控制一直流無刷馬達的方法及控制電路的制作方法

文檔序號：7314383閱讀：304來源：國知局

專利名稱：控制一直流無刷馬達的方法及控制電路的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流無刷馬達的控制方法；特別是一種用于無感測器的直流無刷馬達的脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM)控制方法。
背景技術：
目前直流無刷馬達常采用一經脈沖寬度調制(Pulse Width Modulation, PWM )的輸入電源以改變馬達轉速，然而該脈沖寬度調制的輸入信號會對一反電動勢(Back ElectroMotive Force, BEMF)檢測電路產生影響，使該反電動勢檢測電路檢測一錯誤的反電動勢信號，造成當該錯誤的反電動勢信號發(fā)生零交越(zero crossing, ZC )時，該直流無刷馬達作出錯誤的相位切換，進而造成該直流無刷馬達換相時機錯誤，無法繼續(xù)正常運轉。如何避免錯誤的相位切換，已成為一重要的課題。
美國專利第5,767,654號中，公開了一種反電動勢的檢測方法，該方法預測電動勢信號發(fā)生零交越的時間，在反電動勢發(fā)生零交越前，將PWM輸入信號維持在高位(High),直到反電動勢檢測電路;險測到反電動勢發(fā)生零交越時，才回復到正常的PWM操作。
美國專利第5,789,895號中，公開了另一種反電動勢的檢測方法，該方法以預先設定的一參考值，當反電動勢通過該參考值后，將PWM輸入信號維持在高位(High),直到反電動勢檢測電路檢測到反電動勢發(fā)生零交越時，才回復到正常的PWM操作。
上述兩種反電動勢的檢測方法，其重點皆著重于如何檢測到正確的反電動勢信號，卻停止PWM正常的操作，因此仍會造成該直流無刷馬達無法持續(xù)依正常的PWM信號操作，而使得該直流無刷馬達無法以穩(wěn)定轉速正常運轉。
有鑒于此，提供一種可以避免檢測錯誤的反電動勢，并且維持馬達正常操作的控制方法及其電路，乃為本領域亟待解決的問題。

發(fā)明內容
本發(fā)明的一目的在于提供一種控制方法，可以避免檢測錯誤的一反電動勢，并且維持馬達正常的操作。該控制方法相應于驅動一直流無刷馬達的一數(shù)字輸出信號，在一預定時間間隔內不檢測反電動勢，進而避免檢測到錯誤的反電動勢。
本發(fā)明的另一目的在于提供該控制方法對應的控制電路，用以實現(xiàn)該控制方法，使整合該控制電路的直流無刷馬達可以避免檢測錯誤的該反電動勢，并且維持馬達正常的操作
為達成上述目的，本發(fā)明公開一控制電路，包含一輸出電路、一脈沖產生電路、一檢測電路及一遮斷電路。輸出電路耦合至該直
流無刷馬達的一線圏，接收一 PWM信號，并產生一數(shù)字輸出信號，與該PWM信號同步，該數(shù)字輸出信號用以驅動該直流無刷馬達。脈沖產生電路耦合至該輸出電路，用以產生一序列方波信號，并提供給該輸出電路以產生該數(shù)字輸出信號。檢測電路耦合至該脈沖產生電路，用以檢測該直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢，并相應于該反電動勢產生一檢測信號，以使該脈沖產生電路相應于該檢測信號產生該序列方波信號。遮斷電路耦合至該脈沖產生電路，用以相應于該PWM信號產生一遮斷信號，以使該脈沖產生電路在一預定時間間隔內相應于該遮斷信號產生該序列方波信號。
本發(fā)明更公開一種控制一直流無刷馬達的方法，包含接收一 P WM信號，并產生一數(shù)字輸出信號，與該P WM信號同步，以驅動該直流無刷馬達；感應該直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢；相應于該反電動勢，連續(xù)驅動該直流無刷馬達；以及相應于該數(shù)字輸出信號，在一預定時間間隔內不檢測該反電動勢。
為讓本發(fā)明的上述目的、技術特征、和優(yōu)點能更明顯易懂，下文以優(yōu)選實施例配合所附附圖進行詳細說明。

圖1為本發(fā)明的一控制電路的示意6意圖；圖3為一遮斷電^^的一示意圖；以及圖4為圖3的遮斷電路內各信號的波形圖。主要元件符號說明
10:控制電路11:輸出電路
12:脈沖產生電路13:才企測電路
14:遮斷電路111電源供應端
112輸入端113接地端
121切換開關122切換開關
123切換開關131總線
132第一端點133第二端點
134第三端點U:線圈
V:線圏W:線圈
15:多工器151輸出端
152第一輸入端153第二輸入端
154選擇端16:觸發(fā)器
161輸入端162輸出端
17:觸發(fā)器18:觸發(fā)器
19:觸發(fā)器20:異或門
具體實施例方式
以下將通過實施例來解釋本發(fā)明內容，其涉及一種控制電路，用以控制一直流無刷馬達，以及一種控制一直流無刷馬達的方法，以達到避免檢測錯誤的該反電動勢，并且維持正常操作的目的。然而，本發(fā)明的實施例并非用以限制本發(fā)明需在如實施例所述的任何特定的環(huán)境、應用或特殊方式方能實施。因此，關于實施例的說明僅為闡釋本發(fā)明的目的，而非用以限制本發(fā)明。需說明者，以下實
施例及附圖中，與本發(fā)明非直接相關的元件已省略而未繪示；且為求容易了解起見，各元件間的尺寸關系乃以稍夸大的比例繪示出。圖1繪示本發(fā)明的一優(yōu)選實施例，其主要是一控制電路10的示意圖，并繪示控制電路10與直流無刷馬達內部線圈的連結關系。
7在本實施例中，直流無刷馬達是一三相馬達，包含線圈U、線圖V、
及線圈W,并具有一中心接頭CT。需特別注意者，馬達的線圈數(shù) 目并非本發(fā)明的限制?？刂齐娐?0包含一輸出電路11、一脈沖產生電路12、一檢測電路13及一遮斷電路14。輸出電路ll用以控制該直流無刷馬達的一多個線圈U、 V及W,并產生一數(shù)字輸出信號101通過一總線131以驅動直流無刷馬達。
進一步言，輸出電路11接收一 PWM信號104,而數(shù)字輸出信號101即與PWM信號104同步，同時線圏U、 V或W通過切換開關121、 122及123分別連接至電源供應端111、檢測電路13的一輸入端112及接地端113。舉例而言，當線圈U連結至電源供應端 111，且線圈W連結至接地端113時，線圈V即連結至輸入端112, 此時線圈V上所產生的反電動勢即為檢測電路13的輸入信號。而數(shù)字輸出信號101通過總線131適可控制線圈U、 V、及W依序與電源供應端111 、；險測電路13的一輸入端112及接地端113的連結關系。以下將以上述線圈連結為例，進一步解釋控制電路10的操作。
數(shù)字輸出信號101控制分別連接于線圈U、 V及W上的三切換開關121、 122及123連接至電源供應端111及接地端113的連結關系。在一種實施方式中，各切換開關可為由一 P型金屬氧化物半導體(PMOS)與一 N型金屬氧化物半導體(NMOS)所構成的開關電路，該PMOS及該NMOS各具有一柵極端，接收數(shù)字輸出信號101以控制該PMOS及該NMOS的導通狀態(tài)，藉此該對PMOS 及NMOS可控制線圏連接在電源供應端111、接地端113,或者浮接狀態(tài)。在此實施方式中，數(shù)字輸出信號101即輸出多個信號以分別控制切換開關121、 122及123。
如上所述，在本實施方式中，直流無刷馬達通過總線131，將數(shù)字輸出信號101分別輸入至切換開關121、 122及123的柵極端，以控制線圈U、 V、及W與電源供應端111及接地端113的連結關系。
PWM信號104同時用以控制一驅動電力輸入電源供應端111, 并依序流經上述線圖U、 V或W中的二線圈，并由接地端113流出，以驅動該直流無刷馬達。以線圈V通過切換開關121連接至電
源供應端lll，且線圈W通過切換開關123連接至接地端113為例。若數(shù)字輸出信號101處在高位(High)時，則切換開關121及123 導通(turn-on);反之，若數(shù)字輸出信號101處在低位(Low )時，則切換開關121及123分別或同時關斷(turn-off),使線圈V及線圈W分別或同時處于浮接(floating)狀態(tài)。通過上述數(shù)字輸出信號101的高低位切換，可控制輸入至該直流無刷馬達的電源供應功率，進而控制該直流無刷馬達的轉速。
檢測電路13耦合至一第一端點132、一第二端點133以及脈沖產生電路12，通過該第一端點以及該第二端點檢測檢測直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢，即線圏U所產生的反電動勢，并相應于該反電動勢產生一4全測信號102，以使脈沖產生電路12相應于該;險測信號產生一序列方波信號。；f企測信號102用以代表如先前技術所述的零交越現(xiàn)象是否發(fā)生。在本實施例中，檢測電路13 可為一放大器，用以相應于反電動勢產生該檢測信號。
遮斷電路14亦耦合至一第三端點134以及脈沖產生電路12, 用以相應于該PWM信號104產生一遮斷信號105,以使脈沖產生電路12在一預定時間間隔內相應于遮斷信號1 05產生序列方波信號103。脈沖產生電路12耦合至輸出電路11，用以產生序列方波信號103,并提供給輸出電路11以產生數(shù)字輸出信號101，用以控制切換開關121、 122及123。
由于切換開關121、 122及123切換時，會產生突波(glitch ), 令檢測電路13錯誤檢測直流無刷馬達運轉所產生的反電動勢，因此遮斷電路14即是用于數(shù)字輸出信號101改變狀態(tài)時，產生遮斷信號105。進一步言，由于數(shù)字輸出信號101與PWM信號104同步，因此遮斷信號105即可在PWM信號104改變狀態(tài)時，使脈沖產生電路12在預定時間間隔內不接受檢測電路13的檢測信號102, 意即，在PWM信號104的一上升邊沿或一下降邊沿發(fā)生時，遮斷電路14皆產生遮斷信號105，用以使脈沖產生電路12在預定時間間隔內不接受檢測電路13的檢測信號102。
在本實施例中，遮斷信號105可為一脈沖信號，具有一可調整的脈沖寬度，同時數(shù)字輸出信號101具有一工作周期，遮斷信號
105的可調整的脈沖寬度小于數(shù)字輸出信號101的工作周期，使數(shù) 字輸出信號101仍然能切換切換開關121、 122及123，同時數(shù)字輸出信號101與遮斷信號105各具有一可調整的頻率。
圖2例示脈沖產生電路12的一實施例示意圖，包含一多工器 15及一觸發(fā)器16。多工器15具有一輸出端151、一第一輸入端152 耦合至檢測電路13、一第二輸入端153耦合至輸出電路11、以及一選4奪端154耦合至遮斷電路14。觸發(fā)器16,接收一時脈信號106, 具有一輸入端161耦合至多工器15的輸出端151、以及一輸出端 162耦合至多工器15的第二輸入端153，用以產生序列方波103。其中時脈信號106的頻率至少不小于PWM信號104 ，遮斷信號105 用以使多工器15在預定時間間隔內將多工器15的輸出端151連接至多工器15的第二輸入端153，使得觸發(fā)器16的輸出適可成為觸發(fā)器16的輸入，維持觸發(fā)器16的操作，以使數(shù)字輸出信號101仍然能切換切換開關121、 122及123。
如圖l所示，在本實施方式中，為使遮斷電路14相應于PWM 信號104產生遮斷信號105,遮斷電路14通過第三端點134接收一外部PWM信號204,并經由遮斷電路14中的內部電路產生同步的PWM信號104及遮斷信號105。
圖3例示遮斷電路14的一實施例示意圖，包含三正沿觸發(fā)的觸發(fā)器17、 18、與19及一異或門(XOR) 20。請一并參閱圖4，其例示圖3的遮斷電路14內各信號的波形圖。其中觸發(fā)器17、 18、 19皆接收一相同的時脈信號201。觸發(fā)器17的一輸入端接收外部 PWM信號204，其輸出信號205傳送至觸發(fā)器18的輸入端及異或門20的一輸入端，異或門20的另一輸入端接收觸發(fā)器18的輸出信號，即前述的PWM信號104。
通過異或門20的邏輯操作，當輸出信號205及PWM信號104 其中的一為邏輯高電平「 1」，另一為邏輯低電平「 0」時，異或門 20的輸出信號206為邏輯高電平「 1」，如圖4所示。將輸出信號 206傳送至負沿觸發(fā)的觸發(fā)器19的輸入端，即可得到輸出信號，即前述的遮斷信號105。綜上所述，本發(fā)明的要點在于產生同步的PWM信號104及遮斷信號105,前述的電^各與說明僅為例示，并非用以限制本發(fā)明的范圍，本領域技術人員，可在不違反本發(fā)明精神下，利用其他電路獲得如同實施例所述的同步的PWM信號104及遮斷信號105。
通過圖4可知，遮斷信號105適可于PWM信號104狀態(tài)改變時產生，同時遮斷信號105的脈沖寬度即可為前述的預定時間間隔，并可通過設定觸發(fā)器19的特性，調制遮斷信號105的脈沖寬度。
由上述實施例可知，本發(fā)明可完全消除數(shù)字輸出信號101控制切換開關121、 122及123時所可能產生的突波，對檢測電路13所檢測的檢測信號102所產生的影響，因此可正確的判斷反電動勢是否發(fā)生的零交越現(xiàn)象，并可維持切換開關的正常操作。
上述的實施例^l用來例舉本發(fā)明的實施方式，以及闡釋本發(fā)明的技術特征，并非用來限制本發(fā)明的保護范圍。本領域技術人員可輕易完成的改變或均等性的安排均屬于本發(fā)明所主張的范圍，本發(fā)明的要求保護范圍應以權利要求書為準。
ii
權利要求
1. 一種控制一直流無刷馬達的方法，包含(a)接收一脈沖寬度調制信號，并產生一數(shù)字輸出信號，與該脈沖寬度調制信號同步，以驅動該直流無刷馬達；(b)感應該直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢；(c)相應于該反電動勢，連續(xù)驅動該直流無刷馬達；以及(d)相應于該數(shù)字輸出信號，在一預定時間間隔內不檢測該反電動勢。
2. 如權利要求l所述的方法，其中該步驟(d)包含在該數(shù)字輸出信號改變狀態(tài)時，產生一遮斷信號；以及相應于該遮斷信號，在該預定時間間隔內不檢測該反電動勢。
3. 如權利要求2所述的方法，其中該遮斷信號為一脈沖信號，具有一可調整的脈沖寬度，該數(shù)字輸出信號具有一工作周期，該可調整的脈沖寬度小于該工作周期。
4. 如權利要求l所述的方法，其中該步驟(d)包含在該數(shù)字輸出信號的一上升邊沿或一下降邊沿發(fā)生時，產生一遮斷信號；以及相應于該遮斷信號，在該預定時間間隔內不檢測該反電動勢。
5. 如權利要求1所述的方法，其中該數(shù)字輸出信號具有一可調整的工作周期，該預定時間間隔小于該可調整的工作周期。
6. 如權利要求1所述的方法，其中該數(shù)字輸出信號與該遮斷信號各具有一相同的可調整的頻率。
7. 如權利要求1所述的方法，其中該遮斷信號的頻率可能與該數(shù)字輸出信號頻率相同或為該數(shù)字輸出信號的頻率的兩倍。
8. —種控制電路，用以控制一直流無刷馬達，該控制電路包含一輸出電路，耦合至該直流無刷馬達的一線圏，接收一脈沖寬度調制信號，并產生一數(shù)字輸出信號，與該脈沖寬度調制信號同步，該數(shù)字輸出信號用以驅動該直流無刷馬達；一脈沖產生電路，耦合至該輸出電路，用以產生一序列方波信號，并提供給該輸出電路以產生該數(shù)字輸出信號；一檢測電路，耦合至該脈沖產生電路，用以檢測該直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢，并相應于該反電動勢產生一檢測信號，以使該脈沖產生電路相應于該檢測信號產生該序列方波信號；以及一遮斷電路，耦合至該脈沖產生電路，用以相應于一外部脈沖寬度調制信號產生一遮斷信號，以使該脈沖產生電路在一預定時間間隔內相應于該遮斷信號產生該序列方波信號，其中該外部脈沖寬度調制信號與該脈沖寬度調制信號同步。
9. 如權利要求8所述的控制電路，其中該檢測電路包含一放大器，用以相應于該反電動勢產生該檢測信號。
10. 如權利要求8所述的控制電路，其中該脈沖產生電路包含一多工器，具有一輸出端、一第一輸入端，耦合至該檢測電路、一第二輸入端，耦合至該輸出電路、以及一選擇端，耦合至該遮斷電路；一觸發(fā)器，具有一輸入端，耦合至該多工器的該輸出端、以及一輸出端，耦合至該多工器的該第二輸入端，用以產生該序列方波；其中該遮斷信號用以使該多工器在該預定時間間隔內將該多工器的輸出端連接至該多工器的該第二輸入端。
11. 如權利要求8所述的控制電路，其中該遮斷電路在該數(shù)字輸出信號改變狀態(tài)時，產生該遮斷信號。
12. 如權利要求8所述的控制電路，其中該遮斷電路在該數(shù)字輸出信號的一上升邊沿或一下降邊沿發(fā)生時，產生該遮斷信號。
13. 如權利要求8所述的控制電路，其中該遮斷信號為一脈沖信號，具有一可調整的脈沖寬度，該數(shù)字輸出信號具有一工作周期，該可調整的脈沖寬度小于該工作周期。
14. 如權利要求8所述的控制電路，其中該數(shù)字輸出信號具有一可調整的工作周期，該預定時間間隔小于該可調整的工作周期。
15. 如權利要求8所述的控制電路，其中該數(shù)字輸出信號與該遮斷信號各具有一可調整的頻率。
16. 如權利要求8所述的控制電路，其中該遮斷電路相應于該外部脈沖寬度調制信號產生該脈沖寬度調制信號。
17. —種控制電路，用以控制一直流無刷馬達，該控制電路包含一第一端點以及一第二端點，耦合至該直流無刷馬達；一第三端點，接收一脈沖寬度調制信號；一總線；一輸出電路，耦合至該總線，相應于該脈沖寬度調制信號以產生一數(shù)字輸出信號，與該脈沖寬度調制信號同步，該數(shù)字輸出信號通過該總線耦合至該直流馬達的一線圈，用以驅動該直流無刷馬達；一脈沖產生電路，耦合至該輸出電路，用以產生一序列方波信號，并提供給該輸出電路以產生該數(shù)字輸出信號；一;f企測電3各，耦合至該第一端點、該第二端點以及該脈沖產生電路，通過該第一端點以及該第二端點檢測該直流無刷馬達運轉所產生的一反電動勢，并相應于該反電動勢產生一^f全測信號，以使該脈沖產生電路相應于該檢測信號產生該序列方波信號；以及一遮斷電路，耦合至該第三端點以及該脈沖產生電路，用以相應于該脈沖寬度調制信號產生一遮斷信號，以使該脈沖產生電路在一預定時間間隔內相應于該遮斷信號產生該序列方波信號。
18. 如權利要求17所述的控制電路，其中該遮斷電路在該數(shù) 字輸出信號的一上升邊沿或一下降邊沿發(fā)生時，產生該遮斷信號。
19. 如權利要求17所述的控制電路，其中該遮斷信號為一脈沖信號，具有一可調整的脈沖寬度，該數(shù)字輸出信號具有一工作周期，該可調整的脈沖寬度小于該工作周期。
20. 如權利要求17所述的控制電路，其中該數(shù)字輸出信號與該遮斷信號各具有一可調整的頻率。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種控制一直流無刷馬達的方法及一種控制電路脈沖寬度調制(PULSE WIDTH MODULATION，PWM)控制方法及其控制電路。該直流無刷馬達無感測器，該方法相應于驅動一直流無刷馬達的一數(shù)字輸出信號，在一預定時間間隔內不檢測一反電動勢，進而避免檢測到錯誤的該反電動勢，并且不影響馬達正常的操作。
文檔編號H02P6/14GK101499756SQ200810007138
公開日2009年8月5日申請日期2008年2月1日優(yōu)先權日2008年2月1日
發(fā)明者蘇文榮, 陳炫全申請人:遠翔科技股份有限公司

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