專利名稱：無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是關(guān)于一種馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，尤其關(guān)于一種用于驅(qū)動(dòng)無刷馬達(dá)的馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置。
背景技術(shù)：
圖1(a)顯示現(xiàn)有的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的電路方框圖。參照圖1(a)，馬達(dá)M為具有三相線圈U、V、與W的三相直流無刷馬達(dá)?；魻柛袦y電路11設(shè)置于馬達(dá)M周圍，用以檢測馬達(dá)M的轉(zhuǎn)子位置，從而產(chǎn)生三個(gè)位置檢測信號HU、HV、與HW。響應(yīng)于位置檢測信號HU、HV、與HW，信號合成電路12產(chǎn)生三個(gè)驅(qū)動(dòng)弦波信號SU、SV、與SW。隨后，驅(qū)動(dòng)弦波信號SU、SV、與SW輸入脈沖寬度調(diào)制(PWM)比較電路13，用以個(gè)別獨(dú)立地對于振蕩電路14所產(chǎn)生的高頻三角波信號T進(jìn)行比較?；隍?qū)動(dòng)弦波信號SU、SV、與SW及高頻三角波信號T間的比較，PWM比較電路13產(chǎn)生三個(gè)脈沖信號PU、PV、與PW，分別供應(yīng)至三個(gè)預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路(Pre-driver)N1、N2、與N3。響應(yīng)于脈沖信號PU，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N1產(chǎn)生切換信號UH與UL。響應(yīng)于脈沖信號PV，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N2產(chǎn)生切換信號VH與VL。響應(yīng)于脈沖信號PW，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N3產(chǎn)生切換信號WH與WL。
三相切換電路15具有開關(guān)S1與S2、開關(guān)S3與S4、以及開關(guān)S5與S6，分別受到切換信號UH與UL、VH與VL、以及WH與WL所控制。當(dāng)開關(guān)S1形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈U，而當(dāng)開關(guān)S2形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈U流向地面電位。當(dāng)開關(guān)S3形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈V，而當(dāng)開關(guān)S4形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈V流向地。當(dāng)開關(guān)S5形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈W，而當(dāng)開關(guān)S6形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈W流向地。
為了檢測馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im，串聯(lián)電阻Rs設(shè)置于開關(guān)S2、S4、與S6的共同連接點(diǎn)與地之間。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im流經(jīng)串聯(lián)電阻Rs所造成的電位差提供至誤差放大電路EA的反相輸入端，作為負(fù)反饋。誤差放大電路EA比較代表馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im的電位差與電流命令信號Icom，而產(chǎn)生電流誤差信號Ierr。信號合成電路12依據(jù)電流誤差信號Ierr而調(diào)整驅(qū)動(dòng)弦波信號SU、SV、與SW的振幅。
圖1(b)顯示現(xiàn)有的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的操作的波形時(shí)序圖。由于馬達(dá)M的三相線圈U、V、與W的每一相是以類似的波形進(jìn)行操作，故為簡化說明起見，圖1(b)僅顯示關(guān)聯(lián)于馬達(dá)M的線圈在操作時(shí)的波形時(shí)序圖。參照圖1(b)，驅(qū)動(dòng)弦波信號SU與高頻三角波信號T經(jīng)過PWM比較電路13后產(chǎn)生脈沖信號PU。具體而言，脈沖信號PU的高電平對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)弦波信號SU大于高頻三角波信號T的情況，而脈沖信號PU的低電平則對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)弦波信號SU小于高頻三角波信號T的情況。響應(yīng)于脈沖信號PU，預(yù)驅(qū)動(dòng)電路N1產(chǎn)生切換信號UH與UL，用以分別控制開關(guān)S1與S2。
為了使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im被調(diào)節(jié)成等于電流命令信號Icom，誤差放大電路EA輸出電流誤差信號Ierr至信號合成電路12，用以調(diào)整驅(qū)動(dòng)弦波信號SU的振幅。舉例而言，當(dāng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im小于電流命令信號Icom時(shí)，電流誤差信號Ierr控制信號合成電路12，使得驅(qū)動(dòng)弦波信號SU的振幅變大成為驅(qū)動(dòng)弦波信號SU’。從圖1(b)可清楚看出，振幅較大的驅(qū)動(dòng)弦波信號SU’使得PWM比較電路13產(chǎn)生工作比較大的脈沖信號PU’。響應(yīng)于工作比較大的脈沖信號PU’，三相切換電路15使馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im增加，以更接近電流命令信號Icom。
然而，在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im與電流命令信號Icom兩者差距太大的情況下，例如馬達(dá)M剛開始激活時(shí)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im幾乎為零，信號合成電路12為了響應(yīng)極大的電流誤差信號Ierr甚至可能產(chǎn)生振幅超過高頻三角波信號T的驅(qū)動(dòng)弦波信號SU”。結(jié)果，PWM比較電路13產(chǎn)生頻率低于高頻三角波信號T的脈沖信號PU”。此種低頻率脈沖信號PU”造成馬達(dá)轉(zhuǎn)矩漣波過大，以及馬達(dá)運(yùn)轉(zhuǎn)不流暢的缺點(diǎn)。再者，低頻率脈沖信號PU”以相當(dāng)長的時(shí)間持續(xù)處于高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)，導(dǎo)致三相切換電路15長時(shí)間維持于供應(yīng)或不供應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im的操作狀態(tài)。長時(shí)間供應(yīng)馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可能燒毀馬達(dá)M與三相切換電路15，或因溫度過高而觸發(fā)保護(hù)機(jī)制強(qiáng)制關(guān)閉電路的操作。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于前述問題，本發(fā)明的一目的在于提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，可限制脈沖信號的工作比。
本發(fā)明的另一目的在于提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，防止低頻率的脈沖信號產(chǎn)生。
本發(fā)明的又一目的在于提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，防止脈沖信號長時(shí)間持續(xù)處于高電平狀態(tài)或低電平狀態(tài)。
依據(jù)本發(fā)明的一方面，提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有一比較電路與一工作比限制電路。比較電路用于比較一驅(qū)動(dòng)信號與一參考信號而產(chǎn)生一脈沖信號。工作比限制電路包括有一第一電路、一第二電路、一第一邏輯電路、與一第二邏輯電路。第一電路產(chǎn)生一第一半周工作比限制信號。第二電路產(chǎn)生一第二半周工作比限制信號。第一邏輯電路使該脈沖信號的工作比受到該第一半周工作比限制信號的限制，而產(chǎn)生一輸出信號。第二邏輯電路使該第一邏輯電路的該輸出信號的工作比受到該第二半周工作比限制信號的限制。
依據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有一比較電路與一工作比限制電路。比較電路由至少一個(gè)三輸入端比較器所實(shí)施，用以比較一驅(qū)動(dòng)信號、一參考信號、與一第一半周限制級(level)，而產(chǎn)生一脈沖信號，使得該脈沖信號的第一半周的工作比受到限制。工作比限制電路設(shè)有一電路以及一邏輯電路。該電路產(chǎn)生一第二半周工作比限制信號。邏輯電路使該脈沖信號的第二半周的工作比受到該第二半周工作比限制信號的限制。
依據(jù)本發(fā)明的又一方面，提供一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，設(shè)有一比較電路與一工作比限制電路。比較電路由至少一個(gè)第一三輸入端比較器與至少一個(gè)第二三輸入端比較器所實(shí)施。第一三輸入端比較器用以比較一驅(qū)動(dòng)信號、一參考信號、與一第一半周限制級，而產(chǎn)生一第一脈沖信號，使得該第一脈沖信號的第一半周的工作比受到限制。第二三輸入端比較器用以比較該驅(qū)動(dòng)信號、該參考信號、與一第二半周限制級，而產(chǎn)生一第二脈沖信號，使得該第二脈沖信號的第二半周的工作比受到限制。工作比限制電路在該驅(qū)動(dòng)信號處于該第一半周時(shí)供應(yīng)該第一脈沖信號至該切換電路，并且于該驅(qū)動(dòng)信號處于該第二半周時(shí)供應(yīng)該第二脈沖信號至該切換電路。


圖1(a)顯示現(xiàn)有的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的電路方框圖。
圖1(b)顯示現(xiàn)有的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的操作的波形時(shí)序圖。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的電路方框圖。
圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的詳細(xì)電路圖。
圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的操作波形時(shí)序圖。
圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的詳細(xì)電路圖。
圖4(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的操作波形時(shí)序圖。
圖5(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的詳細(xì)電路圖。
圖5(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的操作波形時(shí)序圖。
圖6(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的詳細(xì)電路圖。
圖6(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的PWM比較電路與工作比限制電路的操作波形時(shí)序圖。
主要組件符號說明11霍爾感測電路
12信號合成電路13PWM比較電路14振蕩電路15三相切換電路20PWM比較電路21工作比限制電路NL1～NL3，NH1～NH3NAND邏輯門CU，CV，CW，CH，CL比較器CLU，CLV，CLW，CHU，CHV，CHW三輸入端比較器D1～D6二極管EA誤差放大器M無刷馬達(dá)N1～N3預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路Rs串聯(lián)電阻S1～S6開關(guān)U，V，W三相線圈U1，U2，V1，V2，W1，W2開關(guān)控制端I1～I(xiàn)3反相器M1～M3多路復(fù)用器HU，HV，HW位置檢測信號PH正半周工作比限制信號PL負(fù)半周工作比限制信號PU，PV，PW，PU’，PU”脈沖信號PUd，PVd，PWd工作比有限脈沖信號SU，SV，SW，SU’，SU”合成信號T高頻參考信號UH，UL，VH，VL，WH，WL切換信號UHd，ULd，VHd，VLd，WHd，WLd工作比有限切換信號Ierr電流誤差信號Icom電流命令信號
Im馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Vdd 驅(qū)動(dòng)電壓源VH正半周限制電平VL負(fù)半周限制電平V0振幅平均值具體實(shí)施方式
下文中的說明與附圖將使本發(fā)明的前述與其它目的、特征、與優(yōu)點(diǎn)更明顯。茲將參照附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
圖2顯示依據(jù)本發(fā)明的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置的電路方框圖。參照圖2，馬達(dá)M為具有三相線圈U、V、與W的三相直流無刷馬達(dá)?；魻柛袦y電路11包含霍爾傳感器與霍爾放大器?；魻柛袦y電路11設(shè)置于馬達(dá)M周圍，用以產(chǎn)生三個(gè)位置檢測信號HU、HV、與HW，分別代表馬達(dá)M的轉(zhuǎn)子與三相線圈U、V、與W間的位置關(guān)系。位置檢測信號HU、HV、與HW的每一個(gè)皆為弦波信號，同步于馬達(dá)M的運(yùn)轉(zhuǎn)，并且彼此間具有相位差120度。響應(yīng)于位置檢測信號HU、HV、與HW，信號合成電路12產(chǎn)生三個(gè)驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW由對應(yīng)的位置檢測信號HU、HV、與HW經(jīng)過相位偏移30度而實(shí)施，因此波形仍維持于弦波信號。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW由對應(yīng)的位置檢測信號HU、HV、與HW經(jīng)過相位偏移30度并且疊加上適當(dāng)?shù)男拚盘栍靡匝a(bǔ)償因?qū)ㄑ舆t(Turn-On Delay)所造成的端電壓偏移而實(shí)施，因此其波形變成弦波信號與修正信號的疊加。有關(guān)此等修正信號的可能形態(tài)與使用方式已經(jīng)公開于美國專利No.5,811,949，該技術(shù)文獻(xiàn)亦并入本說明書中作為參考。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，高頻參考信號T由單一個(gè)三角波信號所實(shí)施，其中該三角波信號每一周期的振幅平均值實(shí)質(zhì)上重合于驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、或SW每一周期的振幅平均值。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，高頻參考信號T由具有相同頻率的上三角波信號與下三角波信號相互疊加所實(shí)施，其中該上三角波信號的波谷實(shí)質(zhì)上對應(yīng)于該下三角波信號的波峰，并且實(shí)質(zhì)上重合于驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、或SW每一周期的振幅平均值。有關(guān)上三角波信號與下三角波信號的疊加使用已經(jīng)公開于美國專利No.3,585,517，該技術(shù)文獻(xiàn)亦并入本說明書中作為參考。
基于驅(qū)動(dòng)弦波信號SU、SV、與SW及高頻三角波信號T間的比較，PWM比較電路20與工作比限制電路21相互配合用以產(chǎn)生工作比有限脈沖信號PUd、PVd、與PWd。(下文將參照附圖詳細(xì)說明依據(jù)本發(fā)明的PWM比較電路20與工作比限制電路21的各種實(shí)施例的詳細(xì)電路與操作波形)響應(yīng)于脈沖信號PUd，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N1產(chǎn)生切換信號UHd與ULd。響應(yīng)于脈沖信號PVd，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N2產(chǎn)生切換信號VHd與VLd。響應(yīng)于脈沖信號PWd，預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N3產(chǎn)生切換信號WHd與WLd。預(yù)先驅(qū)動(dòng)電路N1、N2、與N3不僅增強(qiáng)脈沖信號的驅(qū)動(dòng)能力，此外還包含時(shí)間延遲電路，使得所產(chǎn)生的切換信號UHd與ULd、VHd與VLd、以及WHd與WLd的每一對均具有非重疊波形特征。
三相切換電路15具有開關(guān)S1與S2、開關(guān)S3與S4、以及開關(guān)S5與S6，分別受到切換信號UHd與ULd、VHd與VLd、以及WHd與WLd所控制。具體而言，開關(guān)S1耦合于驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd與線圈U間，而開關(guān)S2則耦合于線圈U與地電位間。切換信號UHd輸入至端點(diǎn)U1，以控制開關(guān)S1，而切換信號ULd則輸入至端點(diǎn)U2，以控制開關(guān)S2。因此，當(dāng)開關(guān)S1形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈U，而當(dāng)開關(guān)S2形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈U流向地面電位。開關(guān)S3耦合于驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd與線圈V間，而開關(guān)S4則耦合于線圈V與地電位間。切換信號VHd輸入至端點(diǎn)V1，以控制開關(guān)S3，而切換信號VLd則輸入至端點(diǎn)V2，以控制開關(guān)S4。因此，當(dāng)開關(guān)S3形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈V，而當(dāng)開關(guān)S4形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈V流向地面電位。開關(guān)S5耦合于驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd與線圈W間，而開關(guān)S6則耦合于線圈W與地面電位間。切換信號WHd輸入至端點(diǎn)W1，以控制開關(guān)S5，而切換信號WLd則輸入至端點(diǎn)W2，以控制開關(guān)S6。因此，當(dāng)開關(guān)S5形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd流入線圈W，而當(dāng)開關(guān)S6形成短路時(shí)，馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im可從線圈W流向地面電位。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，開關(guān)S1、S3、S5的每一個(gè)由PMOS晶體管所實(shí)施，而開關(guān)S2、S4、S6的每一個(gè)由NMOS晶體管所實(shí)施。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，開關(guān)S1至S6的每一個(gè)由NMOS晶體管所實(shí)施。
在本發(fā)明的一實(shí)施例中，每對開關(guān)S1與S2、開關(guān)S3與S4、以及開關(guān)S5與S6系對應(yīng)地由每對切換信號UHd與ULd、VHd與VLd、以及WHd與WLd以硬斬取(Hard Chopping)方式進(jìn)行調(diào)制操作。硬斬取的調(diào)制操作是指在上側(cè)開關(guān)(亦即開關(guān)S1、S3、與S5)進(jìn)行ON(通)與OFF(斷)的PWM切換時(shí)，下側(cè)開關(guān)(亦即開關(guān)S2、S4、與S6)在同一時(shí)間則相反地進(jìn)行OFF與ON的PWM切換。在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，每對開關(guān)S1與S2、開關(guān)S3與S4、以及開關(guān)S5與S6對應(yīng)地由每對切換信號UHd與ULd、VHd與VLd、以及WHd與WLd以軟斬取(Soft Chopping)方式進(jìn)行調(diào)制操作。軟斬取的調(diào)制操作是指在驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的正半周期間中，上側(cè)開關(guān)S1、S3、與S5進(jìn)行ON與OFF的PWM切換而下側(cè)開關(guān)S2、S4、與S6則維持于OFF狀態(tài)時(shí)，并且在驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的負(fù)半周期間中，上側(cè)開關(guān)S1、S3、與S5維持于OFF狀態(tài)而下側(cè)開關(guān)S2、S4、與S6則進(jìn)行ON與OFF的PWM切換。有關(guān)硬式斬取與軟式斬取的操作方法已經(jīng)公開于美國專利No.6,710,572，該技術(shù)文獻(xiàn)亦并入本說明書中作為參考。
為了檢測馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im，串聯(lián)電阻Rs設(shè)置于下側(cè)開關(guān)S2、S4、與S6的共同連接點(diǎn)與地面電位間。請注意在本發(fā)明的另一實(shí)施例中，串聯(lián)電阻Rs亦設(shè)置于上側(cè)開關(guān)S1、S3、與S5的共同連接點(diǎn)與驅(qū)動(dòng)電壓源Vdd間。馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im流經(jīng)串聯(lián)電阻Rs所造成的電位差提供至誤差放大電路EA的反相輸入端，作為負(fù)反饋。誤差放大電路EA比較代表馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im的電位差與電流命令信號Icom，而產(chǎn)生電流誤差信號Ierr。信號合成電路12依據(jù)電流誤差信號Ierr而調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的振幅。
雖然在圖2中電流誤差信號Ierr供應(yīng)至信號合成電路12，用以反饋調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的振幅，但本發(fā)明不限于此。如前所述，PWM比較電路20基于驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的振幅與參考信號T的振幅間的相對關(guān)系而決定脈沖信號PU、PV、與PW的脈沖寬度。因此，在另一實(shí)施例中，電流誤差信號Ierr供應(yīng)至振蕩電路14，用以反饋調(diào)整參考信號T的振幅，從而達(dá)成調(diào)整振幅相對關(guān)系的效果。在又另一實(shí)施例中，電流誤差信號Ierr供應(yīng)至霍爾傳感器11，用以反饋調(diào)整位置檢測信號HU、HV、與HW的振幅，使得信號合成電路12所產(chǎn)生的驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW的振幅間接地受到調(diào)整，從而達(dá)成調(diào)整振幅相對關(guān)系的效果。有關(guān)此等調(diào)整振幅相對關(guān)系的技術(shù)已經(jīng)公開于美國專利No.6,710,568，該技術(shù)文獻(xiàn)亦并入本說明書中作為參考。
圖3(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PWM比較電路20-1與工作比限制電路21-1的詳細(xì)電路圖。圖3(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例的PWM比較電路20-1與工作比限制電路21-1的操作波形時(shí)序圖。由于馬達(dá)M的三相線圈U、V、與W的每一相系以類似的波形進(jìn)行操作，故為簡化說明起見，圖3(b)僅顯示關(guān)聯(lián)于馬達(dá)M的線圈U于操作時(shí)的波形時(shí)序圖。
驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW輸入PWM比較電路20-1，用以個(gè)別獨(dú)立地對于高頻參考信號T進(jìn)行比較。具體而言，PWM比較電路20-1包括三個(gè)比較器CU、CV、與CW，其中反相輸入端分別用以接收驅(qū)動(dòng)信號SU、SV、與SW，而非反相輸入端則用以共同接收高頻參考信號T?；隍?qū)動(dòng)信號SU與高頻參考信號T間的比較，比較器CU產(chǎn)生脈沖信號PU-1。基于驅(qū)動(dòng)信號SV與高頻參考信號T間的比較，比較器CV產(chǎn)生脈沖信號PV-1?；隍?qū)動(dòng)信號SW與高頻參考信號T間的比較，比較器CW產(chǎn)生脈沖信號PW-1。
工作比限制電路21-1限制脈沖信號PU-1、PV-1、與PW-1的工作比。比較器CL用以比較高頻參考信號T與預(yù)定的負(fù)半周限制電平VL，以產(chǎn)生負(fù)半周工作比限制信號PL。負(fù)半周限制電平VL設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波谷值，且較佳地設(shè)成略大于波谷值。比較器CH系用以比較高頻參考信號T與預(yù)定的正半周限制電平VH，以產(chǎn)生正半周工作比限制信號PH。正半周限制電平VH設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波峰值，且較佳地系設(shè)成略小于波峰值。隨后，PWM比較電路20-1所產(chǎn)生的脈沖信號PU-1、PV-1、與PW-1的每一個(gè)皆分別與正半周工作比限制信號PH以及負(fù)半周工作比限制信號PL進(jìn)行比較，以達(dá)成正半周與負(fù)半周工作比限制的效果。舉例而言，脈沖信號PU-1與負(fù)半周工作比限制信號PL首先經(jīng)由NAND邏輯門NL1進(jìn)行NAND邏輯運(yùn)算，結(jié)果形成信號PU1。隨后，信號PU1再經(jīng)由NAND邏輯門NH1與正半周工作比限制信號PH進(jìn)行另一次NAND邏輯運(yùn)算，如此即可產(chǎn)生所期望的工作比有限脈沖信號PU-1d。
因此，正半周工作比限制信號PH有效地限制脈沖信號PU-1d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的正半周部分的工作比，而負(fù)半周工作比限制信號PL有效地限制脈沖信號PU-1d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的負(fù)半周部分的工作比。即使在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im與電流命令信號Icom兩者差距太大的情況下，依據(jù)本發(fā)明的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置仍可有效地限制脈沖信號PU-1d、PV-1d、與PW-1d的工作比與頻率，因而確保馬達(dá)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖4(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PWM比較電路20-2與工作比限制電路21-2的詳細(xì)電路圖。圖4(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的PWM比較電路20-2與工作比限制電路21-2的操作波形時(shí)序圖。由于馬達(dá)M的三相線圈U、V、與W的每一相以類似的波形進(jìn)行操作，故為簡化說明起見，圖4(b)僅顯示關(guān)聯(lián)于馬達(dá)M的線圈U于操作時(shí)的波形時(shí)序圖。
PWM比較電路20-2包括三個(gè)三輸入端比較器CLU、CLV、與CLW。三輸入端比較器CLU具有兩個(gè)非反相輸入端，分別用以接收驅(qū)動(dòng)信號SU與負(fù)半周限制電平VL，以及一個(gè)反相輸入端，用以接收高頻參考信號T。負(fù)半周限制電平VL設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波谷值，且較佳地設(shè)成略大于波谷值。一旦高頻參考信號T小于驅(qū)動(dòng)信號SU與負(fù)半周限制電平VL中的任一個(gè)，三輸入端比較器CLU即被觸發(fā)而輸出高電平的信號。因此，三輸入端比較器CLU所產(chǎn)生的脈沖信號PU-2已經(jīng)具有負(fù)半周工作比限制的特征。同理，三輸入端比較器CLV所產(chǎn)生的脈沖信號PV-2已經(jīng)具有負(fù)半周工作比限制的特征。三輸入端比較器CLW所產(chǎn)生的脈沖信號PW-2已經(jīng)具有負(fù)半周工作比限制的特征。
工作比限制電路21-2對于脈沖信號PU-2、PV-2、與PW-2進(jìn)行正半周工作比限制。比較器CH用以比較高頻參考信號T與預(yù)定的正半周限制電平VH，以產(chǎn)生正半周工作比限制信號PH。正半周限制電平VH設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波峰值，且較佳地設(shè)成略小于波峰值。隨后，PWM比較電路20-2所產(chǎn)生的脈沖信號PU-2、PV-2、與PW-2的每一個(gè)皆分別與正半周工作比限制信號PH進(jìn)行比較，以達(dá)成正半周工作比限制的效果。舉例而言，脈沖信號PU-2與正半周工作比限制信號PH經(jīng)由NAND邏輯門NH1進(jìn)行NAND邏輯運(yùn)算，如此即可產(chǎn)生所期望的工作比有限脈沖信號PU-2d。
因此，正半周工作比限制信號PH有效地限制脈沖信號PU-2d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的正半周部分的工作比，而負(fù)半周工作比限制信號PL有效地限制脈沖信號PU-2d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的負(fù)半周部分的工作比。即使在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im與電流命令信號Icom兩者差距太大的情況下，依據(jù)本發(fā)明的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置仍可有效地限制脈沖信號PU-2d、PV-2d、與PW-2d的工作比與頻率，因而確保馬達(dá)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖5(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PWM比較電路20-3與工作比限制電路21-3的詳細(xì)電路圖。圖5(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第三實(shí)施例的PWM比較電路20-3與工作比限制電路21-3的操作波形時(shí)序圖。由于馬達(dá)M的三相線圈U、V、與W的每一相以類似的波形進(jìn)行操作，故為簡化說明起見，圖5(b)僅顯示關(guān)聯(lián)于馬達(dá)M的線圈U于操作時(shí)的波形時(shí)序圖。
PWM比較電路20-3包括三個(gè)三輸入端比較器CHU、CHV、與CHW。三輸入端比較器CHU具有兩個(gè)反相輸入端，分別用以接收驅(qū)動(dòng)信號SU與正半周限制電平VH，以及一個(gè)非反相輸入端，用以接收高頻參考信號T。正半周限制電平VH設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波峰值，且較佳地設(shè)成略小于波峰值。一旦高頻參考信號T大于驅(qū)動(dòng)信號SU與正半周限制電平VH中的任一個(gè)，三輸入端比較器CHU即被觸發(fā)而輸出高電平的信號。因此，三輸入端比較器CHU所產(chǎn)生的脈沖信號PU-3已經(jīng)具有正半周工作比限制的特征。同理，三輸入端比較器CHV所產(chǎn)生的脈沖信號PV-3已經(jīng)具有正半周工作比限制的特征。三輸入端比較器CHW所產(chǎn)生的脈沖信號PW-3已經(jīng)具有正半周工作比限制的特征。
工作比限制電路21-3對于脈沖信號PU-3、PV-3、與PW-3進(jìn)行負(fù)半周工作比限制。比較器CL用以比較高頻參考信號T與預(yù)定的負(fù)半周限制電平VL，以產(chǎn)生負(fù)半周工作比限制信號PL。負(fù)半周限制電平VL設(shè)定成實(shí)質(zhì)上等于高頻參考信號T的波谷值，且較佳地設(shè)成略大于波谷值。隨后，PWM比較電路20-3所產(chǎn)生的脈沖信號PU-3、PV-3、與PW-3的每一個(gè)皆分別與負(fù)半周工作比限制信號PL進(jìn)行比較，以達(dá)成負(fù)半周工作比限制的效果。舉例而言，脈沖信號PU-3與負(fù)半周工作比限制信號PL經(jīng)由NAND邏輯門NL1進(jìn)行NAND邏輯運(yùn)算，如此即可產(chǎn)生所期望的工作比有限脈沖信號PU-3d。
因此，正半周工作比限制信號PH有效地限制脈沖信號PU-3d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的正半周部分的工作比，而負(fù)半周工作比限制信號PL有效地限制脈沖信號PU-3d中對應(yīng)于驅(qū)動(dòng)信號SU的負(fù)半周部分的工作比。即使在馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流Im與電流命令信號Icom兩者差距太大的情況下，依據(jù)本發(fā)明的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置仍可有效地限制脈沖信號PU-3d、PV-3d、與PW-3d的工作比與頻率，因而確保馬達(dá)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
圖6(a)顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的PWM比較電路20-4與工作比限制電路21-4的詳細(xì)電路圖。圖6(b)顯示依據(jù)本發(fā)明第四實(shí)施例的PWM比較電路20-4與工作比限制電路21-4的操作波形時(shí)序圖。由于馬達(dá)M的三相線圈U、V、與W的每一相以類似的波形進(jìn)行操作，故為簡化說明起見，圖6(b)僅顯示關(guān)聯(lián)于馬達(dá)M的線圈U于操作時(shí)的波形時(shí)序圖。
PWM比較電路20-4包括三個(gè)三輸入端比較器CLU、CLV、與CLW，以及三個(gè)三輸入端比較器CHU、CHV、與CHW。換言的，PWM比較電路20-4實(shí)質(zhì)上由圖4(a)的PWM比較電路20-2與圖5(a)的PWM比較電路20-3共同組合而形成。因此，一方面，分別由三個(gè)三輸入端比較器CLU、CLV、與CLW所產(chǎn)生的脈沖信號PU-4a、PV-4a、與PW-4a已經(jīng)具有負(fù)半周工作比限制的特征。另一方面，分別由三個(gè)三輸入端比較器CHU、CHV、與CHW所產(chǎn)生的脈沖信號PU-4b、PV-4b、與PW-4b則已經(jīng)具有正半周工作比限制的特征。
工作比限制電路21-4設(shè)有三個(gè)反相器I1、12、與13，用以產(chǎn)生反相的脈沖信號PU-4a’、PV-4a’、與PW-4a’。此外，工作比限制電路21-4更設(shè)有三個(gè)多路復(fù)用器(Multiplexer)M1、M2、與M3。多路復(fù)用器M1具有兩個(gè)來源輸入端，用以分別接收反相的脈沖信號PU-4a’與脈沖信號PU-4b。多路復(fù)用器M1還具有一選擇輸入端，用以接收極性選擇信號PSU。具體而言，極性選擇信號PSU用以指示驅(qū)動(dòng)信號SU的極性，亦即正半周狀態(tài)或負(fù)半周狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SU處于正半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSU控制多路復(fù)用器M1輸出反相的脈沖信號PU-4a’作為工作比有限脈沖信號PU-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SU處于負(fù)半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSU控制多路復(fù)用器M1輸出脈沖信號PU-4b作為工作比有限脈沖信號PU-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。
同理，多路復(fù)用器M2具有兩個(gè)來源輸入端，用以分別接收反相的脈沖信號PV-4a’與脈沖信號PV-4b。多路復(fù)用器M2還具有一選擇輸入端，用以接收極性選擇信號PSV。具體而言，極性選擇信號PSV用以指示驅(qū)動(dòng)信號SV的極性，亦即正半周狀態(tài)或負(fù)半周狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SV處于正半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSV控制多路復(fù)用器M2輸出反相的脈沖信號PV-4a’作為工作比有限脈沖信號PV-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SV處于負(fù)半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSV控制多路復(fù)用器M2輸出脈沖信號PV-4b作為工作比有限脈沖信號PV-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。
同理，多路復(fù)用器M3具有兩個(gè)來源輸入端，用以分別接收反相的脈沖信號PW-4a’與脈沖信號PW-4b。多路復(fù)用器M3還具有一選擇輸入端，用以接收極性選擇信號PSW。具體而言，極性選擇信號PSW用以指示驅(qū)動(dòng)信號SW的極性，亦即正半周狀態(tài)或負(fù)半周狀態(tài)。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SW處于正半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSW控制多路復(fù)用器M3輸出反相的脈沖信號PW-4a’作為工作比有限脈沖信號PW-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。當(dāng)驅(qū)動(dòng)信號SW處于負(fù)半周狀態(tài)時(shí)，極性選擇信號PSW控制多路復(fù)用器M3輸出脈沖信號PW-4b作為工作比有限脈沖信號PW-4d，從而達(dá)成所期望的工作比的限制。
雖然本發(fā)明業(yè)已通過較佳實(shí)施例作為例示加以說明，應(yīng)了解本發(fā)明不限于此被描述的實(shí)施例。相反地，本發(fā)明意欲涵蓋對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員而言是顯而易見的各種修改與相應(yīng)配置。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)得到廣義上的詮釋，以包容所有此類修改與相似配置。
權(quán)利要求
1.一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，包含一比較電路，用以比較一驅(qū)動(dòng)信號與一參考信號而產(chǎn)生一脈沖信號，其中該驅(qū)動(dòng)信號關(guān)聯(lián)于一無刷馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)且該參考信號的頻率大于該驅(qū)動(dòng)信號的頻率；一切換電路，耦合于一驅(qū)動(dòng)電壓源與該無刷馬達(dá)間，由該脈沖信號控制以驅(qū)動(dòng)該無刷馬達(dá)；一調(diào)整電路，用以依據(jù)一電流誤差信號而調(diào)整該驅(qū)動(dòng)信號的振幅與該參考信號的振幅間的相對關(guān)系，該電流誤差信號代表一電流命令信號與一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流間的差異；以及一工作比限制電路，具有一第一電路，用以產(chǎn)生一第一半周工作比限制信號；一第二電路，用以產(chǎn)生一第二半周工作比限制信號；一第一邏輯電路，用以使該脈沖信號的工作比受到該第一半周工作比限制信號的限制，而產(chǎn)生一輸出信號；以及一第二邏輯電路，用以使該第一邏輯門的該輸出信號的工作比受到該第二半周工作比限制信號的限制。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第一電路由一比較器所實(shí)現(xiàn)，該比較器具有一第一類型輸入端，用以接收該參考信號，以及一第二類型輸入端，用以接收一第一半周限制電平，其中該第一半周限制電平系于該參考信號的最小值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第二電路由一比較器所實(shí)現(xiàn)，該比較器具有一第一類型輸入端，用以接收一第二半周限制電平，以及一第二類型輸入端，用以接收該參考信號，其中該第二半周限制電平小于該參考信號的最大值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第一邏輯電路由一NAND邏輯門所實(shí)施，并且該第二邏輯電路由一NAND邏輯門所實(shí)施。
5.一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，包含一比較電路，由至少一個(gè)三輸入端比較器所實(shí)現(xiàn)，用以比較一驅(qū)動(dòng)信號、一參考信號、與一第一半周限制電平，而產(chǎn)生一脈沖信號，使得該脈沖信號的第一半周的工作比受到限制，其中該驅(qū)動(dòng)信號關(guān)聯(lián)于一無刷馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)且該參考信號的頻率大于該驅(qū)動(dòng)信號的頻率；一切換電路，耦合于一驅(qū)動(dòng)電壓源與該無刷馬達(dá)間，由該脈沖信號所控制以驅(qū)動(dòng)該無刷馬達(dá)；一調(diào)整電路，用以依據(jù)一電流誤差信號而調(diào)整該驅(qū)動(dòng)信號的振幅與該參考信號的振幅間的相對關(guān)系，該電流誤差信號代表一電流命令信號與一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流間的差異；以及一工作比限制電路，具有一電路，用以產(chǎn)生一第二半周工作比限制信號，以及一邏輯電路，用以使該脈沖信號的第二半周的工作比受到該第二半周工作比限制信號的限制。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該三輸入端比較器具有兩個(gè)第一類型輸入端，用以分別接收該驅(qū)動(dòng)信號與該第一半周限制電平，以及一第二類型輸入端，用以接收該參考信號。
7.根據(jù)權(quán)利要求5的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第一半周限制電平大于該參考信號的最小值。
8.一種無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，包含一比較電路，由至少一個(gè)第一三輸入端比較器與至少一個(gè)第二三輸入端比較器所實(shí)現(xiàn)，該第一三輸入端比較器用以比較一驅(qū)動(dòng)信號、一參考信號、與一第一半周限制電平，而產(chǎn)生一第一脈沖信號，使得該第一脈沖信號的第一半周的工作比受到限制，該第二三輸入端比較器用以比較該驅(qū)動(dòng)信號、該參考信號、與一第二半周限制電平，而產(chǎn)生一第二脈沖信號，使得該第二脈沖信號的第二半周的工作比受到限制，其中該驅(qū)動(dòng)信號關(guān)聯(lián)于一無刷馬達(dá)的運(yùn)轉(zhuǎn)且該參考信號的頻率大于該驅(qū)動(dòng)信號的頻率；一切換電路，耦合于一驅(qū)動(dòng)電壓源與該無刷馬達(dá)間，由該第一脈沖信號與該第二脈沖信號所控制以驅(qū)動(dòng)該無刷馬達(dá)；一調(diào)整電路，用以依據(jù)一電流誤差信號而調(diào)整該驅(qū)動(dòng)信號的振幅與該參考信號的振幅間的相對關(guān)系，該電流誤差信號代表一電流命令信號與一馬達(dá)驅(qū)動(dòng)電流間的差異；以及一工作比限制電路，用以于該驅(qū)動(dòng)信號處于該第一半周時(shí)供應(yīng)該第一脈沖信號至該切換電路，并且于該驅(qū)動(dòng)信號處于該第二半周時(shí)供應(yīng)該第二脈沖信號至該切換電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求8的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第一三輸入端比較器具有兩個(gè)第一類型輸入端，用以分別接收該驅(qū)動(dòng)信號與該第一半周限制電平，以及一第二類型輸入端，用以接收該參考信號。
10.根據(jù)權(quán)利要求8的無刷馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置，其中該第二三輸入端比較器具有一第一類型輸入端，用以接收該參考信號，以及兩個(gè)第二類型輸入端，用以分別接收該驅(qū)動(dòng)信號與該第二半周限制電平。
全文摘要
霍爾感測電路產(chǎn)生位置檢測信號，代表馬達(dá)的轉(zhuǎn)子與線圈間的位置關(guān)系。信號合成電路使位置檢測信號轉(zhuǎn)換成驅(qū)動(dòng)信號。基于驅(qū)動(dòng)信號與高頻參考信號的比較而產(chǎn)生脈沖信號，用以控制切換電路而驅(qū)動(dòng)馬達(dá)。電流誤差信號反饋調(diào)整驅(qū)動(dòng)信號的振幅與高頻參考信號的振幅間的相對關(guān)系，從而改變脈沖信號的工作比。工作比限制電路限制脈沖信號的工作比以確保馬達(dá)可靠地運(yùn)轉(zhuǎn)。
文檔編號H02P6/00GK1841914SQ200510060199
公開日2006年10月4日 申請日期2005年4月1日 優(yōu)先權(quán)日2005年4月1日
發(fā)明者曾光男, 莊豐榮, 陳企揚(yáng) 申請人:圓創(chuàng)科技股份有限公司