專利名稱：直流無刷馬達的控制方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種直流無刷馬達的控制方法，特別是涉及一種具有脈波寬度調變(PWM)g制的直流無刷馬達的控制方法及裝置。
技術背景由于直流預lj馬達以霍爾感應器代割專統(tǒng)直流馬達的換相電刷，比傳鄉(xiāng)體流馬 達還適合應用在微型散熱風扇系統(tǒng)中，而被廣泛應用在諸如計算機風扇、復印機、 激光打印機等低電壓產品領域。計算機風扇常用的單相直流無刷馬達如圖l所示，包含一繞設有線圈繞組10的 靜止的定子ll，及帶動風扇葉片轉動的四極轉子12。參見圖2及圖3并對照圖1所示，是習知一種驅動單相預i遣流馬達l的控制裝置 2，其利用一霍爾翻iJ細allsensor)21感測馬達轉子12的磁極位置，并對應產生一霍爾訊號SHA(是一模擬差動訊號VHP及VHN)，該霍爾訊號SHA被輸入一比較器22轉換成一數(shù)字化的霍爾訊號SHD后，送至一驅動器23。 一PWM產生器24根據(jù)一外部控制訊 號Sc(電壓訊號)產生一PWM訊號并送至驅動器23 ，驅動器23根據(jù)霍爾訊號SHD及 PWM訊號，對應轉子12磁極位置輪流輸出如圖3所示的第一PWM訊號Spwivn及第二 PWM訊號SpwM2，以控制后端的一開關電路25交替切換輸出至馬達定子線圈10的輸 出電潦J。ut(如圖3所示)的相位，而驅使馬達轉子12轉動。然而，由于第一PWM訊號SpwM,及第二PWM訊號SpwM2之間進行切換時所產生 的準位瞬間變化會使輸出電淑out在此瞬間產生突波Ip，而易使馬達轉動時產生機械共 振及噪音。發(fā)明內容本發(fā)明的目的在于提供一種可消除輸出電流突波的直流無刷馬達的控制方法 及裝置。于是，為達到戰(zhàn)目的，本發(fā)明直流預l馮達的控制方法，其中該馬達具有一 繞設線圈的定子及一環(huán)繞定子旋轉的轉子，該控制方法使用一霍爾元件偵測該轉子的磁極位置以對應產生一霍爾訊號，使用一驅動單元根據(jù)一外部控制訊號產生一PWM訊號，并根據(jù)彌WM訊號及該霍爾訊號控帝ij一開關電路，使切換輸出至定子 線圈的電流相位，而驅使轉子轉動；特別是，該控制方法還包括(A)當偵測該霍爾訊號即將準位轉換時，令該外部控制訊號的準位對應該霍爾訊號準位變化而遞增或遞減；(B)當該外部控制訊號的準位遞增時，令該驅動單元產生的PWM訊號的工作周 期由零遞增至一預定工作周期；及(C)當該外部控制訊號的準位遞減時，令該驅動單 元產生的PWM訊號由該預定工作周期遞減至零。借此，消除開關電路的輸出電流突 波。其中，該霍爾元件是一霍爾/ill器，該霍爾訊號是一差動模擬訊號，其經由一比較器轉成一數(shù)字訊號后輸入該驅動單元，且該外部控制訊號是由一PWM工作周期控制器產生。如前述，在步驟(A)中，當該PWM工作周期控制器偵測該霍爾訊號的差動電壓 降低至小于一參考值時，即令該外部控制訊號于該差動電壓由該參考值降低至零的 期間由高準位遞減至低準位，并于該差動電壓由零上升至該參考值的期間，令該外 部控制訊號由低準位遞增至高準位。其中，該霍爾元件是一霍爾集成電路，該霍爾訊號是一數(shù)字訊號，且該外部控 制訊號是由一PWM工作周期控制器產生。如前述，在步驟(A)中，i^PWM工作周期控制器根據(jù)霍爾訊號的前一波形的計 數(shù)值，設定一接近該計數(shù)值的參考值，并于計數(shù)霍爾訊號的目前波形至該參考值時， 令該外部控制訊號于由該預定值計數(shù)至目前波形準位轉換前的期間，由高準位遞減 至低準位，并于霍爾訊號準位轉換后，令該外部控制訊號由低準位遞增至高準位。再者，本發(fā)明實現(xiàn)上述方法的直流 1馮達的控制裝置，其中該馬達具有一繞 設線圈的定子及一環(huán)繞定子旋轉的轉子，該控制裝置包括一霍爾元件、一PWM工作 周期控制器、 一驅動單元及一開關電路。該霍爾元件偵測該轉子的磁極位置并對應 產生一霍爾訊號。效WM工作周期控制器接受該霍爾訊號及一外部控制訊號，并于 偵測該霍爾訊號即將準位轉換時，令該外部控制訊號的準位對應該霍爾訊號準位變 化而遞增或遞減。該驅動單元根據(jù)該外部控制訊號產生一PWM訊號，并于該外部控制訊號的準位遞增時，使輸出的PWM訊號的工作周期由零遞增至一預定工作周肌 并于該外部控制訊號的準位遞減時，使輸出的PWM訊號由該預定工作周期遞減至 零，同時根據(jù)駛WM訊號及該霍爾訊號產生一驅動訊號。該開關電路受該驅動訊號控制，切換輸出至該定子線圈的電流相位，以驅使馬達轉子轉動。借此，消除開關 電路的輸出電流突波。其中，該直流無刷馬達是單相或雙相直流無刷馬達時，該驅動單元包括一PWM產生器及一驅動器，i效WM產生器根據(jù)該外部控制訊號產生該PWM訊號，并于該 外部控制訊號的準位遞增時，使輸出的PWM訊號的工作周期由零遞增至一預定工作 周期，并于該外部控制訊號的準位遞減時，使輸出的PWM訊號由該預定工作周期遞 減至零；該驅動器根據(jù)i^PWM訊號及該霍爾訊號產生該驅動訊號。其中該直流無刷馬達是三相直流無刷馬達時，該驅動單元是一PWM產生器。如前述，控制裝置還包括一比較器，且該霍爾元件是一霍爾繊螺，該霍爾訊 號是一差動模擬訊號，其經由該比較器轉成一數(shù)字訊號后輸入該驅動單元。如前述，當i效WM工作周期控制器偵測該霍爾訊號的差動電壓斷氏至小于一參 考{直時，即令該外部控制訊號于該差動電壓由該參考《直降低至零的期間，由高準位 遞7咸至低準位，并令該外部控制訊號于該差動電壓由零上升至該參考f直的期間，由 低準位遞增至高準位。其中，該霍爾元件是一霍爾集成電路，該霍爾訊號是一數(shù)字訊號，且i^PWM 工作周期控制器,霍爾訊號的前一波形的計數(shù)值，設定一接近該計數(shù)值的參考值， 并于計數(shù)霍爾訊號的目前波形至該參考值時，令該外部控制訊號于由該預定值計數(shù) 至目前波形準位轉換前的期間，由高準位遞減至低準位，并于霍爾訊號準位轉換后， 令該外部控制訊號由低準位遞增至高準位。本發(fā)明借由偵測霍爾訊號的準位轉換期間，對應調整外部控制訊號的電壓準 位，使對應調，WM訊號的脈波寬度相對遞增或遞減，讓驅動器根據(jù)PWM訊號控 制開關電路而產生的輸出電流不致因驅動器瞬間切換PWM訊號而產生突波，進而降 低馬達因電流突波而產生的機械共振及噪音。


下面結合附圖及實施例對本發(fā)明直流預i馮達的控制方法及裝置的一較佳實施 例進行詳細說明圖1是以往直流無刷馬達的構造示意圖。 圖2是以往一種直流預l馮達的控制裝置的電路方塊圖。 節(jié)是節(jié)的控制裝置的輸出訊號波形示意圖。圖4是本發(fā)明直流無刷馬達的控制裝置的第一較佳實施例的電路方塊圖，說明單 相直流無刷馬達的控制方式。圖5是圖4的控制裝置的輸出訊號波形示意圖。 圖6是圖5的第一PWM訊號的局部放大圖。圖7是本發(fā)明直流預U馬達的控帝嘰置的第二較佳實施例的電路方塊圖，說明單 相直流 1馮達的另一種控制方式。圖8是本發(fā)明直流預l馮達的控制裝置的第三較佳實施例的電路方塊圖，說明雙 相直流無刷馬達的控制方式。圖9是本發(fā)明直流Ml馮達的控制體的第四較佳實施例的電路方塊圖，說明三 相直流預l馮達的控制方式。圖IO是第四實施例的控制裝置的輸出訊號波形示意圖。
具體實施方式
有關本發(fā)明的前述及其它技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式的四個 較4圭實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現(xiàn)。參閱圖l、圖4及郞所示，是本發(fā)明直流無刷馬達的控制裝置的第一較佳實施 例，該直流 1馮達是一斜目直流預嗎達，其構造如圖l所示，包括一繞設有線圈 繞鄉(xiāng)且10的定子11及一環(huán)繞定子轉動的四極轉子12。本實施例的控制裝置3包括一霍爾iipj器31、 一PWM工作周期控制器32、 一驅 動單^30及一開關電路35。其中，驅動單形0還包括一PWM產生器33及一驅動器34， 而開關電路35是一由四顆晶體管組成的H-bridge(H型橋式)電路?；魻柛袦y器31鄰近馬達轉子12設置，以，i馮達轉子12的磁極位置并對應產生如圖5所示的霍爾訊號SHA(是一模擬差動訊號VHP及VHN)，該霍爾訊號SHA經由一比較器36轉成一數(shù)字訊號SHD并輸入驅動器34。PWM工作周期控制器32，接收一如圖5所示的外部控制訊號Sc及霍爾訊號SHA， 外部控制訊號Sc是一直流電壓訊號，其用以控制PWM產生器33，并借由改變其電壓 準位調效WM產生器33輸出的PWM訊號的脈波寬衝即工作周勒，例如電壓準位5V 時，PWM訊號的工作周期為50。/。，電壓準位2.5V時，PWM訊號的工作周期為25。/。。而在本實施例中，為了消除開關電路35的輸出電淑out突波，PWM工作周期控 制器32設定--參考傲即參考電壓)Vref，并偵測霍爾訊號SHA的差動電壓Vo(絕對銜是否降低至小于參考值Vref，若是，即令外部控制訊號Sc于該差動電壓VD由參考值 Vre脾低至戮零魏點)的期間T,，由高準位(例如5V)遞減至低準位(例如0V)，并于 該差動電壓Vo(絕對值)由:f(零交越點)上升至參考值Vre啲期間T2，令外部控制訊號 Sc由低準位(0V)遞增至高準位(5V)，而輸出如圖5所示的一經過邊緣調整的夕卜部控制 訊號Sc'給PWM產生器33。因此，當PWM產生器33收至拼部控制訊號Sc'，其根據(jù)外部控制訊號Sc，的電壓 準位調變輸出的PWM訊號的脈波寬度(工作周期)，而產生如圖5所示的PWM訊號 SpwM'并輸入驅動器34中。PWM訊號SpwM'對應外部控制訊號Sc'的高準位波形產生 一致的脈波寬鬼例如50%)，《蹄應外部控制訊號Sc'的遞增邊緣及遞減邊緣部分，則 根據(jù)電壓遞增或遞減，調整脈波寬度，使脈波寬度對應漸艦漸增。驅動器34根據(jù)PWM訊號SpwM以及霍爾訊號SHD所對應的轉子12磁極位置，交替 輸出第一PWM訊號SpwM,'及第二PWM訊號SpwM2'輪流控制開關電路35 。因此，開關電路35受第一PWM訊號SpwMr及第二PWM訊號SpwM2，交替控制而輸 出電流Iout時，由于第一PWM訊號SpwMr及第二PWM訊號SpwM2'PWM之間進行切換 時，并非瞬間切換，而是如圖6所示，令第一PWM訊號SpwMr的脈波寬度由預定工作 周期(50M)逐^I減至零后，第二PWM訊號SpwM2'的脈波寬度再逐漸遞增至預定工作 周期(50%)，因此，使開關電路35不會因為PWM訊號瞬間切換而在輸出電流U上產 生瞬間突波，因而消除了輸出電流突波。再參見圖7所示，是本發(fā)明直流無刷馬達的控制裝置的第二較佳實施例，其與 第一實施例惟一不同處在于，本實施例是以一霍爾集成電斷即霍爾IC)31'取代第一 實施例的霍爾翻機31 ，且因為霍爾IC31 '會對應翻倒的轉子磁極位置直接輸出如 圖5所示的一數(shù)字訊號SHD。因此，本實施例不需要第一實施例的比較器36。但是，由于霍爾IC31'的輸出為數(shù)字訊號SHD而一Ni擬訊號，因此，在本實施例中，為了得知霍爾訊號SHD的準位轉換點以對應調整外部控制訊號的準位，而消除輸出電^Iout的突波，在本實施例中，P畫周期控制器32，使用一計數(shù)器來計數(shù)霍爾訊 號Shd的周期，以獲得高準位波形(N)及低準位波銜S)的計數(shù)值，并根據(jù)前一波形的 計數(shù)值Cp來推算下一波 樹即目前波形)，并設定一參考值Cw且該參考值Cjf近但 小于該計數(shù)值Cp。因此，當PWM周期控制器32計數(shù)目前波形的計數(shù)值至噠參考值CJ寸，貝U由該 參考值Qrf計數(shù)至目前波形準位轉換前的期間T,，令外部控制訊號Sc:由高準位遞減至低準位，并于霍爾訊號SHD準位轉換后，令外部控制訊號Sc由低準位遞增至高準位，而輸出如圖5所示的經過邊緣調整的外部控制訊號Sc'給PWM產生器33。因此，如同第一實施例，PWM產生器33即根據(jù)外部控制訊號Sc，的電壓準位調變脈波寬度，而產生如圖5所示的PWM訊號SpwM。再參見圖8所示，是本發(fā)明直流 1馮達的控制裝置的第三較佳實施例，本實施例是用以控制雙相直流鄉(xiāng)l馮達，且由于雙相直流無刷馬達的定子有兩個線圈繞組要分別控制，因此，本實施例主要是控制馬達定子線圈10，的開關電路35，與第二實施例不同。另參見圖9所示，是本發(fā)明直流預i馮達的控制裝置的第四較佳實施例，本實 施例是用以控制三相直流無刷馬達，與前述實施例不同的是，由于三相直流無刷馬 達的定子有三個線圈繞亂u、 Lv、 Lw要分另啦制，所以本實施例需要j頓三個霍爾 感測IC 31'來分別翻l馮達轉子的磁極位置，且三相直流預l馮達一般是采用兩相調 變法來控制，亦即某一瞬間只控制定子三相線圈中的兩相導通，并使另一相維持浮 接狀態(tài)，所以本實施例的開關賊各35"具有三個并聯(lián)的橋臂，每一橋臂具有兩個開關 元件，即上臂元ftQl、 Q3、 Q5及下臂元ftQ2、 Q4、 Q6。因此，如圖10所示，三個 霍爾繊ljIC31'分別產生繊lj訊號Hu、 Hv、 Hw，并輸出舒WM工作周期控制器32' 及—驅動單^30，且本實施例的驅動單^30是一PWM產生器。如前述第一實施例的工 作原理，P窗工作周期控制器32'根據(jù)繊lj訊號Hu、 Hv、 Hw及外部控制訊號S, S6， 產生一經過邊緣調整的外部控制訊號S，' S6'給驅動單元(PWM產生器)30,使驅動單 元(PWM產生器)30根據(jù)感測訊號Hu、 Hv、 Hw及外部控制訊號S,' S6'產生邊緣脈波 寬度遞增或遞減的PWM訊號SpwM廣SpwM2輸出，以控制開關電路35"的各開關元件 Ql"56動作而驅使馬達轉子轉動，并且讓開關電路35"不會因為PWM訊號瞬間切換 而在輸出電流上產生瞬間突波，因而消除了使馬達產生噪音的輸出電流突波。由上述說明可知，本發(fā)明借由偵測霍爾訊號的準位轉換期間，對應調整外部控 制i刊號Sc的電壓準位，使對應調變PWM訊號的脈波寬度相對遞增或遞減，使驅動 器34根據(jù)PWM訊號控庫岍關電路35而產生的輸出電流U不致因驅動器34瞬間 切換PWM訊號而產生突波，進而斷氏馬達因電流突波而產生的機械共振及噪音。
權利要求
1. 一種直流無刷馬達的控制方法，該馬達具有一繞設線圈的定子及一環(huán)繞定子旋轉的轉子，該控制方法使用一霍爾元件偵測該轉子的磁極位置以對應產生一霍爾訊號，使用一驅動單元根據(jù)一外部控制訊號產生一PWM訊號，并根據(jù)該PWM訊號及該霍爾訊號控制一開關電路，使切換輸出至定子線圈的電流相位，而驅使轉子轉動，其特征在于該控制方法包括(A)當偵測該霍爾訊號即將準位轉換時，令該外部控制訊號的準位對應該霍爾訊號準位變化而遞增或遞減；(B)當該外部控制訊號的準位遞增時，令該驅動單元產生的PWM訊號的工作周期由零遞增至一預定工作周期；及(C)當該外部控制訊號的準位遞減時，令該驅動單元產生的PWM訊號由該預定工作周期遞減至零。
2、 如權利要求i戶，直流^lj馬達的控制方法，其特征在于該霍爾元件是一霍爾Si機，該霍爾訊號是一差動模擬訊號，其經由一比較器轉成一數(shù)字訊號后輸入該驅動單元，且該外部控制訊號是由一PWM工作周期控制器產生。
3、 如權利要^2所述直流無刷馬達的控制方法，其特征在于:在步驟(A)中，當i效WM 工作周期控制器偵測該霍爾訊號的差動電壓降低至小于一參考值時，即令該外部 控制訊號于該差動電壓由該參考值降低至零的期間由高準位遞減至低準位，并于 該差動電壓由零上升至該參考值的期間，令該外部控制訊號由低準位遞增至高準 位。
4、 如權禾U要求1戶腿直流預I馮達的控制方法，其特征在于該霍爾元件是一霍爾集成電路，該霍爾訊號是一數(shù)字訊號，且該外部控制訊號是由一PWM工作周期控制器產生。
5、 如權禾腰求4所述直流預l馮達的控制方法，其特征在于在步戰(zhàn)A)中，敬窗工作周期控制器根據(jù)霍爾訊號的前一波形的計數(shù)值，設定一接近該計數(shù)值的參考值，并于計數(shù)霍爾訊號的目前波形至該參考值時，令i鈔卜部控制訊號于由該預定 值計數(shù)至目前波形準位轉換前的期間，由高準位遞減至低準位，并于霍爾訊號準 位轉換后，令該外部控制訊號由低準位遞增至高準位。
6、 一種直流 1馮達的控制裝置，該馬達具有一繞設線圈的定子及一環(huán)繞定子旋轉的轉子，其特征在于該控制裝置包括 -霍爾元件，偵測該轉子的磁+及位置并對應產生一霍爾訊號；一PWM工作周期J空制器，接受該霍爾訊號及一外部控制訊號，并于偵測該 霍爾訊號即將準位轉換時，令激卜部控制訊號的準位對應該霍爾訊號準位變化而 遞增或遞減；一驅動單元，根據(jù)該外部控制訊號產生一PWM訊號，并于該外部控制訊號 的準位遞增時，使輸出的PWM訊號的工作周期由零遞增至一預定工作周肌并 于該外部控制訊號的準位遞減時，使輸出的PWM訊號由該預定工作周期遞減至 零，同時根據(jù)欲WM訊號及該霍爾訊號產生一驅動訊號；及一開關電路，受該驅動訊號控制，切換輸出至該定子線圈的電流相位，以驅 使馬達轉子轉動。
7、 如權禾腰求6所述直流預l馮達的控制裝置，其特征在于該直流預l馮達是單 相或雙相直流預l馮達，且該驅動單元包括一PWM產生器及一驅動器，駛WM 產生器根據(jù)該外部控制訊號產生彌WM訊號，并于該外部控制訊號的準位遞增 時，使輸出的PWM訊號的工作周期由零遞增至--預定工作周肌并于該外部控 制訊號的準位遞減時，使輸出的PWM訊號由該預定工作周期遞減至零；該驅動 器根據(jù)i效WM訊號及該霍爾訊號產生該驅動訊號。
8、 如權禾腰求6所述直流預i馮達的控制裝置，其特征在于該直流 1馮達是三 相直流無刷馬達，且該驅動單元是一PWM產生器。
9、 如權禾腰求7或8所述直流預i馮達的控制錢，其特征在于該控制裝置還包括 一比較器，且該霍爾元件是一霍爾感測器，該霍爾訊號是一差動模擬訊號，其經 由該比較器轉成一數(shù)字訊號后輸入該驅動單元。
10、 如權利要求9所述直流預l馮達的控制錢，其特征在于當彌WM工作周期 控制器偵測該霍爾訊號的差動電壓斷氐至小于-一參考值時，即令該外部控制訊號 于該差動電壓由該參考值降低至零的期間，由高準位遞減至低準位，并令該外部 控制訊號于該差動電壓由零上升至該參考值的期間，由低準位遞增至高準位。
11、 如權禾腰求7或8所述直流鄉(xiāng)i馮達的控制裝置，其特征在于該霍爾元件是一 霍爾集成電路，該霍爾訊號是一數(shù)字訊號，且i^PWM工作周期控制器根據(jù)霍爾 訊號的前一波形的計數(shù)值，設定一接近該計數(shù)值的參考值，并于計數(shù)霍爾訊號的 目前波形至該參考值時，令該外部控制訊號于由該預定值計數(shù)至目前波形準位轉 換前的期間，由高準位遞減至低準位，并于霍爾訊號準位轉換后，令該外部控制訊號由低準位遞增至高準位。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種直流無刷馬達的控制方法，其以一霍爾元件偵測馬達轉子的磁極位置并對應產生一霍爾訊號，以一驅動單元根據(jù)一外部控制訊號產生一PWM訊號，并根據(jù)該PWM訊號及霍爾訊號控制一開關電路，使切換輸出至馬達定子線圈的電流相位，以驅使轉子轉動，并于偵測該霍爾訊號即將準位轉換時，令該外部控制訊號的準位對應該霍爾訊號準位變化而遞增或遞減，以對應控制該PWM訊號的工作周期由零遞增至一預定工作周期，或由該預定工作周期遞減至零；借此，消除馬達切換時產生的電流突波及噪音。
文檔編號H02P6/10GK101232266SQ20071000037
公開日2008年7月30日 申請日期2007年1月22日 優(yōu)先權日2007年1月22日
發(fā)明者林招慶 申請人:陞達科技股份有限公司