CN101499756A - 控制一直流无刷马达的方法及控制电路 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种控制一直流无刷马达的方法及一种控制电路脉冲宽度调制(PULSE WIDTH MODULATION，PWM)控制方法及其控制电路。该直流无刷马达无感测器，该方法相应于驱动一直流无刷马达的一数字输出信号，在一预定时间间隔内不检测一反电动势，进而避免检测到错误的该反电动势，并且不影响马达正常的操作。

Description

控制一直流无刷马达的方法及控制电路

技术领域

本发明涉及一种直流无刷马达的控制方法；特别是一种用于无感测器的直流无刷马达的脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)控制方法。

背景技术

目前直流无刷马达常采用一经脉冲宽度调制(Pulse WidthModulation，PWM)的输入电源以改变马达转速，然而该脉冲宽度调制的输入信号会对一反电动势(Back Electro Motive Force，BEMF)检测电路产生影响，使该反电动势检测电路检测一错误的反电动势信号，造成当该错误的反电动势信号发生零交越(zerocrossing，ZC)时，该直流无刷马达作出错误的相位切换，进而造成该直流无刷马达换相时机错误，无法继续正常运转。如何避免错误的相位切换，已成为一重要的课题。

美国专利第5,767,654号中，公开了一种反电动势的检测方法，该方法预测电动势信号发生零交越的时间，在反电动势发生零交越前，将PWM输入信号维持在高位(High)，直到反电动势检测电路检测到反电动势发生零交越时，才回复到正常的PWM操作。

美国专利第5,789,895号中，公开了另一种反电动势的检测方法，该方法以预先设定的一参考值，当反电动势通过该参考值后，将PWM输入信号维持在高位(High)，直到反电动势检测电路检测到反电动势发生零交越时，才回复到正常的PWM操作。

上述两种反电动势的检测方法，其重点皆着重于如何检测到正确的反电动势信号，却停止PWM正常的操作，因此仍会造成该直流无刷马达无法持续依正常的PWM信号操作，而使得该直流无刷马达无法以稳定转速正常运转。

有鉴于此，提供一种可以避免检测错误的反电动势，并且维持马达正常操作的控制方法及其电路，乃为本领域亟待解决的问题。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种控制方法，可以避免检测错误的一反电动势，并且维持马达正常的操作。该控制方法相应于驱动一直流无刷马达的一数字输出信号，在一预定时间间隔内不检测反电动势，进而避免检测到错误的反电动势。

本发明的另一目的在于提供该控制方法对应的控制电路，用以实现该控制方法，使整合该控制电路的直流无刷马达可以避免检测错误的该反电动势，并且维持马达正常的操作

为达成上述目的，本发明公开一控制电路，包含一输出电路、一脉冲产生电路、一检测电路及一遮断电路。输出电路耦合至该直流无刷马达的一线圈，接收一PWM信号，并产生一数字输出信号，与该PWM信号同步，该数字输出信号用以驱动该直流无刷马达。脉冲产生电路耦合至该输出电路，用以产生一序列方波信号，并提供给该输出电路以产生该数字输出信号。检测电路耦合至该脉冲产生电路，用以检测该直流无刷马达运转所产生的一反电动势，并相应于该反电动势产生一检测信号，以使该脉冲产生电路相应于该检测信号产生该序列方波信号。遮断电路耦合至该脉冲产生电路，用以相应于该PWM信号产生一遮断信号，以使该脉冲产生电路在一预定时间间隔内相应于该遮断信号产生该序列方波信号。

本发明更公开一种控制一直流无刷马达的方法，包含：接收一PWM信号，并产生一数字输出信号，与该PWM信号同步，以驱动该直流无刷马达；感应该直流无刷马达运转所产生的一反电动势；相应于该反电动势，连续驱动该直流无刷马达；以及相应于该数字输出信号，在一预定时间间隔内不检测该反电动势。

为让本发明的上述目的、技术特征、和优点能更明显易懂，下文以优选实施例配合所附附图进行详细说明。

附图说明

图1为本发明的一控制电路的示意图；

图2为一脉冲产生电路的示意图；

图3为一遮断电路的一示意图；以及

图4为图3的遮断电路内各信号的波形图。

【主要元件符号说明】

10：控制电路                    11：输出电路

12：脉冲产生电路                13：检测电路

14：遮断电路                    111：电源供应端

112：输入端                     113：接地端

121：切换开关                   122：切换开关

123：切换开关                   131：总线

132：第一端点                   133：第二端点

134：第三端点                   U：线圈

V：线圈                         W：线圈

15：多工器                      151：输出端

152：第一输入端                 153：第二输入端

154：选择端                     16：触发器

161：输入端                     162：输出端

17：触发器                      18：触发器

19：触发器                      20：异或门

具体实施方式

以下将通过实施例来解释本发明内容，其涉及一种控制电路，用以控制一直流无刷马达，以及一种控制一直流无刷马达的方法，以达到避免检测错误的该反电动势，并且维持正常操作的目的。然而，本发明的实施例并非用以限制本发明需在如实施例所述的任何特定的环境、应用或特殊方式方能实施。因此，关于实施例的说明仅为阐释本发明的目的，而非用以限制本发明。需说明者，以下实施例及附图中，与本发明非直接相关的元件已省略而未绘示；且为求容易了解起见，各元件间的尺寸关系乃以稍夸大的比例绘示出。

图1绘示本发明的一优选实施例，其主要是一控制电路10的示意图，并绘示控制电路10与直流无刷马达内部线圈的连结关系。在本实施例中，直流无刷马达是一三相马达，包含线圈U、线圈V、及线圈W，并具有一中心接头CT。需特别注意者，马达的线圈数目并非本发明的限制。控制电路10包含一输出电路11、一脉冲产生电路12、一检测电路13及一遮断电路14。输出电路11用以控制该直流无刷马达的一多个线圈U、V及W，并产生一数字输出信号101通过一总线131以驱动直流无刷马达。

进一步言，输出电路11接收一PWM信号104，而数字输出信号101即与PWM信号104同步，同时线圈U、V或W通过切换开关121、122及123分别连接至电源供应端111、检测电路13的一输入端112及接地端113。举例而言，当线圈U连结至电源供应端111，且线圈W连结至接地端113时，线圈V即连结至输入端112，此时线圈V上所产生的反电动势即为检测电路13的输入信号。而数字输出信号101通过总线131适可控制线圈U、V、及W依序与电源供应端111、检测电路13的一输入端112及接地端113的连结关系。以下将以上述线圈连结为例，进一步解释控制电路10的操作。

数字输出信号101控制分别连接于线圈U、V及W上的三切换开关121、122及123连接至电源供应端111及接地端113的连结关系。在一种实施方式中，各切换开关可为由一P型金属氧化物半导体(PMOS)与一N型金属氧化物半导体(NMOS)所构成的开关电路，该PMOS及该NMOS各具有一栅极端，接收数字输出信号101以控制该PMOS及该NMOS的导通状态，藉此该对PMOS及NMOS可控制线圈连接在电源供应端111、接地端113，或者浮接状态。在此实施方式中，数字输出信号101即输出多个信号以分别控制切换开关121、122及123。

如上所述，在本实施方式中，直流无刷马达通过总线131，将数字输出信号101分别输入至切换开关121、122及123的栅极端，以控制线圈U、V、及W与电源供应端111及接地端113的连结关系。

PWM信号104同时用以控制一驱动电力输入电源供应端111，并依序流经上述线圈U、V或W中的二线圈，并由接地端113流出，以驱动该直流无刷马达。以线圈V通过切换开关121连接至电源供应端111，且线圈W通过切换开关123连接至接地端113为例。若数字输出信号101处在高位(High)时，则切换开关121及123导通(turn-on)；反之，若数字输出信号101处在低位(Low)时，则切换开关121及123分别或同时关断(turn-off)，使线圈V及线圈W分别或同时处于浮接(floating)状态。通过上述数字输出信号101的高低位切换，可控制输入至该直流无刷马达的电源供应功率，进而控制该直流无刷马达的转速。

检测电路13耦合至一第一端点132、一第二端点133以及脉冲产生电路12，通过该第一端点以及该第二端点检测检测直流无刷马达运转所产生的一反电动势，即线圈U所产生的反电动势，并相应于该反电动势产生一检测信号102，以使脉冲产生电路12相应于该检测信号产生一序列方波信号。检测信号102用以代表如先前技术所述的零交越现象是否发生。在本实施例中，检测电路13可为一放大器，用以相应于反电动势产生该检测信号。

遮断电路14亦耦合至一第三端点134以及脉冲产生电路12，用以相应于该PWM信号104产生一遮断信号105，以使脉冲产生电路12在一预定时间间隔内相应于遮断信号105产生序列方波信号103。脉冲产生电路12耦合至输出电路11，用以产生序列方波信号103，并提供给输出电路11以产生数字输出信号101，用以控制切换开关121、122及123。

由于切换开关121、122及123切换时，会产生突波(glitch)，令检测电路13错误检测直流无刷马达运转所产生的反电动势，因此遮断电路14即是用于数字输出信号101改变状态时，产生遮断信号105。进一步言，由于数字输出信号101与PWM信号104同步，因此遮断信号105即可在PWM信号104改变状态时，使脉冲产生电路12在预定时间间隔内不接受检测电路13的检测信号102，意即，在PWM信号104的一上升边沿或一下降边沿发生时，遮断电路14皆产生遮断信号105，用以使脉冲产生电路12在预定时间间隔内不接受检测电路13的检测信号102。

在本实施例中，遮断信号105可为一脉冲信号，具有一可调整的脉冲宽度，同时数字输出信号101具有一工作周期，遮断信号105的可调整的脉冲宽度小于数字输出信号101的工作周期，使数字输出信号101仍然能切换切换开关121、122及123，同时数字输出信号101与遮断信号105各具有一可调整的频率。

图2例示脉冲产生电路12的一实施例示意图，包含一多工器15及一触发器16。多工器15具有一输出端151、一第一输入端152耦合至检测电路13、一第二输入端153耦合至输出电路11、以及一选择端154耦合至遮断电路14。触发器16，接收一时脉信号106，具有一输入端161耦合至多工器15的输出端151、以及一输出端162耦合至多工器15的第二输入端153，用以产生序列方波103。其中时脉信号106的频率至少不小于PWM信号104，遮断信号105用以使多工器15在预定时间间隔内将多工器15的输出端151连接至多工器15的第二输入端153，使得触发器16的输出适可成为触发器16的输入，维持触发器16的操作，以使数字输出信号101仍然能切换切换开关121、122及123。

如图1所示，在本实施方式中，为使遮断电路14相应于PWM信号104产生遮断信号105，遮断电路14通过第三端点134接收一外部PWM信号204，并经由遮断电路14中的内部电路产生同步的PWM信号104及遮断信号105。

图3例示遮断电路14的一实施例示意图，包含三正沿触发的触发器17、18、与19及一异或门(XOR)20。请一并参阅图4，其例示图3的遮断电路14内各信号的波形图。其中触发器17、18、19皆接收一相同的时脉信号201。触发器17的一输入端接收外部PWM信号204，其输出信号205传送至触发器18的输入端及异或门20的一输入端，异或门20的另一输入端接收触发器18的输出信号，即前述的PWM信号104。

通过异或门20的逻辑操作，当输出信号205及PWM信号104其中的一为逻辑高电平「1」，另一为逻辑低电平「0」时，异或门20的输出信号206为逻辑高电平「1」，如图4所示。将输出信号206传送至负沿触发的触发器19的输入端，即可得到输出信号，即前述的遮断信号105。综上所述，本发明的要点在于产生同步的PWM信号104及遮断信号105，前述的电路与说明仅为例示，并非用以限制本发明的范围，本领域技术人员，可在不违反本发明精神下，利用其他电路获得如同实施例所述的同步的PWM信号104及遮断信号105。

通过图4可知，遮断信号105适可于PWM信号104状态改变时产生，同时遮断信号105的脉冲宽度即可为前述的预定时间间隔，并可通过设定触发器19的特性，调制遮断信号105的脉冲宽度。

由上述实施例可知，本发明可完全消除数字输出信号101控制切换开关121、122及123时所可能产生的突波，对检测电路13所检测的检测信号102所产生的影响，因此可正确的判断反电动势是否发生的零交越现象，并可维持切换开关的正常操作。

上述的实施例仅用来例举本发明的实施方式，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的保护范围。本领域技术人员可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的要求保护范围应以权利要求书为准。

Claims (20)

1.一种控制一直流无刷马达的方法，包含：

(a)接收一脉冲宽度调制信号，并产生一数字输出信号，与该脉冲宽度调制信号同步，以驱动该直流无刷马达；

(b)感应该直流无刷马达运转所产生的一反电动势；

(c)相应于该反电动势，连续驱动该直流无刷马达；以及

(d)相应于该数字输出信号，在一预定时间间隔内不检测该反电动势。

2.如权利要求1所述的方法，其中该步骤(d)包含：

在该数字输出信号改变状态时，产生一遮断信号；以及

相应于该遮断信号，在该预定时间间隔内不检测该反电动势。

3.如权利要求2所述的方法，其中该遮断信号为一脉冲信号，具有一可调整的脉冲宽度，该数字输出信号具有一工作周期，该可调整的脉冲宽度小于该工作周期。

4.如权利要求1所述的方法，其中该步骤(d)包含：

在该数字输出信号的一上升边沿或一下降边沿发生时，产生一遮断信号；以及

相应于该遮断信号，在该预定时间间隔内不检测该反电动势。

5.如权利要求1所述的方法，其中该数字输出信号具有一可调整的工作周期，该预定时间间隔小于该可调整的工作周期。

6.如权利要求1所述的方法，其中该数字输出信号与该遮断信号各具有一相同的可调整的频率。

7.如权利要求1所述的方法，其中该遮断信号的频率可能与该数字输出信号频率相同或为该数字输出信号的频率的两倍。

8.一种控制电路，用以控制一直流无刷马达，该控制电路包含：

一输出电路，耦合至该直流无刷马达的一线圈，接收一脉冲宽度调制信号，并产生一数字输出信号，与该脉冲宽度调制信号同步，该数字输出信号用以驱动该直流无刷马达；

一脉冲产生电路，耦合至该输出电路，用以产生一序列方波信号，并提供给该输出电路以产生该数字输出信号；

一检测电路，耦合至该脉冲产生电路，用以检测该直流无刷马达运转所产生的一反电动势，并相应于该反电动势产生一检测信号，以使该脉冲产生电路相应于该检测信号产生该序列方波信号；以及

一遮断电路，耦合至该脉冲产生电路，用以相应于一外部脉冲宽度调制信号产生一遮断信号，以使该脉冲产生电路在一预定时间间隔内相应于该遮断信号产生该序列方波信号，其中该外部脉冲宽度调制信号与该脉冲宽度调制信号同步。

9.如权利要求8所述的控制电路，其中该检测电路包含一放大器，用以相应于该反电动势产生该检测信号。

10.如权利要求8所述的控制电路，其中该脉冲产生电路包含：

一多工器，具有一输出端、一第一输入端，耦合至该检测电路、一第二输入端，耦合至该输出电路、以及一选择端，耦合至该遮断电路；

一触发器，具有一输入端，耦合至该多工器的该输出端、以及一输出端，耦合至该多工器的该第二输入端，用以产生该序列方波；

其中该遮断信号用以使该多工器在该预定时间间隔内将该多工器的输出端连接至该多工器的该第二输入端。

11.如权利要求8所述的控制电路，其中该遮断电路在该数字输出信号改变状态时，产生该遮断信号。

12.如权利要求8所述的控制电路，其中该遮断电路在该数字输出信号的一上升边沿或一下降边沿发生时，产生该遮断信号。

13.如权利要求8所述的控制电路，其中该遮断信号为一脉冲信号，具有一可调整的脉冲宽度，该数字输出信号具有一工作周期，该可调整的脉冲宽度小于该工作周期。

14.如权利要求8所述的控制电路，其中该数字输出信号具有一可调整的工作周期，该预定时间间隔小于该可调整的工作周期。

15.如权利要求8所述的控制电路，其中该数字输出信号与该遮断信号各具有一可调整的频率。

16.如权利要求8所述的控制电路，其中该遮断电路相应于该外部脉冲宽度调制信号产生该脉冲宽度调制信号。

17.一种控制电路，用以控制一直流无刷马达，该控制电路包含；

一第一端点以及一第二端点，耦合至该直流无刷马达；

一第三端点，接收一脉冲宽度调制信号；

一总线；

一输出电路，耦合至该总线，相应于该脉冲宽度调制信号以产生一数字输出信号，与该脉冲宽度调制信号同步，该数字输出信号通过该总线耦合至该直流马达的一线圈，用以驱动该直流无刷马达；

一脉冲产生电路，耦合至该输出电路，用以产生一序列方波信号，并提供给该输出电路以产生该数字输出信号；

一检测电路，耦合至该第一端点、该第二端点以及该脉冲产生电路，通过该第一端点以及该第二端点检测该直流无刷马达运转所产生的一反电动势，并相应于该反电动势产生一检测信号，以使该脉冲产生电路相应于该检测信号产生该序列方波信号；以及

一遮断电路，耦合至该第三端点以及该脉冲产生电路，用以相应于该脉冲宽度调制信号产生一遮断信号，以使该脉冲产生电路在一预定时间间隔内相应于该遮断信号产生该序列方波信号。

18.如权利要求17所述的控制电路，其中该遮断电路在该数字输出信号的一上升边沿或一下降边沿发生时，产生该遮断信号。

19.如权利要求17所述的控制电路，其中该遮断信号为一脉冲信号，具有一可调整的脉冲宽度，该数字输出信号具有一工作周期，该可调整的脉冲宽度小于该工作周期。

20.如权利要求17所述的控制电路，其中该数字输出信号与该遮断信号各具有一可调整的频率。

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