CN1057881C - 电机驱动装置 - Google Patents

Abstract

一能在无传感器电机中实现直接PWM驱动的电机驱动装置包括：一比较器比较一多相电机中有关相的反向电动势电压，一脉宽调制单元输出脉宽调制信号用于依据电机的转动误差信号对电机进行旋转驱动，一最小脉宽检测单元检测脉宽调制信号的最小脉宽的位置，一采样保持单元在上述最小脉宽检测单元检测最小脉宽期间对上述比较器的比较输出采样并保持，一电机驱动单元用于依据上述的采样保持输出对电机进行旋转驱动。

Description

电机驱动装置

本发明涉及一种电机驱动装置，它被用于各种具有内设电机的设备中，例如用于磁盘，磁性光盘或小型盘等圆盘形记录载体的记录和重放设备中，以及视频信号记录器，电视照相或照相设备中。更详细地说，它涉及一种在所谓的无传感器电机的直接进行脉宽调制驱动的驱动设备。

图1示出了一种已知的无传感器驱动系统的电机驱动装置。若向图中的三相电机500的U相线圈500U和V相线圈500V馈入电流，它们将使电机产生力矩。然而另一个W相线圈500W，将产生反向电动势。无传感器驱动系统的电机驱动装置，依据在相应的相位线圈500U，500V和500W中产生的反向电动势，检测到转子的转动位置，并切换控制相位线圈500U，500V和500W中的电流导通状态来控制转动。

也就是说，相位线圈500V，500U和500W产生的反向电动势Uin，Vin和Win通过滤波器电路501被导入比较器502，同时公共端子500a上的公共电压COM，即三相电机500的中性点电压，通过滤波器电路501也被馈入比较器502。

滤波器电路501如图2所示，其中从U型线图500U来的反向电动势Uin被馈入由电阻515a和电容515b组成的低通滤波器515，从V相线圈500V来的反向电动势Vin被馈入由电阻516a和电容516b组成的低通滤波器516，同时由W相线圈500W来的反向电动势Win被馈入由电阻517a和电容517b组成的低通滤波器517。从公共端子500a来的公共电压COM被馈入由电阻518a和电容518b组成的低通滤波器518。

借助上面描述的无传感器驱动系统的电机驱动装置，根据相位线圈500U，500V和500W的反向电动势(伏特效)Uin、Vin和Win，检测出转子的转动位置，同检测到的转动位置的结果相响应，开关控制相位线圈500U，500V和500W中电流的导通时间，用于驱动三相电机500的转动。在这样驱动转动的过程中，如图3a所示，用于相位线圈500U，500V和500W的电流导通开关在关闭时间内产生反扫噪声。这种反扫噪声者若任其存在，因为它叠加在反向电动机势电压Vin，Uin和公Win和公共电压COM上，会妨碍下流侧信号的处理。

低通滤波器515，516和517就是要从反向电动势电压Vin，Uin和Win中滤出反扫噪声，并将其从低通滤波器515至517传送到比较器519至521作为参考电压。

比较器519至521将公共电压COM与反向电动势电压Vin，Uin和Win进行比较，并将如图3b至3d所示的比较输出U，V和W传送到逻辑单元508。

另一方面，依据三相电机500的旋转状态在旋转伺服系统中形成一个旋转伺服信号(V控制)，输入到全波整流电路503中，产生的信号作为参考值Vrec传动到比较器504，伺服信号在整流前其脉冲和负端可能会以参考电压为中心被移位。假使三相电机500的每分转数超过预定值，旋转伺服信号负端被移位用来降低转速。全波整流电路503在馈入负端旋转伺服信号时，产生用于旋转制动的反向信号，并将此信号传送到逻辑单元508。

电流检测电阻511(Risens)，如后面将说明的依据驱动器510馈送给相位线圈500U，500V和500W的电压来检测电流。测得的(电流传感)值被电阻505a和电容505b积分，以便提供给比较器504。

比较器504将参考电压值Vree和电流检测电阻511测得的(电流传感)电流积分值进行比较并送出一个比较输出Verr传送到脉宽调制电路(PWM电路)506。

该PWM电路506对比较输出信号进行脉宽调制形成脉宽调制信号(PWM Carrier)，它被送入电压反相电路507。这表明通过脉宽调制可以进行电流驱动。

电压转换电路507如图4所示，其中同电压源Vcc相连接的晶体管515，由脉宽调制信号开关驱动以形成和该信号相应的脉宽调制电压。该脉宽调制信号被线圈516和平滑电容517变换成提供给驱动单元510的供给电压Vs。逻辑单元508检测比较器502输出的如图3b至3d的比较输出U，V和W的互斥逻辑和(Exor)，形成如图3e所示的逻辑信号Exor信号。该信号的上开和下降边表明了反向电动势Vin，Uin和Win相对于公共电压COM的跨零点，其情况如图3a至3e所示。这样，逻辑单元508通过检测Exor信号的上升和下降边可以截获反向电动势电压Vin，Uin和Win。根据这些反向电动势电压，逻辑单元形成用于U相线圈500U的如图3f和3g所示的上层晶体管控制信号Uu和下层晶体管控制信号Ui，用于V相线圈的如图3h和3i所示的上层晶体管控制信号Vu和下层晶体管控制信号Vi，以及用于W相线圈的如图3j和3k所示的上层晶体管控制信号Wu和下层晶体管控制信号Wi，并将这些控制信号传送到驱动单元510。

当从全波整流电路503来的反向信号到达时，逻辑单元就将控制信号Uu，Ui，Vu，Vi，Wu，和Wi的极性反转，并将它们传送到驱动单元510。

如图5所示，驱动单元由用于U相线圈500U的上层和下层晶体管521，522，用于V相线圈500V的上层和下层晶体管523，524，用于W相线圈500W的上层和下层晶体管525，526，缓冲放大器和与晶体管521至526的基极相连的电阻组成。

上层晶体管521，523，525的集电极和电压反相电路507的供给电压VS的输入端相连接，而下层晶体管522，524和526的发射极同电流检测电阻511相连接。上层晶体管521，523和525的发射极和下层晶体管522，524和526集电极相连接。供给相位线圈500U，500V和500W的驱动电流从相应晶体管的发射极和集电极之间的接点引出。

有了上述的驱动单元510，逻辑单元508来的控制信号Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi就能被送入相应的上层和下层晶体管521到526的基极。这样，上层和下层晶体管521到526就能相应于控制信号Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi被控制打开或关断，以便从相应接点取出供给电压VS作相应的通断控制。将由相应接点取出的供给电压VS锁送给三相电机500相应的相位线圈500U，500V和500W。

馈送给相位线圈500U，500V和500W的供给电压VS的值由电流检测电阻511测出。这些检测值在比较器504中和参考值Vrec比较，并依据比较输出电压Verr进行间接的PWM驱动。这些能使相应的相应线圈500U，500V和500W中的电流导通状态保持在一个恒定的水平。

无传感器驱动系统中的电机驱动装置，由于能够通过相位线圈500U，500V和500W产生的反向电动势检测转子的旋转位置，并开关控制相位线圈500U，500V和500W中电流的导通状态，因而能够在没有旋转位置检测器，例如霍尔元件的情况下对三相电机进行旋转控制。

在上述的无传感器电机驱动装置中，若去掉电压转换电路507，直接用PWM驱动三相电机500，在相位线圈500U，500V和500W电压关断时间内，相应的相位端的电位将降到负电平，同时公共电压COM将降到地电平，情况如图6a至6c所示。此时，就不可能检测出反向电动势。虽然在公共电压降到地电平情况下，只要电压通断宽度保持相同，在某种范围内仍然可以作出预测。然而，由于脉宽调制驱动的原因，电压通断宽度自然是不同的，以便在电压关断时间检测出反向电动势。

故常规的无传感器驱动装置不能直接由PWM驱动来驱动，而必须将PWM信号经电压变换电路507再馈送到驱动单元510。结果使部件的数目增加，增加的电压定换电路507使产品的成本升高。此外，常规的无传感器电机驱动装置还必须设置滤波电路501，用于消除反向电动势电压Uin，Vin和Win以及公共电压COM的反扫噪声，这样又增加了部件的数目和产品的成本。此外，由于滤波电路501的充放电时间常数是与三相电机500的每分转数相配合设置的，所以滤波电路501仅能用于转速恒定的场合，例如对圆盘形重放设备来说，仅能用于控制以恒定角速度转动的圆盘。所以当三相电机的每分转速变化时，滤波电路501的充放电时间常数就要随之变化。虽然可以设想制造能自动改变充放电时间常数的滤波电路501，使其与三相电机500每分转速相响应，但这需要特殊的电路，这样将使电路结构变得复杂并且最终会提高产品成本。

在常规的无传感器电机驱动装置中尽管设置了滤波电路501来消除反扫噪声，但如图3b到3d所示，反扫噪声仍然被叠加在电流导通的开关时间内。结果，叠加在比较输出U，V和W上的反扫噪声出现在比较器502输出的代表比较结果的异或运算的Exor信号中。因为逻辑单元508是在检测Exor信号的上升和下降边时截获相应的反向电动势电压的，若Exor信号中出现反扫噪声，那么在反向电动势和公共电压COM的跨零点不可能正确地检测出升或下降边，这样就不可能在正确地时间点截获相应的反向电动势电压，从而干扰正确地进行电流导通开关时间控制。

此外，由于各个反向电动势电压是在跨零点截获的，若反向电动势的值很小时，例如电机起动或低速转动时，有可能导致在不正确的相位导通电流。若供给的电流相位不正确，电机在起动时就不会转动，在低速运转时就会停止，在正常运转时电机的每分转速会急剧下降。

另外，上述的无传感器电机驱动装置，采用一种使用电机电流产生反力矩的短制动系统和一种从外部强制增大电机内电流产生反力矩的反向供电，制动系统。然而在这两种制动系统之间没有可操作的关系，两种制动系统只能分别采用，所以它不可能有精细而有效的制动控制。

上述的无传感器电机驱动装置，其上层晶体管521，523和525及下层晶体管522，524和526如图5所示都是双极型晶体管，它们开通时是精确的，但关闭时只能逐渐地经历一段较长的时间后才关断。结果，若在电流导通方向改变期间，亦即在旋转方向改变期间，对晶体管521至526进行通断控制，将会存在一段时间，在该段时间内各个相位的上、下层晶体管同时导通，这样就产生了直通电流，亦即在一段时间从电压源VS经上、下层晶体管到地的电流浪涌。

在上述的无传感器电机驱动装置中，各相的驱动电流是通过检测电阻511来检测和控制的，以便使其恒定，由于上述通电流的存在，各相的驱动电流检测就变得不精确，这样，就不可能对电机进行正确地旋转驱动。

本发明的基本目的是要提供一种电机驱动装置，借助它可以在无传感器系统中进行PWM驱动而且不需装设电压变换电路507，并且可以在不设滤波电路的情况下，防止反扫噪声引起的误操作，同时可以令人满意地截获反向电动势，防止电流在不正确的相位导通，改善电机的起动性能。

本发明的第二个目的是要提供一种电机驱动装置，借助它可以使短制动系统和提供反向电流制动系统互相可操作地配合，实现精细的制动控制，必要时在两个制动系统间也可以进行切换控制。

本发明的第三个目的是要提供一种电机驱动装置，借助它可以防止直通电流浪涌，保证对电机进行正确地的旋转驱动。

本发明提供的电机驱动装置包括有比较器装置，用来比较多相电机各相中出现的反向电动势电压，脉宽调制装置用来输出脉宽调制信号，该信号根据电机的旋转误差信号对电机进行旋转驱动，最小脉宽检测装置，用来检测脉宽调制器输出的脉宽调制信号的最小脉宽的位置，抽样保持器，用来在最小脉宽检测装置检测脉宽高制信号的最小脉宽时，抽取和保持比较器的比较输出样本，以及电机驱动单元，用来依据采样保持器的每个输出对电机进行旋转驱动。

上述抽样保持器包括有异或检测装置用于检测比较装置比较输出的异或状态，掩蔽处理装置，用于检测各相供给电流的切换时间并在检测时间内形成预设脉宽的掩蔽信号，消除各相供给电流切换时间内叠加在异或检测器输出信号上的反扫噪声，并输出一个最终获得的掩蔽处理信号，边沿检测装置用于检测掩蔽处理器输出的掩蔽处理信号的上升和下降边，采样装置，依据边沿检测器的边沿检测输出信号对比较器的比较输出采样，以及保持装置用于保持采样器的输出样本，但反向电动势电压已被截获的相除外。

按照本发明的电机驱动装置还包括延迟器装置，在边沿检测信号延长一个预定时间后，由它将边沿检测器的边沿检测输出信号再合延一段时间。采样器依据延迟装置的延迟输出信号对比较器的每个比较输出进行采样，并把采集的比较输出样本提供给保持器装置。

按照本发明的电机驱动装置还包括有供给电流状态开关控制装置用于检测边沿检测器的边沿检测输出或延迟器的延迟输出信号是否被提供，若在一个预定的时段内未被提供，则改变保持器的内容，以便对电机每相供给电流实施开关控制。

边沿检测器检测掩蔽处理器的掩蔽输出信号的上升边和下降边，同时还检测现行导通电流的状态，并根据现行供给电流的状态预测下一个要提供的掩蔽处理输出的边沿是上升边，还是下降边。若边沿检测器检测到一个不是预测的一个边沿时，上述供给电流状态开关控制器把保持器的输出信号倒相，以实施对每相供给电流进行开关控制。

本发明还提供一个电机驱动装置，它包括一个用于将一个多相电机每相出现的每个反电动势电压和该电机中性点的公共电压比较的装置；一个输出信号倒相装置，用于输出一个能提供反向供给电流制动的倒相信号，它依据由外部提供的电机转动误差信号向电机提供一个电流用于产生反向力矩；脉冲宽度调制装置用于依据电机转动误差信号，输出一个脉宽调制信号对电机进行旋转信号；最小脉宽检测装置用于检测脉宽调制装置输出的脉宽调制信号的最小脉宽的位置；采样装置用于在最小脉宽检测装置检测最小脉宽的时间段上，对比较器装置的每个输出采样；受影响相检测装置，当被馈入由倒相信号输出装置输出的倒相信号时，用于检测反向电动热产生变化的相，这种变化是依据采样装置的每个比较输出采样信号产生的；保持装置用于保持某个相的比较输出，但那些被受影响相检测装置检测出其反向电势产生变化的相除外；以及电机驱动单元，它根据保持器装置的每个采样保持输出信号对电机进行制动。

按照本发明的电机驱动装置还包括有最大脉宽检测装置，用于检测由脉宽调制装置的脉宽调制信号的最大脉宽的位置，以及在检测最大脉宽的时间段对比较器的比较输出进行采样。电机驱动单元借助在电机中产生反向力矩的短制动来制动电机，直到最大脉宽检测装置检测到脉宽调制信号的最大脉宽为止，当检测到脉宽调制信号的最大脉宽时，电机驱动单元则借助提供反向电流制动来制动电机。

本发明还提供一种无传感器系统的电机驱动装置，它依据多相电机每相中呈现的反电动势电压来检测多相转子的旋转位置，并响应检测结果对每个相位的上、下层晶体管进行通断控制，对每相的供给电流状态进行开关，实现对电机的旋转驱动。该电机驱动装置包括切换时间检测装置，用于检测旋转方向的切换时间，以及控制装置用于在一个预定的时间内同时关断每个相位的上、下层晶体管，该预定时间在由切换时间检测装置检测出的旋转方向切转时间段上。

按照本发明的电机驱动装置还包括有比较装置，用于比较多相电机相应相位中呈现的反电动势电压与该电机中性点的公共电压的大小，脉宽调制装置用于输出脉宽调制信号，该信号能依据电机的旋转误差信号对电机进行旋转驱动控制；最小脉宽检测装置，用于检测由脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽的位置；采样和保持装置，用于在最小脉宽检测装置检测脉宽调制信号的最小脉宽的时段上，采集和保持比较器的比较输出；以及电机驱动装置，用于形成一个控制信号，该信号能依据采样保持装置的每一个采样保持输出，对每相的上、下层晶体管进行通、断驱动。

上述切换时间检测装置检测脉宽调制信号最大脉宽的位置来检测旋转位置的切换时间。

按照本发明的电机驱动装置是一个无传感器的系统，它依据多相电机每相的反电动势来检测转子的旋转位置，并响应转子的旋转位置对供给电流的状态实施开关控制。比较器装置把电机中每相呈现的反电动势和该电机中性点的公共电压进行比较。脉宽调制装置形成和输出脉宽调制信号，以便依据电机的旋转误差对电机进行旋转驱动。

最小脉宽检测装置检测脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽的位置。最小脉宽确定了一个脉宽调制信号导通的时间区段。采样和保持装置在检测脉宽调制信号最小脉宽的时候，采集和保持从比交器装置来的比较输出信号，以便检测反电动势。电机驱动装置根据各相的反电动势，也就是采样和保持装置的采样保持输出信号，对电机进行旋转驱动。

这样使得通过脉宽调制信号对电机进行直接PWM驱动成为可能。

更详细地说，采样和保持装置包括异或检测装置，掩蔽处理装置，边沿检测装置，延时装置，采样装置和保持装置。

异或检测装置检测比较器输出的比较信号的异或值，并将检测结果传送给掩蔽处理装置。掩蔽处理装置检测相应相的供给电流切换时间并形成这个时间的预置脉宽掩蔽信号，并且通过该掩蔽信号消除在供给电流切换时间内叠加在异或输出信号上的反扫噪声。边沿检测装置检测掩蔽处理装置的掩蔽处理输出信号的上升边和下降边，并将检测出的边沿信号传送给采样装置。采样装置依据边沿检测装置的边沿检测输出信号对比较器的比较输出进行采样。保持装置对采样装置的采样输出进行采样保持，但不包括其反电动势已被截获的相，这样就使直接PWM驱动成为可能。

若采用了一个带铁芯的电机，为纠正线圈电感引起的驱动电流的延迟，将供给电流的相位稍稍提前是合适的。这样，在使用本发明的电机驱动装置时，可使延迟装置将边沿检测装置输出的边沿检测信号延迟一个预定的时间，并将这一延迟过的输出信号传送到采样装置。这将使由于线圈电感引起的驱动电流的延迟得到补偿，保证在正确的时刻截获反电动势。

在按照本发明的电机驱动装置中，供给电流状态切换控制装置检测由边沿检测装置来的边沿检测输出信号或延迟装置来的延迟输出信号是否被提供。边沿检测输出信号或延迟信号未被提供，实际说明在当前供给电流的状态下，电机没有旋转。若既未提供边沿检测输出又未提供延迟输出，供给电流状态切换控制装置就要改变保持装置的内容，以便对电机每一相供给电流的状态进行切换控制。这使得电机的起动性能能够得到改善。

在本发明的电机驱动装置中，边沿检测装置检测掩蔽处理装置的掩蔽处理输出信号的上升边和下降边，并且为了预测下一个提供的掩蔽处理信号的边沿是上升边还是下降边，还对现行供给电流的状态进行检测。若预测的边沿未被提供，说明电机被朝反向转动。若边沿检测装置检测到一个未被预测到的边沿，为了使每相的供给电流换向，供给电流状态切换控制装置把保持装置的输出倒相。这就能使电机在所有时间内都按正确方向运转。

本发明的电机驱动装置是一个所谓的无传感器电机驱动装置，它依据电机各相获得的反向电动势来检测转子的转动位置，并响应转子的转动位置切换供给电流的状态。比较装置对每相产生的反向电动势和电机中性点的公共电压进行比较。脉宽调制装置形成并输出一个脉宽调制信号，该信号依据电机的旋转误差信号用于对电机进行旋转驱动

最小脉宽检测装置控制脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽的位置。最小脉宽的位置确定脉宽调制信号被导通的时间段。采样装置和保持装置通过在检测脉宽调制信号最小脉宽的时间内，对比较器的每一个比较输出进行采样和保持来检测反电动势。电机驱动装置依据采样保持装置输出的每相的反向电动势驱动电机旋转。

这就实现了直接PWM驱动，在这种驱动中电机直接由PWM信号驱动。

反向信号输出装置输出一个反向信号用于施加反向供给电流制动，即依据外部提供的电机旋转误差信号，向电机送入电流来产生反向电动力的制动。若将反向信号输出装置的反向信号馈入受影响相检测装置，该装置将检测出一个相，该相的每一个反向电动势都依据被采样装置抽取的比较器的每一个输出进行了变化。保持装置保持并输出一个由采样装置送来的一个相的比较输出信号，但这个相不是被上述受影响相检测装置检测出的那种每个反向电动势都发生变化的相。电机驱动装置依据保持装置的每一个采样保持输出对电机进行制动。

这样使得反向供给电流制动能以直接PWM驱动的方式进行。

按照本发明的电机驱动装置的最大脉宽检测装置检测由脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最大脉宽的位置，并在检测最大脉宽的时段内对比较器的比较输出采样。电机驱动装置在最大脉宽检测装置检测到脉宽调制信号的最大脉宽以前，是用短制动来制动电机的，即以电机的旋转电流为基础在电机中产生反力矩的制动。若脉宽调制信号的最大脉宽被检测到，则通过反向供给电流制动方式制动电机。

这样，短制动就可以切换到反向供给电流制动或者根据要求反之进行。

按照本发明的电机驱动装置是一个无传感器的电机驱动装置，它是依据电机每一相获得的反电动势来检测转子的转动位置的，并且响应转子的转动位置，通过通断控制每一相上、下层的晶体管来切换供给电流的状态对电机实施旋转控制的。切换时间检测装置检测转动方向的切换时间。

在切换转动方向期间，上层晶体管被控制截止，同时下层晶体管被控制导通。由于晶体管在导通和截止时具有上升较陡，下降需经过一段时间逐渐截止的性能，所以上层晶体管关断的时间和下层晶体管打开的时间有部分重叠，这样就产生了所谓的直通电流。就是说，控制装置应该在切换时间检测装置检测到的旋转方向切换时间段上的一个预定时间内，同时转换相应相的上、下层晶体管。在该设定时间内两个晶体管应被强制关断，相应地两个晶体管也应在此.设定时间内被导通，这可以通过使用特殊的晶体管来设定。在完善了对两个晶体管状态的通断控制切换，防止了直通电流以后，对相应相的供给电流状态切换就成为可能。

为了实现用PWM信号对电机直接进行旋转驱动，本发明的电机驱动装置的比较器装置将电机每一相中感应的反向电动机势和电机中性点的电压即公共电压进行比较。脉宽调制装置形成和输出一个脉宽调制信号，用来依据电机旋转误差信号对电机进行旋转驱动。最小脉宽检测装置检测脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽的位置。最小脉宽的位置确定了PWM信号被打开的周期。采样和保持装置在检测PWM信号的最小脉宽的时间内对比较器装置的每一个输出进行采样和保持。

在直接PWM驱动中，比较器装置的每个比较输出被用PWM信号改变，这样就使检测反向电动势不可能。然而，若在PWM信号打开的周期内对每个比较输出进行采样保持，那么即使在直接PWM驱动期间仍能够检测反向电动势。电机驱动装置依据每个采样保持装置的采样保持输出，亦即每一相中的反向电动势，驱动电机转动。

当进行这样的直接PWM驱动时，按照本发明的电机驱动装置的切换时间检测装置检测PWM信号的最大脉宽的位置。该PWM信号最大脉宽的位置确定了旋转方向的切换时间。这样，该控制装置在最大脉宽的时间内同时控制两个晶体管，借此阻止了如上所述的直通电流发生。

下面将对附图作一简要说明。

图1是一个方块流程图，示出了一个常规的电机驱动装置。

图2是一个滤波电路的电路图，安装有常规的电机驱动装置的比较器。

图3是一个时间图表，用于说明常规电机驱动装置在正常转动期间的操作过程。

图4是常规电机驱动装置中安装的一个电压变换电路的电路图。

图5是一个安装在常规电机驱动系统中的驱动单元的电路图。

图6是一个时间图表，用来说明用常规电机驱动装置无法实现直接PWM驱动的原因。

图7是一个方块流程图，显示了按照本发明的电机驱动装置的一个实施例。

图8是一个时间图表，用来说明图7中所示的电机驱动装置在正常转动期间的操作过程。

图9是一个电路图，用来比较图7中所示的电机驱动装置中安装的每一相线圈中的反向电动势和公共电压的大小。

图10是一个电路图，显示了图7中所示的电机驱动装置中安装的一个全波整流电路。

图11是一个安装在图7所示的电机驱动装置中的逻辑单元的方块流程图。

图12是一个电路图，显示了一个安装在逻辑单元中的掩蔽电路。

图13是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的一个边沿检测器。

图14是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的一个时间延迟单元。

图15是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的一个起动单元。

图16是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的一个译码单元。

图17是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的一个时间控制器。

图18是一个电路图，显示了逻辑单元中设置的一个PLL电路。

图19是一个电路图，显示了逻辑单元中安装的另一个时间控制器。

图20是一个时间图表，用来说明在图7所示的电机驱动装置进行PWM控制期间，检测反向电动势的检测时间。

图21是一个时间图表，用来说明图7所示的电机驱动装置阻止通电流的操作过程。

图22是一个时间图表，用来说明在图7所示的电机驱动装置中在短制动系统和电流导通制动系统之间切换的切换操作过程。

图23是一个线路图，用来说明图11所示的逻辑单元中安装的一个输出控制器。

图24是一个线路图，显示了图7所示的电机驱动装置中安装的一个驱动单元。

图25是一个时间图表，用来说明图7所示的电机驱动装置正常转动期间PWM的操作过程。

图26是一个时间图表，用来说明图7所示的电机驱动装置从正常转动切换到反向电流制动系统的切换操作过程。

图27是一个时间图表，用来说明图7所示的电机驱动装置在应用反向供给电流制动期间的操作连接。

图28是一个时间图表，用来说明图7所示的电机驱动装置在应用反向供给电流制动期间的PWM操作过程。

图29是一个线路图，显示了图7所示的电机驱动装置在反向供给电流制动期间的电流通路，以及在短制动期间的电流通路。

下面将参照附图对本发明的电机驱动装置的最佳实施例作详细说明。

体现本发明的电机驱动装置是一个所谓的无传感器驱动装置，如图7所示它包括一个比较器2，用来将U相线圈1U，V相线圈1V和W相线圈1W中产生的相应的反向电动势Uin，Vin和Win与三相电机1的中性点产生的参照公共电压COM进行比较，和一个全波整流器3，用来对三相电机1的旋转伺服信号(V控制)进行全波整流并输出一个整流信号作为参考信号Vrec，当向其提供一个负标记的旋转伺服信号时，它将输出一个反向信号用来向三相电机1施加一个旋转制动。

电机驱动装置包括一个逻辑单元9，它依据PWM电路7来的脉宽调制信号，比较器2来的比较信号U，V和W以及全波整流电路3来的反相信号，产生和输出用来驱动驱动器10的控制信号Un，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi及用于驱动PWM电路7的信号。电机驱动装置还包括一个驱动器10，用于响应逻辑单元9来的控制信号Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi驱动三相电机1，和一个电流检测电阻11，用于以电压的形式检测三相电机1的驱动电流，并用于经过由电阻5和电容6组成的积分电路向比较器4提供积分结果电压。

本实施例的电机驱动装置的操作如下：如果电机被供给电流，例如，供给U相线圈1U和V相线圈1V电流，它们将产生力矩并起电机的作用。然而，剩下的W相线圈1W却作为一个发生器起产生反向电动势的作用。本实施例的电机驱动装置被构成依据各相线圈1U，1V和1W产生的反向电动势，检测转子的旋转位置，响应检测的结果对电流的导通状态切换控制，从而旋转驱动三相电机1。

更详细地说，如图8所示各相线圈1U，1V和1W产生的反向电动热Uin，Vin和Win，和公共端1a上的公共电压COM，即三相电机中性点的电压，都被送入到比较器2中。

如图9所示，比较器2是由分别用于U相，V相和W相的三个比较器2a至2c组成的。公共电压COM作为参考电压馈送到每一个比较器2a至2c。反向电动势电压Uin，Vin和Win经电阻分别送入U相比较器2a，V相比较器2b和W相比较器2c。如较8a所示，比较器2a至2c将反向电动势电压Uin，Vin和Win和作为参考电压的公共电压COM比较后，产生如图8b至8c所示的比较信号U，V，W。这些比较信号被送入逻辑单元9。

如图8b至8d所示，在各相线圈1U，1V和1W的电流导通切换时间内，反扫噪声相应地叠加到比较信号U，V和W上。

全波整流电路3的构成如图10所示，它具有一个第一比较器3a，用于比较旋转伺服信号(V控制)和参考电压的大小，所述伺服信号是由旋转伺服系统或数字信号处理器(DSP)根据三相电机的旋转状态产生的，参考电压是由参考电压发生电路3b送来的，还有一个第二比较器3c用来对第一比较器3a的输出和参考电压进行比较，并用于对旋转伺服信号全波整流。全波整流过的旋转伺服信号被输出作为参考电压Vrec。

若三相电机的转速超过预定值，旋转伺服信号是负性输入用于降低转速。在全波整流电路3的第三个比较器3d中比较参考电压和该旋转伺服信号。若提供了一个负性输入旋转伺服信号，全波整流电路3形成反向信号(Reverse)用于向三相电机1施加一个旋转制动，并如以后将说明的，将该反向信号(Reverse)传送到逻辑单元9。

电流检测电阻11(Risens)以电压的形式测量提供给各相线圈1U，1V和1W的电流。这个检测信号(Current Sense)被由电阻5和电容器6组成的积分电路积分，以便提供给比较器4。

比较器4将全波整流电路3来的参考信号Vree同电流检测电阻11检测到的积分检测信号(Current Sense)进行比较，并将比较输出Verr送入脉宽调制(PWM)电路7。

该PWM电路7用脉宽调制方式对比较输出进行调制，形成一个脉宽调制信号(PWM Carrier)用于提供给逻辑单元9。这表明通过脉宽调制的电流驱动正在被进行。

逻辑单元9的构成如图11所示，其中比较信号U，V，和W叠加有比较器2来的反扫噪声，被提供给异或(Exor)电路20和三相逻辑单元28。

该Exor电路20取比较信号U，V和W的异或值形成如图8e中示的Exor信号。这样形成的Exor信号被提供给掩蔽电路21。因为反扫噪声是叠加在比较信号U，V和W上的，所以也叠加在Exor信号上。Exor信号的上升沿和下降沿确定了公共电压COM和反向电动势电压Uin，Vin和Win的跨零点，如图8a所示。

掩蔽电路21如图12所示具有一个第一与门21a，被馈入叠加有反扫噪声的Exor信号和倒相器21c来的第一掩蔽信号Mask1，和一个或门21d，被馈入第一与门21a和第二与门21b的输出。掩蔽电路21还有一个第二与门21b，该馈入第一掩蔽信号和或门21d的输出，还有一个D触发器21e用于使或门21d的输出同步。

如以后将说明的，第一掩蔽信号是由时间延迟电路23在供给电流开关时间内形成的，它的脉冲宽度，例如可以是时间控制器27来的两个内部时钟脉冲，如图8j所示。D触发器21e使或门21d的输出和时钟同步。

更详细地说，当第一掩蔽信号同Exor信号相应地处于高电平或低电平时，掩蔽电路21保持Exor信号先前的状态，或直接输出Exor信号。这样产生的掩蔽Exor信号如图8f所示不再包含反扫噪声。这种掩蔽过的Exor信号，如图11所示被馈送给边沿检测器22。

第一掩蔽信号的脉宽同相当于两个内部时钟的脉宽相等。理由是这种情况下产生的反扫噪声具有不大于两个钟脉冲的脉宽。第一掩蔽信号的脉宽与要控制其转动的电机产生的脉冲是不同的。第一掩蔽信号的脉宽最好被设置成独立于要控制其转动的电机产生的反扫噪声的脉宽。

边沿检测器(同步微分电路)22包括一个第一D触发器22a用于使掩蔽过的Exor信号同内部时钟同步，和一个第二D触发器22b用于使被第一D触发器22a同步过的掩蔽Exor信号，与内部时钟再同步，如图13所示。

该边沿检测器22具有一个第一与门22f，用于取下述信号的逻辑结果，即从第一D触发器22a来的掩蔽Exor信号，一个被倒相器22d在极性上倒相的第二掩蔽信号和一个从第二D触发器22b来的被倒相器22c在极性上倒相的掩蔽Exor信号；和一个第二与门22g，用于取以下信号的逻辑结果，即从第一D触发器22a来的掩蔽Exor信号，其极性被倒相器22e颠倒，第二掩蔽信号和从第二D触发器22b来的掩蔽Exor信号。该边沿检测器22还具有一个第一或门22h，用于取第一和第二与门22f、22g的逻辑输出的逻辑和。

该边沿检测器22具有一个第三与门22i，用于取以下信号的逻辑结果，即从第一D触发器22a来的掩蔽Exor信号，第二掩蔽信号和从第二D触发器22b来的极性被倒相器22c倒相的掩蔽Exor信号；和一个第四与门22j，用于取以下信号的逻辑结果，从第一D触发器22a来的极性被倒相器22e倒相的掩蔽Exor信号，一个极性被倒相器22d倒相的第二掩蔽信号和从第二D触发器22b来的掩蔽Exor信号。该边沿检测器22还具有一个第二或门22k，用于求第三与门22i和第四与门22j的逻辑输出的逻辑和。

第二掩蔽信号如以后说明的是由译码单元29依据三相电机1各相线圈1U，1v和1W中的电流导通状态预测形成的。更详细地说，三相电机1是由六种电流导通模式驱动旋转的，如图8K到8m所示，这六种电流导通模式可用反向电动势电压Ures，Bres和Wres的不同高低组合状态表示，第一种电流导通模式是由高(H)，低(L)和高(H)结合组成，第二种电流导通模式是由H，L和L结合组成，第三种电流导通模式是由H，H和L结合组成，第四种电流导通模式是由L，H和L结合组成，第五种电流导通模式是由L，H和H结合组成，第六种电流导通模式是由L，L和H结合组成。H，H和H以及L，L和L这两种结合不采用。这样，译码单元29通过译出反向电动势电压Ures，Vres和Wres的现行电流导通模式，就能够预测下一个电流导通模式。该预测输出就是上述的第二掩蔽信号。

反向电动势电压Ures，Vres和Wres，在正向旋转期间和反向旋转期间，其极性都被倒相。这样，正向旋转期间和反向旋转期间电流导通模式的序列是相反的。这样，对于正向转动和反向转动，边沿检测器22只要相应地在SDExor信号和Invert信号之间切换，并输出这样选择过的输出信号。

这样，掩蔽Exor信号被供给第一D触发器22a。第一D触发器22a在一个内部时钟脉冲的时间内将掩蔽Exor信号传送给第一和第三与门22f，22i。第一D触发器22a还将掩蔽Exor信号经倒相器22e传送给第二和第四与门22g，22j。第二D触发器22b在一个内部时钟脉冲时间内，将掩蔽Exor信号经倒相器22c传送给第一和第三与门22f，22i，同时将相同的信号直接传送给第一和第凹与门22g，22j。

在正向转动期间，如图8g所示，SD Exor信号具有与一个内部时钟脉冲相应的脉宽，它是由第二掩蔽信号在掩蔽Exor信号上升和下降时刻在第三和第四与门22i，22j上形成的。这个SD Exor信号经第二或门22K被提供给掩蔽电路21，同时还被提供给时间延迟电路23，起动单元24和锁相环电路25(PLL)。

在正常转动期间，由第二掩蔽信号在第一和第二与门22f，22g上，在掩蔽信号Exor的上升时刻及下降时刻形成一个倒相信号(Invert)，它具有相当于一个内部时钟脉冲的脉宽。这个倒相信号被经过第一或门22k提供给三相逻辑单元28，该单元将在后面说明。

三相电机1是一个，例如有铁芯的电机，如图8a所示它通过馈入超过120°电角的电流驱动。为驱动这样的铁芯电机供给电流在相位上最好稍提前一些，以便纠正由于线圈电感引起的驱动电流的延迟。为此，由时间延迟单元23使信号SD Exor延迟，例如30°电角。信号SDExor的周期是60°电角，这样若内部时钟脉冲的频率为信号SDExor频率的8倍，内部时钟的周期为60÷8个脉冲＝7.5°。这样，对延迟30°电角而言，它足以计算四个内部时钟脉冲。

详细地说，时间延迟单元23的构成可以例如象图14所示，其中第一到第六移位寄存器23a至23f被信号SD Exor的上升沿重置，用于在每一个时钟间隔将高电平信号变换成移位寄存器的下一级。第一与门23h被馈入第四移位寄存器23d的输出和第五移位寄存器23e的经倒相器23g倒相的输出信号。这样，第一与门23g形成一个单个脉冲宽度的信号Delay T，其时间间隔如图8i所示，由信号SD Exor计算四个内部时钟脉冲。由于内部时钟脉冲具有7.5°的周期，所以比信号SD Exor延迟30°电角的信号Delay T可以通过计算四个内部时钟脉冲来形成(图8a)。这个信号Delay T，在供给电流切换时间段上对各相的U，V和W成为高电平，被提供给三相逻辑单元28。该信号DelayT在三相逻辑单元28中被用作反向电动势电压Uin，Vin和Win的采样脉冲，下面接着将予以说明。

第二与门23j被馈入第四移位寄存器23d的输出和第六移位寄存器23f的经倒相器23i倒相的输出信号。这样，第二与门23j形成并输出，如图8j所示的，具有相当于两个内部时钟脉宽的第一掩蔽信号。若第一掩蔽信号的脉宽过分增大，掩蔽作用将进到反向电动势电压的跨零点，这将影响电机供给电流的供给时间。所以，在本实施例中，第一掩蔽信号的脉宽设置为两个内部时钟脉冲，即15°电角。该第一掩蔽信号被馈送给掩蔽电路21，以便用来掩蔽反扫噪声。

在时间延迟单元23中，当第一掩蔽信号进入低电平时，第六移位寄存器23f的输出进入高电平。该高电平信号被馈送入起动单元24作为触发起动信号(Flag)用来起动起动器24。

参见图15，起动单元24包括第一到第五计数器24a至24e，由信号SDE xor置零，用于计算内部时钟脉冲，第一与门24f用于取第一和第二计数器输出的逻辑结果，该结果提供给第三计算器24c。起动单元24也还包括一个第二与门24g，用于取第一至第三计数器24a至24c输出的逻辑结果，并将该结果信号提供给第四计数器24d。起动单元24还包括一个第三与门24h，用于取第一至第四计数器24a至24d输出信号的逻辑结果，并将该结果信号提供给第五计数器24e。起动单元24包括的第四与门24i，用于取第一到第五计数器24a至24e输出信号的逻辑结果，并将结果信可输出，一个D触发器24j用来使第四与门24i的输出和内部时钟同步，并输出这个结果信号作为信号Step，用于切换供给电流的模式。

信号Flug被周期性地提供给起动单元24，周期为三相电机1每转一圈提供一次。然而，若电流被提供给不合适的相线圈，或电机处于停止状态，信号Flug将停止向起动单元24提供。在这种情况下，电流继续向同一个相线圈提供，所以电机不能被起动，然而由于电流被不断馈入此线圈，该相线圈有被损坏的危险。所以，在反向电动势被采样以后，在供给电流状态被切换以后并且计算了例如32个内部时钟，此时将提供高电平Flug信号，起动起动单元24。若计算到32个内部时钟脉冲，仍未供给信号SD Exor，三相电机1将被视为停止，将发出信号Step用来切换到下一个电流导通模式。该信号Step是提供给三相逻辑单元28。

当检测到反向电动势电压的跨零点上，起动单元24的操作就停止，并由信号SD Exor将计数器24a至24e置零。

上述的内部时钟脉冲的计算数目，此处为32次，是依据三相电机1的力矩常数或负载的操作惯性而设定的。所以，该计数数目可以设定为任何任意值而不是上面给定的值。

三相逻辑单元28依据上述信号Delay T，对反向电动势电压U，V和W采样，并形成作为采样输出的反向电动势电压Ures，Vres，和Wres，该电压被提供给译码单元29。

译码单元29的构成如图16所示，它包括一个Uu信号形成单元35，用来形成一个第一控制信号Uu，该信号用于对U相线圈的上层晶体管实施通断控制，一个Ui信号形成单元36，用来形成第二控制信号Ui，该信号对U相线圈的下层晶体管实施通断控制，一个Vu信号形成单元37，用来形成一个第三控制信号Vu，该信号用来对V相线圈的上层晶体管实施通断控制，一个Vi信号形成单元38，用来形成一个第四控制信号Vi，该信号对V相线圈的下层晶体管实施能断控制，一个Wu信号形成单元39，用来形成一个第五控制信号Wu，该信号对W相线圈的上层晶体管实施通断控制，以及一个Wi信号形成单元40，用于形成一个第六控制信号Wi，该信号对W相线圈的下层体管实施通断控制。这些晶体管都被安装在图7所示的驱动器10内。上述译码单元29包括第一至第三或门29a至29c，用于形成与U相，V相和W相相应的第三掩蔽信号Mask3-U，Mask3-V及Mask3-W，在相应的U，V和W相的反向电动热电压出现变化的时间内，它们相应地在一个预定的周期内成为高电平，译码单元29还包括第一至第三倒相器29d至29f，用于使从三相逻辑单元28来的反向电动势电压Ures，Vres和Wres倒相，并输出该倒相信号。

上述Uu信号形成单元35具有一个与门35a，被馈入反向电动热电压Ures，经第二倒相器29e倒相的反向电动势电压Vres，和经第三倒相器29f倒相的反向电动势电压Wres，另一个与门35b，被馈入反向电动势电压Ures，经第二倒相器29e倒相的反向电动势电压Vres，和反向电动势电压Wres，和一个或门35c，用于输出与门35a和35b输出信号的逻辑和作为第一控制信号Uu。

上述Ui信号形成单元36具有一个与门36a，被馈入经第一倒相器29d倒相的反向电动势电压Ures，反向电动势电压Vres，和经第三倒相器29f倒相的反向电动势电压Wres，另一个与门36b，被送入经第一倒相器29d倒相的反向电动势电压Ures，反向电动势电压Vres，和Wres，以及一个或门36c，用于输出与门36a和36b输出信号的逻辑和作为第二控制信号Ui。

上述Vu信号形成单元37具有一个与门37a，被提供从第一倒相器29d来的反向电动势电压Ures，反向电动热电压Vres和第三倒相器29f倒相的反向电动势电压Wres，另一个与门37b，被提供反向电动势电压Ures，Vres和经第三倒相器29f倒相过的反向电势电压Wres，和一个或门37c，用于输出与门37a和37b的逻辑和并作为第三控制信号Vu。

所述Vi信号形成单元38，具有一个与门38a被提供经第一倒相容29d倒相过的反向电动势电压Ures，经第二倒相器29e倒相过的反向电动势电压Vres，和反向电动势电压Wres，另一个与门38b，被提供反向电动势电压Ures，Wres和经第二倒相器29e倒相过的反向电动势电压Vres，还有一个或门38c，用于输出与门38a和38b输出信号的逻辑和作为第四控制信号Vi。

所述Wu信号形成单元39，具有一个与门39a被提供经第一倒相器29d倒相过的反向电动势电压Ures，经第二倒相器29e倒相过的反向电动势电压Vres和反向电动势电压Wres，另一个与门39b，被提供经第一倒相器29d倒相过的反向电动势电压Ures，反向电动势电压Vres和Wres，还有一个或门39c，用于输出与门39a和39b输出信号的逻辑和作为第五控制信号Wu。

所述Wi信号形成单元40，具有一个与门40a，被提供反向电动势电压Ures，分别经倒相器29e和29f倒相过的反向电动势电压Vres和Wres，另一个与门40b，被提供反向电动势电压Ures，Vres和经倒相器29f倒相过的反向电动势电压Wres，以及一个或门40c，用于输出与门40a和40b输出信号的逻辑和作为第六控制信号Wi。

第一或门29a，被馈入Uu信号形成单元37的与门37b的输出和Wu信号形成单元39的与门39a的输出，取这些输出信号的逻辑和形成第三掩蔽信号Mask3-U。

第二或门29b，被馈入Vu信号形成单元35的与门35a的输出和Wu信号形成单元39的与门39b的输出，并取这些输出信号的逻辑和形成第三掩蔽信号Mask3-V。

第三或门29c，被馈入Vu信号形成单元37的与门37a的输出和Uu信号形成单元35的与门35b的输出，取这些输出信号的逻辑和形成第三掩蔽信号Mask3-W。

上面描述的译码单元29，依据反向电动势电压Ures，Vres和Wres的上述第一到第六的供给电流模式，形成第一到第六控制信号Uu到Wi，用来对相应相的上、下层晶体管进行通断控制。

也就是说，若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第一供给电流模式(H，L，H)和第二供给电流模式(H，L，L)，如图8k至8m所示，那么Uu信号形成单元35输出第一控制信号Uu，该信号如图8i所示在此刻处于高电平。

类似地，若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第四供给电流模式(L，H，L)和第五供给电流模式(L，H，H)，如图8k至8m所示，则Ui信号形成单元36输出第二控制信号Ui，如图8s所示该信号在比期间处于高电平。

若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第三供给电流模式(H，H，L)和第四织给电流模式(L，H，L)，如图8k至8m所示，则Vu信号形成单元37输出第三控制信号Vu，如图8t所示，该信号在比期间处于高电平。若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第一供给电流模式(H，L，H)和第六供给电流模式(L，L，H)如图8k至8m所示，则Vi信号形成单元38输出第四控制信号Vi，如图8a所示该信号在比期间处于高电平。

若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第五供给电流模式(L，H，H)和第六供给电流模式(L，L，H)，如图8k至8m所示，则Wu信号形成单元39输出第五控制信号Wu，如图8v所示该信号在此期间处于高电平。若提供给译码单元29的反向电动势电压Ures，Vres和Wres是第二供给电流模式(H，L，L)和第三供给电流模式(H，H，L)如图8k至8m所示，则Wi信号形成单元40输出第六控制信号Wi如图8w所示该信号在此期间处于高电平。

这样形成的控制信号Uu至Wi，被提供给输出控制器30，该控制器将在下面予以说明。

第一或门29a取Vu信号形成单元37的与门37b和Wu信号形成单元39的与门39a的输出信号的逻辑和，该逻辑和形成第三掩蔽信号Mask3-U，如图80所示在反向电动势电压Ures变化期间的一个预定周期内，该信号取高电平。这个第三掩蔽信号被馈送给三相逻辑单元28。

第二或门29b取Uu信号形成单元35的与门35a和Wu信号形成单元39的与门39b的输出信号的逻辑和，形成第三掩蔽信号Mask3-V，如图8p所示，在反向电动势Vres变化时刻的一个预定周期内该信号取高电平。这个第三掩蔽信号被馈送给三相逻辑单元28。

第三或门29e取Vu信号形成单元37的与门37a和Uu信号形成单元35的与门35b的输出信号的逻辑和，形成第三掩蔽信号Mask3-W，如图8q所示。这个第三掩蔽信号被馈送给三相逻辑单元28。

或门29a至29c就是这样依据供给电流的模式预测反向电动势电压Ures，Vres和Wres的那一个边沿即将在下一刻到来，并将该预测的边沿作为第三掩蔽信号(Mask3-U，Mask3-V，Mask3-W)送到三相逻辑单元28中。

下面参见图17，三相逻辑单元28具有一个U相采样电路45，用于对反向电动势电压U，V，和W中的电压U进行采样，其中反向电动势U，V和W图7中所示的比较器2的比较输出，和一个U相寄存器28i，用于保持U相采样电路45采集的反向电动势电压U。该三相逻辑单元28还包括一个寄存器控制电路46，用于当边沿检测器22检测到三相电机1反向转动时，通过来自该边沿检测器的倒相信号Invert使U相寄存器28i中的内容倒相，或者用于在转子转动失败的情况下，通过起动单元24来的步进信号Step使U相寄存器28i中的供给电流模式或步进到下一个模式。

该三相逻辑单元28同时包括一个V相采样电路47，用于对反向电动势电压V采样，和一个V相寄存器28j，用于保持由V相采样电路47采集的反向电动势电压V。三相逻辑单元28还包括一个V相寄存器控电路48，用于当检测到三相电机反向转动时，通过倒相信号(Invert)使V相寄存器28j的内容倒相，或者用于在转子转动失败情况下通过步进信号Step使V相寄存器28j中的供给电流模式步进到下一个模式。

该三相逻辑单元28还包括一个W相采样电路49和一个W相寄存器28k，前者用于对反向电动势电压W采样，后者用于保持前者的采样电压。该三相逻辑单元28同时还包括一个W相寄存器控制电路50，用于当检测到三相电机1反向转动时，通过倒相信号(Inbert)使W相寄存器28k的内容倒相，或者用于在转子转动失败的情况下，通过步进信号Step使W相寄存器28k中的供给电流模式步进到下一个模式。

该三相逻辑单元28还包括一个第一与门28a，它依据由译码单元29来的第三掩蔽信号(Mask3-U)和由时间延迟单元23来的信号Dalag T，对U相采样电路45的采样进行定时控制，和一个第二与门28b，它依据译码单元29来的第三掩蔽信号(Mask3-V)和延迟信号Delay T对V相采样电路47的采样进行定时控制。该三相逻辑单元28还包括一个第三与门28c，它依据译码单元29来的第三掩蔽信号(Mask3-W)和延迟信号Delay T对W相采样电路49的采样进行定时控制，和一个或门28g，用于控制寄存器控制电路46，48和50的步进操作。

所述采样电路45包括与门45a和45d，前者馈入反向电动势电压U，第一与门28a的输出和由倒相器45c来的或门28g的倒相输出，后者馈入由倒相器45c来的第一个与门28a的倒相输出，U相寄存器28i的输出和由倒相器45e来的或门289的倒相输出。

所述U相寄存器控制电路46包括与门46a和46b，前者馈入由倒相器46c来的W相寄存器28k的倒相输出，或门28g的输出和上述步进信号Step，后者馈入或门28g的输出和由倒相器46d来的U相寄存器28i的倒相输出。

采样电路47包括与门47a和47b，前者馈入反向电动势电压V，第二与门28b的输出和倒相器45c来的或门28g的倒相输出，后者馈入倒相器45d来的第二与门28b的倒相输出，V相寄存器28j的输出和倒相器47e来的或门28g的倒相输出。

所述V相寄存器控制电路48包括与门48a和48b，前者馈入倒相器48c来的U相寄存器28i的倒相输出，或门28g的输出和上述步进信号Step，后者馈入信号Invert，或门28g的输出和倒相器48d来的V相寄存器28j的倒相输出。

采样电路49包括与门49a和49b，前者馈入反向电动势W，第三与门28c的输出和倒相器49C来的或门28g的倒相输出，后者馈入经倒相器49d的第三与门28c的倒相输出，W相寄存器28k的输出和经倒相器49e的或门28g的倒相输出。

所述W相寄存器控制电路50包括与门50a和50b，前者馈入由倒相器50c来的V相寄存器28j的倒相输出，或门28g的输出和上述的步进信号Step，后者馈入信号Invert，或门28g的输出和倒相器50d来的W相寄存器28k的倒相输出。

三相逻辑单元28还包括第一或门28d和第二或门28e，前者用于取U相采样电路45的与门45a和45b的输出以及U相寄存器控制电路46的与门46a和46b的输出的逻辑和并将比结果信号提供给U相寄存器28i，后者用于取V相采样电路的与门47a和47b的输出及V相寄存器控制电路48的与门48a和48b的输出的逻辑和，并将比结果信号提供给V相寄存器28j。三相逻辑单元28还包括一个第三或门28f用于取W相采样电路48的与门49a和49b的输出以及W相寄存器控制电路50的与门50a和50b的输出的逻辑和，并将此结果信号提供给W相寄存器28K。

上述的三相逻辑单元28，在如图8i所示的被延迟30°电角的延迟信号Delay T和如图80至8q所示的第三掩蔽信号(Mask3-U，Mask3-W)重合的时间，通过采样电路45，47，和49对反向电动势电压U，V和W进行采样，并将产生的采样结果信号经或门28d至28f传送到寄存器28i至28k。这仅能在该相线圈的反向电动势电压已经变化的情况下进行。剩下的相线圈中的反向电动势电压由寄存器28i于28k进行保持。这样，除非象后面说明的那样提供信号Invert或信号Step，寄存器28i到28k将直接输出反向电动势电压Ures，Vres和Wres，亦即被保持的反向电动势电压U，V和W的采样输出。

若在与公共电压COM的跨零点上进行截获反向电动势电压U，V和W的操作，会出现下述不方便的情况，在电机起动或低速转动时，反向电动势电压的值是小的，电流有可能馈入不正确的相线圈，结果电机不能被起动或者使电机转速下降到停止旋转。用本电机驱动装置，反向电动势电压U，V和W是由延迟信号DelayT截获的，该信号在时间上比跨零点延迟30°电角，结果使反向电动势电压U，V和W可以被正确地截获。

若电流被馈入不合适的相线圈或电机转动停止，信号Flug不再如上面描述的那样送入起动单元24，而是由起动单元24的计数器24a至24e计数32个内部时钟脉冲，以便发出步进信号Step使进入下一个供给电流模式。

当馈入信号Step时，三相逻辑单元28将其寄存器控制电路46，48和50设置到操作状态，以便将由W相寄存器28k来的倒相信号，从U相寄存器控制电路46经倒相器46c提供给U相寄存器28i，以便将U相寄存器28i的倒相输出从V相寄存器控制电路48提供给V相寄存器28j，同时由倒相器50c来的寄存器28j的倒相输出，被从W相寄存器控制电路50提供给W相寄存器28k。

这样，寄存器28i到28k的每一个输出都可以被步进到下一个供给电流模式的输出。在三相电机1起动并停止提供步进信号Step以前，这种步进操作是连续进行的。这样可使电机在起动阶段被可靠的起动，用来改善电机的起动性能。

若边沿检测器22检测到电机正常转动的方向反转，将发出反转信号Invert。当馈入信号Invert时，三相逻辑单元28将使寄存器控制电路46，48和50设置到操作状态，以便使从U相寄存器28i来的倒相信号经倒相器46d再提供给U相寄存器28i，使V相寄存器28j的倒相输出经倒相器48d再提供给寄存器28j，和使W相寄存器28k的倒相输出经倒相器50d被再送入W相寄存器28k。

这就使寄存器28i到28k都能够被倒相到那些用于反向转动的寄存器中并以倒相状态输出。至今，被检测到的反向电动势电压和公共电压COM的比较输出是在倒相状态直接输出的，所以无法可靠地实现正确的电流供给时间。采用本发明的电机驱动装置，相应的反向电动势电压是在滞后跨零点后30°电角的时刻，通过信号Delay T进行抽样的，所以可以在正确的时间对相应的反向电动势采样，并且在反向转动期间通过寄存器28i至28k保持。由于在反向转动期间，寄存器28i至28k的内容极性可以依据信号Invert被倒相，并作为倒相信号输出，所以在反向转动期间，可以输出在正确时刻检测到的反向电动势电压Ures，Vres和Wres，这样在反向转动期间，能够以正确的电流供给时间对三相电机1实施控制。

由三相逻辑单元28形成的反向电动势电压Ures，Vres和Wres，被提供给译码器29，在此被分成从第一到第六，六种控制信号Vu至Wi，用于对相应相的上、下层晶体管进行通断控制。产生的控制信号送入输出控制器30。

参见图11，定时控制器27，保持全波整流电路3来的反向信号Reverse，由中心处理单元(CPU)形成的用于电机通断控制的电机通断控制信号(M-ON/OFF)，从PLL电路25来的系统时钟(PLL out)，其主时钟例如可以为500干赫，由振荡器26(主钟)，发出，以及由PWM电路7来的PWM信号(PWM in)，形成各种时间信号。

PLL电路25的构成，例如可以如图18所示，它通过相位比较器55，对由边沿检测器22来的信号SD Exor的相位和由电压控制振荡器57(VCO)来的系统时钟(PLL out)的相位进行比较，并由一个N分频计数器58将其频率分成系统时钟的1/8或1/16。相位比较器的输出经一低通滤波器56被馈送给VCO 57用来驱动VCO振荡。同时产生与提供给定时控制器27的信号SD Exor同步的信号PLL out。

参见图19，定时控制器包括一个第一计数器61a用于对振荡器26的两个主时钟频率计数，和一个第二计数器61b用于对第一计数器61a的两个计数输出Q1计数。定时控制器还包括一个与门62a用于取第一计数器61a的计数输出Q1和第二计数器61b的计数输出Q2的逻辑结果，以及一个第三计数器61c用于对与门62的两个输出计数。定时控制器还包括一个与门62b用于取计数输出Q1，Q2和第三计数器61c输出Q3的逻辑结果，以及一个第四计数器61d用于对与门62b的两个输出进行计数，并输出计数信号Q4。计数器61a至61d造成以16为基数的计数器，使得最终的计数器输出Q4具有主时钟频率的十六分之一的频率。

定时控制器27还具有与门64a，64b和64c，与门64a用于取计数输出Q1，Q3，Q4和经倒相器63b倒相的计数输出Q2的逻辑结果，与门64b用于取经倒相器63a倒相的计数输出Q1和计数输出Q2-Q4的逻辑结果，与门64c用于取计数输出Q1至Q4的逻辑结果。

定时控制器27还包括与门65a和65b，前者用于取由PWM电路7来的PWM信号(PWM in)和与门64b输出的逻辑结果，后者用于取经倒相器65c倒相的与门64b的输出和D触发器66输出的逻辑结果。定时控制器27还包括一个或门65d，用于取与门65a，65b输出的逻辑和，还有一D触发器66用于使或门65的输出主时钟同步。定时控制器27还包括一个或门68用于取D触发器66的输出和被反向的供电信号Rev的逻辑和，该供电信号是依据全波整流电路3的反向信号Rev在D输触发器74中形成的，或门68用于形成和输出一个制动信号(PWM，Short/Rev)用来在短制动和反向供电制动之间切换。

定时控制器27包括与门69a和69b，前者用于取电机通断控制信号(M ON/OFF)和与门64c输出的逻辑结果，后者用于取经倒相器69c倒相的与门64c的输出和D触发器70输出的逻辑结果。定时控制器27还包括一个或门69d用于取与门69a，69b输出的逻辑和，D触发器70用于使或门69d的输出与主钟同步。定时控制器27还包括一个与门71用于取D触发器70的输出和倒相器72f的倒相输出的逻辑结果，用于形成和输出一个防止直通电流的输出打开信号。

定时控制器27还具有与门72a和72b，前者用于取被倒相器72c倒相的D触发器74的反向信号Rev和D触发器75输出的逻辑结果，后者用于取D触发器74的反向信号和被倒相器72d倒相的D触发器75的输出的逻辑结果。定时控制器27还具有一个或门72e，用于取与门72a和72b输出的逻辑和，还有一倒相器72f用于将或门72e的输出倒相并提供给与门71。

定时控制器27还有与门73a 73b，前者用于取全波整流电路3来的反向信号和与门64输出的逻辑结果，后者用于取倒相器73c倒相的与门64a的输出和反向信号Rev的逻辑结果。定时控制器27还具有一个或门73d用于取与门73a和73b的逻辑结果，还有一D触发器74用于使或门73d的输出和时钟同步并产生反向信号Rev，以及一D触发器75用于使由D触发器74来的信号Rev与主钟同步。

定时控制器27还有一D触发器76用于使与门64b的输出与主时钟同步并形成锯齿波信号Saw Wave L，还有一倒相器77用于使信号Saw Wave L倒相并形成和输出信号Saw Wave H。信号SawWave L和Saw Wave H都被提供给PWM电路7。

定时检测器27还具有与门78a和78b，前者用于取PLL电路25来的信号PLL out和与门64c输出的逻辑结果，后者用于取被倒相器78c倒相的与门64c的输出和D触发器79输出的逻辑结果。定时控制器27还有一个或门78d用于取与门78a和78b的逻辑和，还有一D触发器79用于使或门78d的输出与主钟同步。

此外，定时控制器27还有一D触发器80用于使触发器79的输出与主时钟同步，并有一与门81a用于取D触发器79的输出和被倒相器81b倒相的触发器80输出的逻辑结果，并形成和输出用于检测反向电动势的信号PWM ON。定时控制器27还有一个倒相器81c用于使由与门81a来的信号PWM ON倒相，并形成和输出内部时钟信号。

在按上述布置的定时控制器27中，当主钟如图20a所示被提供给第一计数器61a，计数器61a计数两个主时钟频率形成一个计数输出Q1，所以其频率为主时钟的1/2，如图8b所示。Q1被馈给第二计数器61b，它计数两个Q1形成一个计数输出Q2，所以Q1频率为主钟的1/4，如图8c所示。计数输出Q2经与门62a馈入第三计数器61c，它计数两个Q2形成计数输出Q3，其频率为主钟的1/8，如图8d所示。计数输出Q3经与门62b被馈给第四计数器61d，它计数两个计数输出Q3形成计数输出Q4，其频率为主钟的1/16，如图8e所示。这些计数输出Q1至Q4被馈入与门64c。计数输出Q1被倒相器63a倒相后提供给与门64b。剩下的计数输出Q3至Q4被直接馈入与门64b。

通过用第一至第四计数器61a至61d对主钟分频，产生与主时钟同步的具有不同频率的计数输出Q1至Q4，这样产生了与主时钟同步的符合要求的定时信号。

与门64b取被倒相器63a倒相的计数输出Q和计数输出Q2至Q4的逻辑结果，并将比结果送入D触发器76。D触发器76使与门64b的输出与主钟同步，并当与门64b的输出变低时输出信号Saw Wave L。然后将该信号送入倒相器77。倒相器77将信号Saw Wave L倒相并在与门64b变高时输出信号Saw Wave H。信号Saw Wave L和Saw WaveH作为一个信号Saw Wave Timing提供给图7中所示的PWM电路7，该信号Saw Wave Timing如图20f所示，具有从计数输出Q4的下陷边算起的一个主钟脉冲宽的下降宽度。

所述PWM电路7具有一个锯齿波发生部分，当被提供信号SawWave Timing，就产生锯齿波，如图20g所示该锯齿缺口在信号SawWave Timing脉宽间。该锯齿波的频率具有与主时钟周期1/16相等的周期。该PWM电路7将锯齿波和如图4g所示的比较器4的比较输出Verr相比较，并将比较结果作为信号PWM In(表示在图20k)，如图11所示送入输出控制器30和如图17所示送入与门65a。PWM电路7的比较操作表明比较输出Verr是被信号Saw Wave Timing进行过PWM调制的。

与门64c取计数输出Q1至Q4的逻辑结果并形成和输出一个同步定时信号Synchronous Timing，该信号在每计数16个主钟脉冲出现高电平一次，如图20h所示每次高电平的计数值为1。

倒相器78c，与门78a，78b，D触发器79，80，倒相器81b和与门81a通过同步定时信号使从PLL电路25来的信号PLL out同步，如图20i所示。这样，在信号PWM in的脉宽成为最小的时刻，亦即在主钟脉冲计数值成为1的时到，信号PWM on达到高电平并持续一个内部时钟脉冲周期，如图20g和20k所示，然后经与门81a被输出如图20i所示的波形。这个信号PWM on在周期上限定了PWM，并被提供给以后将说明的输出控制器30和用于对反向电动势电压采样和保持。

信号PWM on还被提供给倒相器81c，信号PWM on被倒相后形成内部时钟脉冲，如图20j所示。这样产生的内部时钟脉冲被送到掩蔽电路21，边沿检测器22，时间延迟单元23，起动单元24和之相逻辑这28。

信号PWM on和内部时钟脉冲的脉宽被设置成(其速度)可以被反向电动势电压比较器2(图1)跟随。

当三相电机1的转速比预定的值快时，由例如伺服控制系统来的旋转伺服信号变成负输入用于降低转速，全波整流电路3输出如图21i所示的反向信号Reverse。这个反向信号，安排用于通过在相反方向供给电流对三相电机1施加旋转制动，被同与门64a的输出一起提供给与门73a。

与门73a和73b，倒相器73c，或门73d和D触发器74形成信号Rev，该信号如图21a所示与从反向信号起计数16个主时钟脉冲的时刻同步，并被送到输出控制器30。该信号Rev与图21g所示的锯齿波的最大振幅点同步。

从D触发器74来的信号Rev被馈入D触发器75，倒相器67和72c，并输入与门72b。D触发器75使信号Rev和主钟时同步并将同步信号Rev经与门72a和倒相器72d传送到与门72b。

计数输出Q1至Q4的时刻，信号Saw Wave Timing和信号PWMin的时间如图21b至21f所示。

该信号Rev是用于在反方向对三相电机1施加电流的信号，用来对相线圈1U，1V和1W提供电源电压的上、下层晶体管进行通断控制。若上、下层晶体管被信号Rev实施通断控制，由于晶体管的开关速度不同，两个晶体管可能被同时打开并在此状态下保持一段时间。此时，直通电流通过两个晶体管。检测到的这两个晶体管的电流值作为提供给相应相线圈1U，1V和1W的电流值，并在比较器4中形成比较输出Verr。所以，这样的直通电流妨碍了对三相电机1实施正确的旋转控制。在这样情况下，定时控制器27产生一个输出打开信号Output Open用来将两个晶体同时关闭，以禁止直通电流的产生。

亦即，与门69a，69b，倒相器69c，或门69d，D触发器70，与门71，72a，72b，倒相器72c，72d，或门72e和倒相器72f，依据CPU来的电机通断控制信号(M ON/OFF)和信号Rev，同时用主频对信号Rev进行微分，用于产生一个信号Output Open，该信号在信号Rev的上升或下降时刻达到脉宽为两个生频的高电平。该信号Output Open被提供给输出控制器30。

在本实施例的电机驱动装置中，双极型晶体管被用于上、下层晶体管。所以，信号Output Open的脉宽被设置在，例如2-4微秒，相应于两个主频脉冲，这样就保持了双极型晶体管的特性。

定时控制器27，通过与门65a，65b，倒相器65c，或门65d，D触发器66，对信号Rev倒相的倒相器67，和或门68，在如图22a所示的计数16个主频脉冲的时刻，对由PWM电路7来的如图22h所示的信号PWM in进行采样，形成如图22i所示的用于对三相电机1进行制动控制的信号PWM倒相的Short/Rev，并将此信号送到输出控制器30。当该信号PWM倒相Short/Rev处于低电平，对电机施加短制动，该制动是通过使用电机旋转电流产生反力矩的制动，若信号PWM倒相Short/Rev处于高电平，对电机施加反向供电制动，该制动是通过从电机外部向电机强制流入电流产生反力矩的。

参见图23，输出控制器30包括一个Uu信号形成单元85，一个Ui信号形成单元86，一个Vu信号形成单元87，一个Vi信号形成单元88，一个Wu信号形成单元89一个Wi信号形成单元90，被输入由译码单元29来的第一至第六控制信号Uu至Wi来的第一至第六检测信号Uu，Wi，对这些信号进行译码并输出译码信号，倒相器30a用于对定时控制器27来的信号Rev进行倒相并输出倒相信号，一个或门30b用于取信号PWM in和PWM on的逻辑和，一个倒相器30c用于将信号OutputOpen倒相并输出倒相信号，一个或门30d用于取信号PWM on和信号PWM倒相Short/Rev的逻辑和，在第一至第六控制信号Uu至Wi的输出级还相应地具有与门91a，91b，92a，92b，93a和93b。

所述Un信号形成单元85包括与门85a和85b，前者用于取译码单元29来的第一控制信号Uu和经倒相器30a倒相的信号Rev的逻辑结果，后者用于取信号Rev和译码单元29来的第二控制号Ui的逻辑结果，还包括一个或门85c用于取与门85a和85b输出的逻辑和。

所述Ui信号形成单元86包括与门86a，86b和一个或门86c，与门86a用于取信号Rev和译码单元29来的第一控制信号Uu的逻辑结果，与门86b用于取译码单元29来的第二控制信号和由倒相器30a来的信号Rev的逻辑结果，或门86c用于与门86a和86b的输出的逻辑和。

所述Vu信号形成单元87包括与门87a，87b和一个或门87c，与门87a用于取译码单元29来的第三控制信号Vu和经倒相器30a的信号Rev的逻辑结果，与门87b用于取信号Rev和由译码单元29来的第四控制信号Vi的逻辑结果，或门87c用于取与门87a，87b输出的逻辑和。

所述Vi信号形成单元88包括与门88a，88b和一个或门88c，与门88a用于取信号Rev和译码单元29来的第三控制信号Vu的逻辑结果，与门88b用于取译码单元29来的第四控制信号Vi和由倒相器30a来的信号Rev的逻辑结果，或门88c用于取与门88a和88b输出的逻辑和。

所述Wu信号形成单元89包括与门89a，89b和一个或门89c，与门89a用于取样译码单元29来的第五控制信号Wu和经倒相器30a的信号Rev的逻辑结果，与门89b用于取信号Rev和译码单元29来的第六控制信号Wi的逻辑结果，或门89c用于取与门89a，89b的输出的逻辑和。

所述Wi信号形成单元90包括与门90a，90b和一个或门90c，与门90a用于取信号Rev和译码单元29来的第五控制信号Wu的逻辑结果，与门90b用于取译码单元29来的第六控制信号Wi和倒相器30a来的信号Rev的逻辑结果，或门90c用于取与门90a，90b输出的逻辑和。

上述与门91a取Uu信号形成单元85的或门85c的输出，倒相器30c和或门30d输出的逻辑结果用于输出第一控制信Uu，同时所述与门91b取Ui信号形成单元86的或门86c的输出，倒相器30c和或门30b输出的逻辑结果用于输出第二控制信号Ui。

所述与门92a取Vu信号形成单元87的或门87c的输出，倒相器30c和或门30d输出的逻辑结果用于输出第三控制Vu，同时所述与门92b取Vi信号形成单元88的或门88c的输出，倒相器30c和或门30b输出的逻辑结果用于输出第四控制信号Vi。

所述与门93a取Wu信号形成单元89的或门89c的输出，倒相器30c和或门30d输出的逻辑结果用于输出第五控制信号Wu，同时所述与门93b取Wi信号形成单元90的或门90c的输出，倒相器30c和或门30b输出的逻辑结果用于输出第六控制信号Wi。

上述输出控制器30在与门91a，91b，92a，92b，93a，93b中，依据PWM电路7来的信号PWM In,对第一至第六控制信号进行PWM调制或输出调制过的信号。输出控制器30还对用于检测相线圈1U，1V和1W中的反向电动势电压的信号PWM on，用于禁止直通电流的信号OutputOpen，为阻止直通电流用于在短制动和反向供电制动之间切换的信号PWM倒相Short/Rev，和用于施加反向电流的信号Rev进行调制，并输出这些调制过的信号。

这些第一至第六控制信号Uu到Wi，以及信号PWM on，OutputOpen，PWM倒相Short/Rev和Rev都被送入驱动电路10，如图7所示。

驱动电路10包括缓冲放大器94a至95f和电阻95a至95f，放大器用于以预定的增益对输出控制器30来的第一到第六控制信号Uu至Wi，以及信号PWM on，Output Open，PWM倒相Short/Rev和Rev进行放大，电阻为这些缓冲放大器的输出级提供相应的电流出口，如图24所示。

驱动单元10包括一个用于第一控制信号Uu的上层晶体管96a，它的基极与电阻95a相接，还包括一个用于第二控制信号Ui的下层晶体管96b它的基极与电阻95b相接。驱动单元10还包括一个用于第三控制信号Vu的上层晶体管97a其基极与电阻95c相连，以及个下层晶体管97b用于控制第四控制信号Vi，其基极与电阻95d相连。驱动单元10还包括一个用于第五控制信号Wu的的上层晶体管98a，其基极与电阻95e相连，以及一个用于第六控制信号的下层晶体管98b，其基极与电阻95f相接。

上层晶体管96a，97和97c的集电极被接到电源电压Vcc上，而下层晶体管96b，97b和98b的发射极被连到电流检测电阻11上，用于检测三相电机1相应相线圈1U，1V和1W的供给电机流。上层晶体管96a，97a和98a的发射极和下层晶体管96b，97b，98b的集电极相连。供给三相电机1相线圈1U，1V和1W的驱动电压就从上、下层晶体管的连结点上取出。

若馈入第一至第六控制信号，驱动单元10与其响应对上层晶体管96a，97a，98a和下层晶体管96b，97b，98b进行通断控制。在上述的上、下层晶体管的连结点上取出与上、下层晶体管的通断控制相应的电源电压Vcc，将其作为驱动电压U，V和W提供的三相电机1相应的相线圈1U，1V和1W，如图7所示。

提供给相线圈1U，1V和1W的驱动电流由电流检测电阻11以电压形式进行测量。电流检测电阻流量到的驱动电压，该由电阻5和电容器6构成的积分电路积分，然后提供给比较器4。比较器4将该积分的驱动电压不同参照值Vrec进行比较，并将比较输出Verr送入PWM电路7。该PWM电路7把依据信号Saw Wave Timing形成的锯齿波同上述比较输出Verr进行比较，并把比较结果作为PWM in信号(PWM的载波)送入逻辑单元9。这使得在逻辑单元9中能够形成响应PWM In信号的第一至第六控制信号，用于对三相电机1进行直接PWM驱动，亦即通过PWM In信号对三相电机1进行直接旋转驱动。此外，由于依据相线圈1U，1V和1W产生的反向电动势电压，可以检测出转子的旋转位置，对相线圈1U，1V和1W的供给电流状态进行切换，所以可以在没有旋转位置检测装置，诸如霍尔元件的情况下，实现对三相电机1的旋转控制(无传感器驱动)。

下面将对本实施例的电机驱动装置的整个操作过程进行详细的说明。在正常转动期间，图5a所示的反向电动势电压Uin，Vin和Win，在比较器2中同公共电压COM进行比较，形成如图5b至5d所示的比较输出U，V和W。该比较输出U，V和W被提供给逻辑单元9。该逻辑单元取比较输出的异或值形成如图8f所示的Exor信号。由于在电流供给时间的时间段上反扫噪声是叠加在Exor上的，逻辑单元9通过在反扫噪声产生时间(电流供给切换时间)形成的，预置脉宽的，如图8j所示的第一掩蔽信号掩蔽反扫噪声，以便形成如图8f所示的信号MaskedExor。

然后，逻辑单元9使用图8h所示的内部时钟脉冲对信号MaskedExor进行同步微分，以便形成图8g所示的信号SD Exor。使用SDExor信号作为起动信号，使逻辑单元9形成信号Delag T，如图8i所示它在时间上延迟30°电角，并对比较器2来的比较输出U，V和W之一进行采样，用于形成信号Ures，Vres和Wres。这些信号Ures，Vres和Wres由寄存器28i，28j和28k保存。此时，仅对那些其反向电动势电压要被截获的相通过一个第三掩蔽信号进行采样和保持，该第三掩蔽信号如图8o到8q所示，它是通过对信号Ures，Vres和Wres译码形成的。

译码单元29然后把信号Ures，Vres和Wres形成如图8r至8w所示的驱动电压Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi，用于对相应相的上、下层晶体管进行通断控制，并将该驱动电压送到输出控制器30。该输出控制器30把信号Rev，Qutput Open，PWM On，和PWM倒相Short/Rev叠加到驱动电压Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi上，以便将叠加的信号提供给驱动单元10。该驱动单元10通过驱动电压Uu，Ui，Vu，Vi，Wu和Wi对相应相的上、下层晶体管进行通断控制，形成驱动电压U，V和W，驱动三相电机1运转。

下面对正常旋转期间PWM的操作过程进行说明。如图25a所示，Uin，Vin和Win是由三相电机1的相线圈1U，1V和1W产生的反向电动势电压。其中的反向电动势电压Win被放大显示在图25b中。在直接PWM驱动中，反向电动势电压Win，被如图25d，25e，25f所示的相应的信号Saw Wave Timing，锯齿波Saw Wave和由比较器4的比较输出Verr形成的信号PWM In(PWM Carrier)所中断，同时，比较器2的比较输出W(和U，V)如图25g所示也被中断。

当信号PWM In导通，如图25c所示反向电动势电压Uin，Vin和Win被显露，若信号PWM In断开W相的端电压(以及U相和V相的端电压)降到负电电平，同时公共电压COM降到地电平。所以，若PWM In信号关闭，反向电动势电压就不能检测。换言之，若信号PWM In开通，反的电动势电压就成为可测量的。

这样，如上所述的通过在信号PWM In的最小脉宽位置进行同步微分，定时控制器27形成如图25h所示的内部时钟脉冲。这个内部时钟脉冲是同信号PWM In的导通区是同步的。采用内部时钟脉冲，对图25g中的比较输出U，V和W采样。采样输出如图11所示由W相寄存器28k(以及寄存器28i和28j)采样保持，并作为输出发出。

在这种方式中，即使比较输出W(以及U和V)被信号PWM In中断，仍能形成如图25i所示的无中断的比较输出W(W相寄存器28k的输出Wres)。这使得对反向电动势电压Uin，Vin和Win的检测，即使在进行PWM驱动下仍能进行，这样使直接PWM驱动，即使在如本电机驱动装置的无传感器电机驱动装置中都成为可行的驱动。这样就能省去用来将信号PWM In转换成电压信号的电压转换电路。此外，还可消除在起动期间可能妨碍转动的自激振荡，改善起动性能。

由于反向电动势电压Uin，Vin和Win是依据信号Delay T采样的，所以采样可以在反向电动势电压Uin，Vin和Win和公共电压COM的跨零点上以后的一个预定时间的位置上进行。这样与假如只在跨零点截获反向电动势电压相比，就允许有更多的位置来截荻反向电动势电压，这样能使电机更平滑的旋转起动。

若通过上述采样不能检测到反向电动势电压，亦即三相电机不能被转动，则信号Step将使电流供给模式进一级，用来强制起动三相电机1。

此外，由于反扫噪声被第一掩蔽信号掩蔽并形成Exor信号，所以可以正确地检测到有关反向电动势电压和公共电压的跨零点，正确地截获反向电动势电压，防止反扫噪声引起的不正确起动。因为反扫噪声通过上述的掩蔽被消除，所以用于消除反扫噪声的滤波电路可以省去。由于省去了电压变换电路和滤波器，该电机驱动装置就可能通过减少部件和简化结构降低成本。

此外，由于电流供给模式，这将在下面说明，是依据现行的电流供给模式预测得到的，所以若实际检测到的电流供给模式与预测的不同，那么寄存器28i到28k的内容将被信号Invert倒相，并且输出倒相信号，响应现行的转动方向实施正确的电流供给。这样，电机不会有在现行旋转方向的反方向被驱动的危险。

图26所示从正常旋转控制切换到反向供电制动情况时的信号随时间变化情况。

如果全波整流电路3输出反向信号，如上所述在此反向信号的基础上将形成如图26b所示的信号Rev。这时控制被切换到反向供电制动，电机被馈入反向电流并借此被制动。在这个反向供电制动期间各部分的操作未被改变，仍然如在上述正常旋转期间一样，信号情况如图26c至26x和27a至27w所示。同时，PWM操作也未改变，其信号如图28a至28i所示和上述的正常旋转期间一样。

这样，当反向电动势电压变化的时刻，仅仅通过反向电动势电压已在变化相的反向电动势电压采样，并通过寄存器28i至28k进行采样保持，就能在正常供电时刻施加反向供电制动。

同时，通过在计数16个如图22a的示的主时钟脉冲的时刻，亦即在脉宽调制的脉宽变成最大的时刻，对图22h所示的PWM In信号采样，就可以实施短制动与反向供电制动之间的切换。当如图22i所示的信号PWM倒相Short/Rev，即PWM In的采样输出，处于低电平或高电平时，就可以相应地施加短制动或反向供电制动。

下面参考用于信号Uu的上层晶体管96a，用于信号Ui的下层晶体管96b，用于信号Vu的上层晶体管97a和用于信号Vi的下层晶体管97b进行说明。在短制动期间，从V相线圈1V流出的电流如图29中实线所示，通过V相下层晶体管97b，电流检测电阻11并在被返回U相线圈1U以前通过二极管Du。这样就实现了短制动。

在反向供电制动期间，如图29中虚线所示，电源电压Vcc来的电流在返回电源以前，经过用于Uu信号的晶体管96a，穿过U相线圈1U，V相线圈1V，用于信号Vi的下层晶体管97b和电流检测电阻11。在两种情况下，由于电流都流过电流检测电阻11，所以上述的电流制动都是可行的。

所述检测制动是一种无源制动系统，它通过使用对电机实施旋转控制的电流产生反向力矩，而反向供电制动是一种有源制动，它通过从外部向电机强制供给电流来产生反向力矩。在本实施例的电机驱动装置中，这两种不同特性的制动系统可以借助信号PWM倒相Short/Rev进行平滑的切换，其方式是首先使用短制动逐渐地施加制动降低转速，在PWM的脉宽变成最大时再通过反向供电制动施加强有力的制动，借此较快地降低转速。这样就改善了操作的线性度和旋转伺服中要求改善的诸如快速伺服锁定等响应特性。

在如图24所示的驱动单元10中，被第一至第六控制信号Uu至Wi通断控制的相应层的晶体管96a，96b，97a，97b，98a，和98b，是逐渐关断的。虽然只有打开这些晶体管同样是逐渐地才合乎要求，但实际上这种双极型晶体管只在关闭时是这样。这样，上、下层晶体管可能被同时打开并维持在打开状态，这样，电压源Vcc来的电流在此时就流过这些上、下层晶体管并进入电流检测电阻11。这种直通电流妨碍电机驱动装置正确地电流控制。

为了防止直通电流，定时控制器27形成信号Rev，如图21j所示，该信号与计数16个如图21a所示的主时钟脉冲的时刻同步，并且是依据如图21i所示的用于施加反向供电制动的反向信号产生的。该信号Rev在PWM的最大脉宽位置被同步微分，形成如图21k所示的信号Output Open。这个Output Open信号被叠加在上述的第一至第六控制信号上，以便提供给相应层的晶体管96a，96b，97a，97b，98a和98b。

在这种方式中，当信号Output Open处于高电平时，在短制动和反向供电制动期间，上、下层晶体管被强制关断，这样就防止了直通电流。保证实施正确地电流驱动。

尽管上述实施例的电机驱动装置结构是用于三相电机1的驱动控制，它也可以用于其它多相电机，例如二相电机或四相电机的旋转驱动装置。此外，在上述实施例中，主时钟脉冲的频率为500千赫，并以计数16个这种脉冲的周期形成各种定时信号。然而，这也可以根据设计参数加以改变。此外，在本发明的技术范围内还可以作出许多其它改进。

Claims (10)

1.一种电机驱动装置，其特征在于包括：

比较装置，分别连接于一个多相电机的各相线圈和一逻辑单元之间，用于将多相电机的各个相应相中呈现的每个反向电动势电压同一个公共电压，即该电机中性点上的电压进行比较；

脉宽调制装置，用于输出脉宽调制信号，这些信号用于依据所述电机的一个由外部提供的旋转误差信号对所述电机进行旋转驱动；

最小脉宽检测装置，用于检测由所述脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽位置；

采样保持装置，用于在所述最小脉宽检测装置检测所述脉宽调制信号的最小脉宽的时间内，对所述比较装置的比较输出进行采样保持；

以及电机驱动装置，用于依据所述采样保持装置来的每一个采样保持输出对电机进行旋转驱动。

2.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述的采样保持装置包括异或检测装置，用于检测所述比较器装置的比较输出的异或值；

掩蔽处理装置，用于检测相应相的供电切换时间，形成一个在检测时间内预定脉宽的掩蔽信号，并在所述相应相的供电切换时间内通过所述掩蔽信号消除叠加在所述异或检测装置的异或输出上的反扫噪声，并输出一个最终形成的掩蔽处理信号，

边沿检测装置，用于检测所述掩蔽处理装置的掩蔽处理输出的上升和下降边；

采样装置，用于依据所述边沿检测装置的边沿检测输出，对所述比较装置的比较输出采样；以及

保持装置，用于对所述采样装置的采样输出进行采样保持，但反向电动势电压被截获的相除外。

3.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括延迟装置，用于对所述边沿检测装置的边沿检测输出延迟一个预定的时间以后，进行再延迟操作，依据所述延迟装置的延迟输出所述采样装置对所述比较器装置的每一个比较输出采样，并向所述保持装置提供被采样的比较输出。

4.如权利要求3所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括供电状态切换控制装置，用于检测所述边沿检测装置的一个边沿检测输出或所述延迟装置的一个延迟输出是否被提供，若所述边沿检测输出或所述延迟输出未在预定时间内提供，则改变所述保持装置的内容，用于实现对电机每相供电状态的切换控制。

5.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，所述的边沿检测装置检测所述掩蔽处理装置的掩蔽处理输出的上升边和下降边，所述的边沿检测装置检测现行的供电状态，并依据该状态预测下一个被提供的掩蔽处理输出的边沿是上升边，还是下降边，所述的供电状态切换控制装置在所述的边沿检测装置检测到的边沿不是预测的边沿的情况下，把所述保持装置的输出倒相，以实现对每个相的供电状态切换控制。

6.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括：

反向信号输出装置，用于输出一个反向信号，该信号用于对电机施加一种反向供电制动，这种制动是依据所述由外部提供的电机旋转误差信号通过向电机通入电流来产生反向力矩的；

受影响相检测装置，在被馈入由所述反向信号输出装置的反向信号情况下，用于检测反向电动势电压发生变化的相，这种变化是根据被所述采样保持装置采样的每个比较输出发生的；

且所述采样保持装置，保持某个相的比较输出，这个相不是被所述的受影响相检测装置检测出的反向电动势电压产生变化的相。

7.如权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括最大脉宽检测装置，用于检测所述脉宽调制装置的脉宽调制信号的最大脉宽的位置，并在控制最大脉宽期间对所述比较器的比较输出采样，在所述最大脉宽检测装置检测到脉宽信号的最大脉宽以前，所述电机驱动装置通过在所述电机中产生反向力矩的短制动来制动电机，在检测到所述脉宽调制信号的最大脉宽时，所述电机驱动装置通过反向供电制动来制动电机。

8.一个无传感器系统的电机驱动装置，根据多相电机各相呈现的各个反向电动势来检测多相转子的位置，并响应检测的结果对各相的上、下层晶体管进行通断控制，以切换各相的供电状态，对电机进行旋转驱动，其特征在于，该装置包括：

切换时间检测装置，用于检测旋转方向的切换时间；和

控制装置，用于在一个预定的时间内同步地关闭各相的上、下层晶体管，所述预定时间是在所述切换时间检测装置检测到的旋转方向切换时间段上。

9.如权利要求8所述的电机驱动装置，其特征在于，还包括：比较装置，用于将一个多相电机有关相中呈现的反向电动势电压同一个公共电压即所述多相电机中性点的电压进行比较，脉宽调制装置，用于输出脉宽调制信号，该信号用于依据电机转动误差信号对所述电机进行旋转驱动，最小脉宽检测装置，用于检测由所述脉宽调制装置来的脉宽调制信号的最小脉宽的位置，采样保持装置，用于在所述最小脉宽检测装置检测所述脉宽调制信号的最小脉宽的时段上，对所述比较器的比较输出进行采样保持，和电机驱动装置，用于形成各相的控制信号，并依据所述的采样保持装置的每个采样保持输出对上、下层晶体管进行通断驱动。

10.如权利要求9所述的电机驱动装置，其特征在于，所述的切换时间检测装置检测所述脉宽调制信号最大脉宽的位置，用以检测转动位置的切换时间。

Images