專利名稱：用于啟動無刷無傳感器dc電機的方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種無刷DC電機，以及更具體地，涉及一種無刷DC電機的啟動。
背景技術：
無刷直流(DC，Direct Current)電機用于各種應用，包括光盤驅動、光盤播放機、 數字視頻光盤播放機、掃描儀、打印機、繪圖儀、汽車和航空行業(yè)使用的制動器等等。典型 地，多相電機包括產生旋轉磁場的固定的部分或定子以及其中由旋轉磁場產生扭矩的非固 定的部分或轉子。扭矩使轉子旋轉，這然后又導致連接到轉子的軸旋轉。在啟動時，需要 檢測無刷DC電機的轉子的位置和轉速。在具有傳感器的無刷DC電機中，使用霍爾傳感器 (Hall sensor)可以檢測和控制轉子位置及其轉速。然而，霍爾傳感器的精度受到其工作環(huán) 境的影響，這就降低了霍爾傳感器提供的測量的精度。在無傳感器無刷DC電機中，使用反 電動勢(BEMF，Back ElectroMotive Force)信號檢測轉子的位置。使用BEMF信號的缺點 是，當轉子動的很慢或者根本不動時BEMF信號變得非常小。因此，有一種用于使用BEMF信號啟動無傳感器無刷DC電機的方法將是有利的。本 方法的進一步的優(yōu)點是實施起來是有成本效益的。附圖簡述閱讀以下詳細的描述，結合附圖，，將更好地理解本發(fā)明，附圖中相同的參考字符 指示相同的元件，且其中

圖1是根據本發(fā)明的實施方式的無刷無傳感器DC電機的示意圖；圖2是用于啟動根據本發(fā)明的實施方式的無刷無傳感器DC電機的流程圖；圖3是與用于啟動無刷無傳感器DC電機的圖2的流程圖相關聯(lián)的一組電流圖；圖4是與用于啟動無刷無傳感器DC電機的圖3的一組電流圖相關聯(lián)的一組向量 圖；圖5是根據本發(fā)明的實施方式的用于轉子到定子的對準(alignment)的電流波 形；以及圖6是對于啟動過程的對準和啟動部分的BEMF信號與相位的關系曲線的圖示。詳細描述通常，本發(fā)明提供了一種用于使用十二相技術來啟動無刷無傳感器DC(BLDC)電 機的方法。轉子在對準相位中被對準到定子，其后是十二相啟動序列，十二相啟動序列優(yōu)選 地提供最大加速度和轉矩。作為例子，轉子可以包括星型或Y字形配置或者三角或三角形 配置的電感器。根據本發(fā)明的一種實施方式，三相中的兩相在電流模式操作下被交替通電。 可選地，三相可以在電流模式操作下被通電。從而，在每個其他相位中，轉子的電感器終端 中的一個是浮置的。延遲之后，浮置終端中的一個上的BEMF峰值被捕獲或者被保存，而其 他相位在電流模式控制下。當BEMF信號以相反極性達到相同值時或者超過預定義的時間 之后，發(fā)生下一步驟的換相(commutation)。圖1是根據本發(fā)明的一種實施方式的用于控制無刷無傳感器DC電機的電機控制器10的示意圖。電機控制器10包括無傳感器控制電路12，其通過多個開關16、18、20、22、 24和26耦合到無刷DC電機14。作為例子，開關16-26是場效應管。更特別地，無傳感器 控制電路12除其他以外還包括開關控制電路28、柵極驅動電路30、BEMF檢測電路32、電流 感測電路34。開關控制電路28具有用作控制電路12的輸入29的輸入以及連接柵極驅動 電路30的輸入的輸出。耦合控制電路12的輸入29，用于接收指示無刷DC電機14的期望 速率的信號SPEED_IN?？刂齐娐?2還具有輸入19，用于接收工作電壓源VSUP。優(yōu)選地，控 制電路12包括無傳感器控制電路系統(tǒng)和啟動電路系統(tǒng)。柵極驅動電路30具有分別連接到 N溝道場效應管16、18、20、22、24和26的柵極的輸出36、38、40、42、44和46。輸出36、38、 40,42,44和46用作控制電路12的輸出。場效應管16、20和24的漏極被共同耦合在一起 并且耦合到控制電路12的輸入19，用于接收工作電壓源VSUP。場效應管18、22和26的源 極被共同連接在一起并且連接到感測電阻48的一個端子。場效應管16的源極被連接到場 效應管18的漏極以形成節(jié)點50，場效應管20的源極被連接到場效應管22的漏極以形成節(jié) 點52，以及場效應管24的源極被連接到場效應管26的源極以形成節(jié)點54。雖然場效應管 16,20和24描述為N溝道場效應管，但是這不是本發(fā)明的一個限制。例如，場效應管16、20 和24也可以是P溝道場效應管。場效應管16、18、20、22、24和26被示出為與控制電路12 獨立的元件，而應被理解的是，它們可以與控制電路12單片集成。無傳感器控制電路12具有輸入57、58和60以及輸入62和64，輸入57、58和60 還用作BEMF檢測電路32的輸入，輸入62和64還用作電流感測電路34的輸入。BEMF檢 測電路32和電流感測電路34的輸出被連接到開關控制電路28的相應的輸入。輸入62被 連接到場效應管18、22和26的共同連接的源極并連接到感測電阻器48的一個端子，以及 輸入64被共同連接到感測電阻器48的另一端子并用于接收工作電壓源，例如Vss。作為例 子，工作電壓源Vss是地。根據本發(fā)明的一種實施方式，無刷DC電機14包括具有配置為星型或Y型的三相 線圈或電感器U、v和W的定子。線圈U的一個端子被連接到節(jié)點50，線圈V的一個端子被 連接到節(jié)點52，以及線圈W的一個端子被連接到節(jié)點54。線圈U、V和W的其他端子共同連 接在一起以形成節(jié)點56。應指出的是，線圈和線圈配置的數目不局限于本發(fā)明。例如，線圈 U、V和W可以被連接為三角配置。圖2是根據本發(fā)明的一種實施方式的用于啟動無刷無傳感器DC電機例如DC電機 14的方法的流程圖100。流程圖100中示出的是對準步驟102、緊跟的啟動步驟104，之后 無刷無傳感器電機進入正常的工作模式106。在描述流程圖100的對準步驟102、啟動步驟 104以及正常的工作模式106之前，描述了根據本發(fā)明的一種實施方式的通過定子的線圈 U、V和W的電流。現(xiàn)參照圖3，電機14使用對準步驟以電流模式被驅動，對準步驟之后是十二相預 定義換相序列。相位可以標記為相位0、0A、1、1A、2、2A、3、3A、4、4A、5和5A。應指出的是，圖 3包括節(jié)點56和節(jié)點50,52和54，線圈U、V和W的端子分別連接到節(jié)點50,52和54。在 相位0中，節(jié)點50被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個 脈沖寬度調制(PWM)周期中的電流，節(jié)點52是開放的或浮置的，且節(jié)點54接地。這包括其 中占空比是百分之零和百分之百的情況。在該配置中，電流Itl從節(jié)點50通過節(jié)點56流向 節(jié)點54，以及在節(jié)點52測量BEMF。
在相位OA中，節(jié)點50和52被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比 以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，以及節(jié)點54接地。在該配置中，電流Iqai從節(jié)點50流 向節(jié)點56，電流Iqa2從節(jié)點52流向節(jié)點56，以及電流Iqasum從節(jié)點56流向節(jié)點54，其中電 流Iciasum是電流I0Ai和電流Im2之和。在相位1中，節(jié)點50是開放的或浮置的，節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制 該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，以及節(jié)點54接地。在該配置中， 電流I1從節(jié)點52通過節(jié)點56流向節(jié)點54，以及在節(jié)點50測量BEMF。在相位IA中，節(jié)點50和54接地，以及節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制該 電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流。在該配置中，電流Iiasih從節(jié)點52 流向節(jié)點56，電流Iiai從節(jié)點56流向節(jié)點54，以及電流Iia2從節(jié)點56流向節(jié)點50，其中電 i I1ASUM ^ ^ IlAl 禾口電i I1A2 t 禾口。在相位2中，節(jié)點50接地，節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的 占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點54是開放的或浮置的。在該配置中，電流 I2從節(jié)點52通過節(jié)點56流向節(jié)點50，以及在節(jié)點54測量BEMF。在相位2A中，節(jié)點52和節(jié)點54被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占 空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，以及節(jié)點50接地。在該配置中，電流I2asih從節(jié)點 56流向節(jié)點50，電流I2ai從節(jié)點52流向節(jié)點56，以及電流I2A2從節(jié)點54流向節(jié)點56，其中 電流I2asum是電流I2Ai和電流Im之和。在相位3中，節(jié)點50接地，節(jié)點54被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的 占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點52是開放的或浮置的。在該配置中，電流 I3從節(jié)點54通過節(jié)點56流向節(jié)點50，以及在節(jié)點52測量BEMF。在相位3A中，節(jié)點50和節(jié)點52接地，節(jié)點54被耦合用于接收電壓信號，控制該 電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流。在該配置中，電流I3asih從節(jié)點54 流向節(jié)點56，電流I3ai從節(jié)點56流向節(jié)點50，以及電流I3a2從節(jié)點56流向節(jié)點52，其中電 流I3asum是電流I3Ai和電流I3A2之和。在相位4中，節(jié)點52接地，節(jié)點54被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的 占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點50是開放的或浮置的。在該配置中，電流 14從節(jié)點54通過節(jié)點56流向節(jié)點52，以及在節(jié)點50測量BEMF。在相位4A中，節(jié)點50和節(jié)點54被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占 空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，以及節(jié)點52接地。在該配置中，電流I4asih從節(jié)點 56流向節(jié)點52，電流I4ai從節(jié)點54流向節(jié)點56，以及電流I4A2從節(jié)點50流向節(jié)點56，其中 電流I4asum是電流I4Ai和電流I4a2之和。在相位5中，節(jié)點50被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù) 地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點52接地，且節(jié)點54是開放的或浮置的。在該配置中，電 流I5從節(jié)點50通過節(jié)點56流向節(jié)點52，以及在節(jié)點54測量BEMF。在相位5A中，節(jié)點52和節(jié)點54接地，以及節(jié)點50被耦合用于接收電壓信號，控 制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流。在該配置中，電流I5asum從節(jié)點 50流向節(jié)點56，電流I5ai從節(jié)點56流向節(jié)點52，以及電流I5A2從節(jié)點56流向節(jié)點54，其中 電流I5asum是電流I5Al和電流I5A2之和。
簡要參照圖4，示出了對于相位0、(^、1、認、2、24、3、34、4、44、5和54的轉子和定子 之間的關系。在該配置中，標記為132的交叉影線部分表示轉子的北極或者南極，以及標記 為134的部分表示轉子的南極或者北極。換言之，如果交叉影線標記部分132是北極，則交 叉影線標記部分134是南極，或者如果交叉影線標記部分132是南極，則交叉影線標記部分 134是北極。再次參照圖2中示出的流程圖100，轉子對準定子。如以上所描述的，在電機啟動 之前，轉子相對于定子的位置是未知的。因此，在啟動之前，轉子和定子被對準到預定義的 位置或者相位(由參考字符102表示)。對準包括從圖3中所示的相位0、0A、1、1A、2、2A、 3、3A、4、4A、5和5A中選擇相位。優(yōu)選地，預定義的位置是相位OA、1A、2A、3A、4A或者5A中 的一個。選擇相位之后，根據所選擇的相位配置節(jié)點50、52和54，以及將電流應用到期望的 節(jié)點一段時間th。ld，以將轉子移動到期望的位置。例如，啟動之前，通過將節(jié)點52和54接地 并且在節(jié)點50應用電壓一段時間th。ld，轉子相對于定子的位置可以被移動，以對應于相位 5A(圖3中所示)的位置，其中電流已經具有降低轉子振蕩的波形。選擇時間th。ld以使轉 子到達目標位置。圖5中示出了合適的電流波形，其為電流與時間的關系曲線的圖示，且可 以用2n整形來實現(xiàn)，其中“η”為整數。在其中η為5的實施例中，應用PWM信號，以使第二 電流脈沖的幅度(amplitude)是第一脈沖的幅度的兩倍，第三電流脈沖的幅度是第一脈沖 的幅度的四倍，第四電流脈沖的幅度是第一脈沖的幅度的八倍，第五電流脈沖的幅度是第 一脈沖的幅度的十六倍，第六電流脈沖的幅度是第一脈沖的幅度的三十二倍，第七電流脈 沖的幅度是第一脈沖的幅度的十六倍，第八電流脈沖的幅度是第一脈沖的幅度的八倍，第 九電流脈沖的幅度是第一脈沖的幅度的四倍，第十電流脈沖的幅度是第一脈沖的幅度的兩 倍，第十一電流脈沖的幅度與第一脈沖的幅度相同。因此，根據2"幅度關系，其中“η”為整 數，脈寬調制步進電流(pulse widthmodulated stepped current)具有一系列的離散值。設定轉子之后，根據下一相位應用電壓一段時間或者其中一部分。根據圖4所示 的實施例，相位5A之后的下一相位是相位0。如果預定義的位置或者相位是相位0A，則下 一相位將是相位1 ；如果預定義的位置或者相位是相位1A，則下一相位將是相位2 ；如果預 定義的位置或者相位是相位2A，則下一相位將是相位3 ；如果預定義的位置或者相位是相 位3A，則下一相位將是相位4 ；如果預定義的位置或者相位是相位4A，則下一相位將是相 位5。因此，節(jié)點54接地，以及電壓信號被應用到節(jié)點50。在對準步驟102的過程中，偏角 (slipangle)是零度。應被理解的是，在對準過程中選擇相位5A作為第一相位的優(yōu)點是所 有的線圈都在相位5A期間被供電，即在本實施方式中，它是六個最強相位之一。因此，相位 5A提供了允許電機驅動大負載的更大的電流。由于在啟動時負載的尺寸未知，因此需要使 用能夠提供最大功率的相位來啟動電機。對準定子和轉子之后，應用相位0。應指出的是， 如果負載較小，則對準可以跳過相位5A在相位0開始。再次參照圖2以及在完成對準步驟102之后，通過設置變量Tcmt到最大時間tmx， 設置計時器Tnew到實際上等于變量Tcmt除以實數X的值的時間tNEW，以及跳過下兩相位，即 相位OA和1 (如框110所示)，啟動步驟104開始。應指出的是，所跳過的相位的數目不是 本發(fā)明的限制。優(yōu)選地，跳過至少一個相位。根據電機的類型和電機啟動時的靜載荷來選 擇最大時間tmx。根據本發(fā)明的一種實施方式，將相位IA的配置應用到電機14，直到計時 器Tnew的值(即時間tNEW)大于變量Tcnt的值(如框112所示)。在相位IA的配置中，節(jié)點50和54接地，以及節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地 調節(jié)每個PWM周期的電流。在該配置中，電流Iiasum從節(jié)點52流向節(jié)點56，電流Iiai從節(jié)點 56流向節(jié)點54，以及電流Iia2從節(jié)點56流向節(jié)點50，其中電流Iqasum是電流Iiai和電流Iia2 之和。在2007年9月18日發(fā)布給Jan Plojhar等人的第7，271，993號美國專利中描述了 用于控制電流的技術，并且其被受讓于AMlSemiconductor Belgium BVBA。第7，271，993號 美國專利在此通過引用被全部并入。當計時器Tnew的值(即時間tNEW)大于變量Tcnt的值時，計時器Tnew被重置到例如 零值，以及電機14換相到下一相位，即本實施方式的相位2(如框114所示)。如以上所描 述的，在相位2中，節(jié)點50接地，節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占 空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點54是開放的或浮置的。在該配置中，電流I2 從節(jié)點52通過節(jié)點56流向節(jié)點50，以及延遲之后在節(jié)點54測量BEMF信號(如框116所 示)。測量的BEMF信號和BEMF信號的幅度還被稱為反向電動勢值。根據本發(fā)明的一種實 施方式，BEMF信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間段等于變量Tcmt的值除以實數。例 如，變量T。NT的值可以除以四。應指出的是，變量Τ。ΝΤ的值所除以的數不是本發(fā)明的限制。 例如，該數可以是二、三、四等等。根據一種實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大 幅度被捕獲以及存儲為值Vpeak (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值 還是最大值取決于BEMF信號的極性?？蛇x地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而 是存儲BEMF信號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零， 然而該商具有某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或 者最大幅度較小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的 實施方式中，最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在 3. 3伏特電源的八位模擬-數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大 約12. 89毫伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的 量值可以是大約0.8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌(supply rail)不是本發(fā)明 的限制。當BEMF信號達到反相值-Vpeak或者_VPEAK/N時，其中N為實數，計時器Tnew被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量T。NT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°進程返回框112所示的步驟，以及根據本發(fā)明的一種實施方式，應用下一相位，即 相位2A，直到計時器Tnew的值，即時間tNEW，大于變量Tcnt的值。當計時器Tnew的值，即時間 tNEW，大于變量Tcmt的值時，計時器Tnew被重置到例如零值，以及電機14換相到下一相位，即 本實施方式的相位3 (如框114所示)。如以上所描述的，在相位3中，節(jié)點50接地，節(jié)點54 被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流， 節(jié)點52是開放的或浮置的。在該配置中，電流I3從節(jié)點54通過節(jié)點56流向節(jié)點50，以及 延遲之后，在節(jié)點52測量BEMF信號(如框116所示)。根據本發(fā)明的一種實施方式，BEMF 信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間等于變量T。NT的值除以實數。例如，變量Τ。ΝΤ的 值除以四。然而，應指出的是，變量Tcmt的值所除以的數不是本發(fā)明的限制。例如，該數可以 是二、三、四等等。根據另一實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大幅度被捕獲以及 存儲為值Vpeak (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值還是最大值取決于BEMF信號的極性?？蛇x地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而是存儲BEMF信 號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零，然而該商具有 某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或者最大幅度較 小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的實施方式中， 最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在3. 3伏特電 源的八位模擬_數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大約12. 89毫 伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是 大約0. 8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌不是本發(fā)明的限制。當BEMF信號達到反相值-Vpeak或者_VPEAK/N時，其中N為實數，計時器Tnew被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量T。NT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°進程返回框112所示的步驟，以及根據本發(fā)明的一種實施方式，應用下一相位，即 相位3A，直到計時器Tnew的值，即時間tNEW，大于變量Tcnt的值。當計時器Tnew的值，即時間 tNEW，大于變量Tcmt的值時，計時器Tnew被重置到例如零值，以及電機14換相到下一相位，即 本實施方式的相位4 (如框114所示)。如以上所描述的，在相位4中，節(jié)點52接地，節(jié)點54 被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流， 節(jié)點50是開放的或浮置的。在該配置中，電流I4從節(jié)點54通過節(jié)點56流向節(jié)點52，以及 延遲之后，在節(jié)點50測量BEMF信號(如框116所示)。根據本發(fā)明的一種實施方式，BEMF 信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間等于變量T。NT的值除以實數。例如，變量Τ。ΝΤ的 值除以四。然而，應指出的是，變量Tcmt的值所除以的數不是本發(fā)明的限制。例如，該數可以 是二、三、四等等。根據另一實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大幅度被捕獲以及 存儲為值Vpeak (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值還是最大值取決 于BEMF信號的極性?？蛇x地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而是存儲BEMF信 號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零，然而該商具有 某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或者最大幅度較 小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的實施方式中， 最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在3. 3伏特電 源的八位模擬_數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大約12. 89毫 伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是 大約0. 8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌不是本發(fā)明的限制。當BEMF信號達到反相值-Vpeak或者_VPEAK/N時，其中N為實數，計時器Tnew被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量T。NT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°進程返回框112所示的步驟，以及根據本發(fā)明的一種實施方式，應用下一相位，即 相位4A，直到計時器Tnew的值，即時間tNEW，大于變量Tcnt的值。當計時器Tnew的值，即時間 tNEW，大于變量Tcmt的值時，計時器Tnew被重置到例如零值，以及電機14換相到下一相位，即 本實施方式的相位5 (如框114所示)。如以上所描述的，在相位5中，節(jié)點52接地，節(jié)點50 被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流， 以及節(jié)點54是開放的或浮置的。在該配置中，電流I5從節(jié)點50通過節(jié)點56流向節(jié)點52，以及延遲之后，在節(jié)點54測量BEMF信號(如框116所示)。根據本發(fā)明的一種實施方式， BEMF信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間等于變量TeNT的值除以實數。例如，變量 TeNT的值除以四。然而，應指出的是，變量TeNT的值除以的數不是本發(fā)明的限制。例如，該數 可以是二、三、四等等。根據另一實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大幅度被捕獲 以及存儲為值VPEAK (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值還是最大值取 決于BEMF信號的極性?？蛇x地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而是存儲BEMF信 號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零，然而該商具有 某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或者最大幅度較 小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的實施方式中， 最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在3. 3伏特電 源的八位模擬_數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大約12. 89毫 伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是 大約0. 8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌不是本發(fā)明的限制。
當BEMF信號達到反相值_VPEffl或者_Vpeak/N時，其中N為實數，計時器TNEW被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量TeNT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°進程返回框112所示的步驟，以及根據本發(fā)明的一種實施方式，應用下一相位，即 相位5A，直到計時器Tnew的值，即時間tNEW，大于變量TeNT的值。當計時器Tnew的值，即時間 tNEW，大于變量TeNT的值時，計時器Tnew被重置到例如零值，以及電機14換相到下一相位，即 本實施方式的相位0(如框114所示)。如以上所描述的，在相位0中，節(jié)點50被耦合用于 接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個PWM周期的電流，節(jié)點52是開 放的或浮置的，以及節(jié)點54接地。在該配置中，電流I。從節(jié)點50通過節(jié)點56流向節(jié)點54， 以及延遲之后，在節(jié)點52測量BEMF信號(如框116所示)。根據本發(fā)明的一種實施方式， BEMF信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間等于變量TeNT的值除以實數。例如，變量 TeNT的值除以四。然而，應指出的是，變量TeNT的值除以的數不是本發(fā)明的限制。例如，該數 可以是二、三、四等等。根據另一實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大幅度被捕獲 以及存儲為值VPEAK (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值還是最大值取 決于BEMF信號的極性?？蛇x地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而是存儲BEMF信 號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零，然而該商具有 某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或者最大幅度較 小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的實施方式中， 最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在3. 3伏特電 源的八位模擬_數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大約12. 89毫 伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是 大約0. 8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌不是本發(fā)明的限制。當BEMF信號達到反相值_VPEAK或者_VPEAK/N時，其中N為實數，計時器TNEW被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量TeNT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°進程返回框112所示的步驟，以及根據本發(fā)明的一種實施方式，應用下一相位，即相位0A，直到計時器Tnew的值，即時間tNEW，大于變量TeNT的值。當計時器Tnew的值，即時間 tNEW，大于變量TeNT的值時，計時器Tnew被重置到例如零值，以及電機14換相到下一相位，即 本實施方式的相位1 (如框114所示)。如以上所描述的，在相位1中，節(jié)點50是開放的 或浮置的，節(jié)點52被耦合用于接收電壓信號，控制該電壓信號的占空比以連續(xù)地調節(jié)每個 PWM周期的電流，以及節(jié)點54接地。在該配置中，電流II從節(jié)點52通過節(jié)點56流向節(jié)點 54，以及延遲之后，在節(jié)點50測量BEMF信號(如框116所示)。根據本發(fā)明的一種實施方 式，BEMF信號的測量延遲一段持續(xù)時間，該持續(xù)時間等于變量TeNT的值除以實數。例如，變 量TeNT的值除以四。然而，應指出的是，變量TeNT的值所除以的數不是本發(fā)明的限制。例如， 該數可以是二、三、四等等。根據另一實施方式，延遲之后，BEMF信號的最小或者最大幅度 被捕獲以及存儲為值VPEffl (如框118所示)。應指出的是，捕獲的BEMF信號是最小值還是 最大值取決于BEMF信號的極性。可選地，取代存儲BEMF信號的最小或者最大幅度，而是 存儲BEMF信號的最小或者最大幅度除以實數的商。雖然當該實數非常大時該商趨于零，然 而該商具有某個小但仍有限的值。而在另一可選的實施方式中，如果BEMF信號的最小或者 最大幅度較小，則最小或者最大幅度的值被捕獲和存儲為值VPEAK。應指出的是，在可選的實 施方式中，最小或者最大幅度的可檢測的量值隨產品實現(xiàn)而變化。例如，如果使用工作在 3. 3伏特電源的八位模擬_數字轉換器時，則最小或者最大幅度的可檢測的量值可以是大 約12. 89毫伏。然而，如果使用十二位模擬-數字轉換器，則最小或者最大幅度的可檢測的 量值可以是大約0. 8毫伏。模擬-數字轉換器的大小和供電軌不是本發(fā)明的限制。當BEMF信號達到反相值_VPEAK或者_VPEAK/N時，其中N為實數，計時器TNEW被采樣， 計時器Tnew的采樣值被存儲為時間tNEW，以及變量TeNT的值被調整為時間tNEW(如框120所 示)°圖6是用于啟動進程的啟動和對準部分的BEMF信號與相的關系曲線的圖示152。 圖6示出了對準步驟、在啟動步驟開始時的兩個跳過的相位、被延遲隱藏的BEMF信號的部 分以及包含峰值BEMF信號+VPEAK和-VPEAK的BEMF信號。應指出的是，在啟動過程中，峰值 BEMF信號+VPEAK和-VPEffl可以相同或者它們可以對于相位0、0A、1、1A、2、2A、3、3A、4、4A、5和 5A中每一個有所不同。進程返回框112所示的步驟，以及變量TeNT已經達到預定義的值teNTUP后，進程進 入正常的工作模式(參考字符106所示)。從啟動模式到正常的工作模式的轉換的技術是 本領域的技術人員所已知的。根據可選的實施方式，如果峰值電壓(VPEffl或者_VPEffl)趨于零或者等于零，則換 相看起來像過零(zero-crossing)換相。此外，電路可以被設計為BEMF信號的乒乓開關 (toggle)，BEMF信號是峰值電壓與除數的商，除數為實數。隨著實數增大，商趨于零，導致?lián)Q 相看起來像過零換相。雖然換相看起來像過零換相，然而應理解的是，商可以具有有限值， 并且因此該換相不是過零換相。現(xiàn)在應理解的是，已經提供了一種用于啟動無刷無傳感器DC電機的方法。在對準 相位中，通過使用步進PWM電流信號將定子放置到預定義的位置，將轉子對準定子。對準之 后，執(zhí)行序列中的下一相位，之后跳過兩相并且設置計時器到第一計數時間(count time)。 然后，定子中的電感器中的兩個電感器的兩個端子通過耦合到相同的工作電壓源(例如地 或者電壓信號)相互連接，而電壓信號或者地被應用于另一電感器端子。計時器被重新啟動，以及兩個相互連接的電感器端子之一被斷開，以使其浮置。延遲之后，為了使任意瞬態(tài) 信號耗散，存儲BEMF信號的峰值幅度。當BEMF信號變得等于峰值幅度的反相的一部分時， 更新變量為計數時間，其實質上等于停止計時器的時間。 雖然本文中已經公開了具體的實施方式，但是并不意味著本發(fā)明局限于公開的實 施方式。本領域的技術人員將認識到，在不偏離本發(fā)明的精神的情況下可以進行修改和變 更。這意味著，本發(fā)明包括落入所附權利要求的范圍內的所有這些修改和變更。
權利要求
一種用于啟動無刷直流電機的方法，該方法包括設置變量的值為第一時間；設置計時器的值為第三時間；生成從第一節(jié)點流向第二節(jié)點的第一總電流，直到所述第三時間大于所述第一時間，其中所述第一總電流的第一部分從所述第二節(jié)點流向第三節(jié)點，以及所述第一總電流的第二部分從所述第二節(jié)點流向第四節(jié)點；生成從所述第一節(jié)點流向所述第二節(jié)點并流向所述第四節(jié)點的第二電流；第一延遲之后，存儲第一反電動勢值；在所述第一反電動勢值實質上等于第一峰值幅度或者劃分值之一的第二時間，通過采樣所述計時器，生成第一采樣值，所述劃分值等于所述第一峰值幅度除以第一除數所得到的商；以及將所述變量的所述值調整為所述第一采樣值。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括在設置所述計時器為所述第二時間之前對準轉 子和定子。
3.根據權利要求2所述的方法，其中在設置所述計時器為第二計數時間之前對準所述 轉子和所述定子包括將所述轉子和所述定子對準到預定義的第一位置一段第一維持時間； 將所述轉子和所述定子對準到所述預定義的第一位置之后，將所述轉子移動到第二位 置并且在所述第二位置處保持所述轉子一段第二維持時間。
4.根據權利要求3所述的方法，其中將所述轉子和所述定子對準到所述預定義的第一 位置包括將脈寬調制步進電流應用到所述定子。
5.根據權利要求4所述的方法，其中所述脈寬調制步進電流具有2n幅度關系的一系列 的離散值，其中η為整數。
6.根據權利要求1所述的方法，還包括生成所述第一總電流一段第一持續(xù)時間。
7.根據權利要求1所述的方法，還包括生成從所述第二節(jié)點流向所述第四節(jié)點的第二總電流，直到所述計時器的所述值大于 所述變量的所述值，其中所述第二總電流包括從所述第一節(jié)點流向所述第二節(jié)點的第三電 流部分以及從所述第三節(jié)點流向所述第二節(jié)點的第四電流部分；生成從所述第三節(jié)點經由所述第二節(jié)點流向所述第四節(jié)點的第三電流； 在第二延遲之后，存儲第二反電動勢值；在所述第二反電動勢值實質上等于第二峰值幅度或者劃分值之一的第四時間，通過采 樣所述計時器，生成第二采樣值，所述劃分值等于所述第二峰值幅度除以第二除數所得到 的商；以及將所述變量的所述值調整為所述第二采樣值。
8.一種用于使用至少十二相位來啟動無刷直流電機的方法，該方法包括將轉子對準定子，其中所述定子包括第一、第二和第三電感器，所述第一、第二和第三 電感器中的每一個具有第一和第二端子；跳過所述至少十二相位中的至少一個相位； 設置變量的值為第一時間以及計時器的值為第二時間；在第三相位中，將工作電壓源應用到所述第一電感器和第三電感器的所述第一端子以 及將第一電壓信號應用到所述第二電感器中的所述第一端子；當所述計時器的所述值大于所述變量的所述值時，在第四相位中從所述第三電感器的 所述第一端子移除所述工作電壓源；在第一延遲之后，存儲第一反電動勢值；在所述第一反電動勢值實質上等于第一峰值幅度或者劃分值之一的第二時間，通過采 樣所述計時器，生成第一采樣值，所述劃分值等于所述第一峰值幅度除以第一除數所得到 的商；以及將所述變量的所述值調整為所述第一采樣值。
9.根據權利要求8所述的方法，還包括在第五相位中，將所述工作電壓源應用到所述第一電感器的所述第一端子，將第二電 壓信號應用到所述第二電感器的所述第一端子，以及將第三電壓信號應用到所述第三電感 器中的所述第一端子；當所述計時器的所述值大于所述變量的所述值時，在第六相位中從所述第二電感器的 所述第一端子移除所述第二電壓信號；在第二延遲之后，存儲第二反電動勢值；在所述第二反電動勢值實質上等于第二峰值幅度或者劃分值之一的第四時間，通過采 樣所述計時器，生成第二采樣值，所述劃分值等于所述第二峰值幅度除以第二除數所得到 的商；以及將所述變量的所述值調整為所述第二采樣值。
10.根據權利要求8所述的方法，其中跳過所述至少十二相位中的所述至少一個相位 包括跳過所述第一相位和第二相位。
全文摘要
一種用于啟動無刷DC電機的方法。根據預定義的相位，將轉子對準定子。對準之后，根據另一相位設置轉子，跳過兩相位，設置計時器為第一計數時間，以及根據第三相位將轉子對準定子。然后，計時器重新啟動，以及根據第四相位將轉子對準定子。第一延遲之后，存儲第一反電動勢的值。當第一反電動勢的值實質上等于相反極性的峰值幅度時，使計時器停止工作。更新計時器到第二計數時間，第二計時實質上等于第二計時器停止工作的時間。重復該進程，直到轉子已經具有適于正常工作的位置和速率。
文檔編號H02P6/18GK101938239SQ201010167048
公開日2011年1月5日 申請日期2010年4月20日 優(yōu)先權日2009年6月30日
發(fā)明者F·洛拉內, H·P·J·德弗略德 申請人:半導體元件工業(yè)有限責任公司