置傳感器311，獲得轉(zhuǎn)子321的一位置信號(hào)Vsw;并利用一 電壓檢測(cè)電路314，獲得驅(qū)動(dòng)電壓Vcc的一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm。接 著，根據(jù)位置信號(hào)Vsun和驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vm，產(chǎn)生一換相控制信 號(hào)Vsw，其中換相控制信號(hào)VSIG2落后于位置信號(hào)Vs^—延遲時(shí)間 TDA，且驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)Vw與延遲時(shí)間成反比。然后，根據(jù)換相 控制信號(hào)Vsun，驅(qū)動(dòng)定子繞組322、 323的換相。本發(fā)明的特點(diǎn)為一種控制無刷電機(jī)的裝置及方法，通過一位置 信號(hào)與一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，產(chǎn)生一換相控制信號(hào)，且換相控制信號(hào) 落后于位置信號(hào)一延遲時(shí)間，使無刷電機(jī)的超前角在整個(gè)轉(zhuǎn)速范圍內(nèi) 都趨于最佳，并提供高性能、低成本、強(qiáng)健性好的控制架構(gòu)。綜上所述，本發(fā)明的控制無刷電機(jī)的裝置及方法確實(shí)能達(dá)到發(fā)明 構(gòu)想所設(shè)定的功效。但以上所述者僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例，凡是熟 悉本發(fā)明技術(shù)的人士，在根據(jù)本發(fā)明精神所作的等效修飾或變化，皆 應(yīng)涵蓋于以下的本申請(qǐng)權(quán)利要求范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種無刷電機(jī)的控制器，其中該無刷電機(jī)包含一轉(zhuǎn)子與由一驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少一定子繞組，而該控制器包括一位置傳感器，在該轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一前置角，并產(chǎn)生一位置信號(hào)；一超前角控制電路，接收該位置信號(hào)與一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一換相控制信號(hào)，且該換相控制信號(hào)落后于該位置信號(hào)一延遲時(shí)間，其中該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)復(fù)制于該驅(qū)動(dòng)電壓；及一驅(qū)動(dòng)電路，接收該換相控制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，該驅(qū)動(dòng)信號(hào)用以控制該無刷電機(jī)的換相。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于該驅(qū)動(dòng) 電壓復(fù)制信號(hào)與該延遲時(shí)間成反比。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于該驅(qū)動(dòng) 電壓復(fù)制信號(hào)與該無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于該換相 控制信號(hào)的上升緣落后于該位置信號(hào)的上升緣一第一延遲時(shí)間，該換 相控制信號(hào)的下降緣落后于該位置信號(hào)的下降緣一第二延遲時(shí)間，該 第 一 延遲時(shí)間與該第二延遲時(shí)間相同于該延遲時(shí)間，而該超前角控制 電路還包括一第一比較電路，其輸出端經(jīng)過一第一電阻以接收該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù) 制信號(hào)且經(jīng)過一第一電容以電連接至一接地電位，比較所接收的該位 置信號(hào)與一第一參考電位，并在其輸出端產(chǎn)生一第一比較信號(hào)；一第二比較電路，比較所接收的該第一比較信號(hào)與一第二參考電 位，據(jù)以產(chǎn)生一第二比較信號(hào)；一第三比較電路，其輸出端經(jīng)過一第二電阻以接收該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù) 制信號(hào)且經(jīng)過 一 第二電容以電連接至該接地電位，比較所接收的該位 置信號(hào)與一第三參考電位，并在其輸出端產(chǎn)生一第三比較信號(hào)；一第四比較電路，比較所接收的該第三比較信號(hào)與一第四參考電位，據(jù)以產(chǎn)生一第四比較信號(hào)；一非門，將所接收的該第四比較信號(hào)反態(tài)，據(jù)以產(chǎn)生一第五比較 信號(hào)；及一可控制開關(guān)，根據(jù)該位置信號(hào)的電平，選擇性接通該第二比較 信號(hào)與該第五比較信號(hào)的其中之一，據(jù)以產(chǎn)生該換相控制信號(hào)。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于當(dāng)該位置信號(hào)開始大于該第 一 參考電位時(shí)，該第 一 延遲時(shí)間開 始，該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)經(jīng)過該第一電阻向該第一電容充電；當(dāng)該第二比較信號(hào)開始大于該第二參考電位時(shí)，該第二比較信號(hào) 轉(zhuǎn)態(tài)為高電平，且該第一延遲時(shí)間結(jié)束；當(dāng)該位置信號(hào)開始小于該第三參考電位時(shí)，該第二延遲時(shí)間開 始，該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)經(jīng)過該第二電阻向該第二電容充電；當(dāng)該第三比較信號(hào)開始大于該第四參考電位時(shí)，該第四比較信號(hào) 轉(zhuǎn)態(tài)為高電平；當(dāng)該第五比較信號(hào)轉(zhuǎn)態(tài)為低電平時(shí)，該第二延遲時(shí)間結(jié)束；及 當(dāng)該位置信號(hào)為高電平時(shí)，該換相控制信號(hào)相同于該第二比較信號(hào)，而當(dāng)該位置信號(hào)為低電平時(shí)，該控制換相信號(hào)相同于該第五比較信號(hào)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于該換相 控制信號(hào)的上升緣落后于該位置信號(hào)的上升緣一第一延遲時(shí)間，該換 相控制信號(hào)的下降緣落后于該位置信號(hào)的下降緣一第二延遲時(shí)間，該 第 一 延遲時(shí)間與該第二延遲時(shí)間相同于該延遲時(shí)間，而該超前角控制 電路還包括一第一可控制開關(guān)，其第一選擇端經(jīng)過一第一電阻以接收該驅(qū)動(dòng) 電壓復(fù)制信號(hào)，其第二選擇端經(jīng)過一第二電阻以電連接至一接地電 位，其輸出端經(jīng)過一第一電容以電連接至該接地電位，根據(jù)其控制端 所接收的該位置信號(hào)的電平，選擇其第一選擇端與其第二選擇端的其 一接通至其輸出端，并在其輸出端產(chǎn)生一第一選擇信號(hào)；一第二可控制開關(guān)，根據(jù)該位置信號(hào)的電平，選擇性接通一第一參考電位與一第二參考電位的其中之一，據(jù)以產(chǎn)生一第二選擇信號(hào)； 及一比較電路，比較所接收的該第一選擇信號(hào)與該第二選擇信號(hào)， 據(jù)以產(chǎn)生該換相控制信號(hào)。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于 當(dāng)該位置信號(hào)轉(zhuǎn)態(tài)為高電平時(shí)，該第一延遲時(shí)間開始，且該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)經(jīng)過該第一電阻，向該第一電容充電，而當(dāng)該位置信號(hào) 轉(zhuǎn)態(tài)為低電平時(shí)，該第二延遲時(shí)間開始，且該第一電容所具有的該第 一選擇信號(hào)向該第二電阻放電；該第二參考電位為該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)與該第一參考電位之差，且當(dāng)該位置信號(hào)為高電平時(shí)，該第二選擇信號(hào)相同于該第一參考電 位，而當(dāng)該位置信號(hào)為低電平時(shí)，該第二選擇信號(hào)相同于該第二參考 電位；及當(dāng)該換相控制信號(hào)轉(zhuǎn)態(tài)為高電平時(shí)，該第一延遲時(shí)間結(jié)束，而當(dāng) 該換相控制信號(hào)轉(zhuǎn)態(tài)為低電平時(shí)，該第二延遲時(shí)間結(jié)束。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷電機(jī)的控制器，其特征在于還包括 一電壓檢測(cè)電路，該電壓檢測(cè)電路包括一驅(qū)動(dòng)信號(hào)傳感器，檢測(cè)該驅(qū)動(dòng)信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)檢測(cè)信號(hào)；及一低通濾波器，接收該驅(qū)動(dòng)檢測(cè)信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制 信號(hào)。
9. 一種控制無刷電機(jī)的方法，其中該無刷電機(jī)包含一轉(zhuǎn)子與由一 驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少 一 定子繞組，而該方法包括下列步驟(a) 利用超前于一第一換相位置的一位置傳感器，獲得該轉(zhuǎn)子的一 位置信號(hào)；(b) 利用 一 電壓檢測(cè)電路，獲得該驅(qū)動(dòng)電壓的 一 驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，(c) 根據(jù)該位置信號(hào)和該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，產(chǎn)生一換相控制信 號(hào)，其中該換相控制信號(hào)落后于該位置信號(hào)一延遲時(shí)間，且該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)與該延遲時(shí)間成反比；及(d)根據(jù)該換相控制信號(hào)，驅(qū)動(dòng)該定子繞組的換相。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制無刷電機(jī)的方法，其特征在于該 驅(qū)動(dòng)電壓與該電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的控制無刷電機(jī)的方法，其特征在于步 驟(c)中該換相控制信號(hào)落后于該位置信號(hào)，且該延遲時(shí)間與該驅(qū)動(dòng)電 壓復(fù)制信號(hào)成反比是利用一超前角控制電路來實(shí)現(xiàn)的，該超前角控制 電路包括一延遲電容與一比較電路，而步驟(c)還包括下列步驟通過一可控制開關(guān)，連接該延遲電容至該驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)； 利用該比較電路、該延遲電容和一參考電壓，輸出該換相控制信號(hào)；利用該位置信號(hào)控制該可控制開關(guān)，決定該延遲電容是否連接到 該驅(qū)動(dòng)電壓并實(shí)現(xiàn)延遲電容的充電；及利用該比較電路比較該延遲電容的電壓與該參考電壓，決定該換 相控制信號(hào)與該位置信號(hào)之間的延遲時(shí)間。
全文摘要
一種無刷電機(jī)的控制器，其中該無刷電機(jī)包含一轉(zhuǎn)子與由一驅(qū)動(dòng)電壓所供應(yīng)電能的至少一定子繞組，而控制器包括一位置傳感器、一超前角控制電路及一驅(qū)動(dòng)電路。位置傳感器在轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)一前置角，并產(chǎn)生一位置信號(hào)。超前角控制電路接收位置信號(hào)與一驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一換相控制信號(hào)，且換相控制信號(hào)落后于位置信號(hào)一延遲時(shí)間，其中驅(qū)動(dòng)電壓復(fù)制信號(hào)復(fù)制于驅(qū)動(dòng)電壓。驅(qū)動(dòng)電路接收換相控制信號(hào)，據(jù)以產(chǎn)生一驅(qū)動(dòng)信號(hào)，驅(qū)動(dòng)信號(hào)用以控制無刷電機(jī)的換相。
文檔編號(hào)H02P6/16GK101325392SQ200710111999
公開日2008年12月17日 申請(qǐng)日期2007年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2007年6月14日
發(fā)明者健 倪, 吳立建, 應(yīng)建平, 金萬兵, 黃世民, 黃文喜 申請(qǐng)人:臺(tái)達(dá)電子工業(yè)股份有限公司