專利名稱：電動機驅(qū)動和控制電路及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種電動機驅(qū)動和控制電路及其控制方法，更具體地說，涉及一種在啟動期間實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的電動機驅(qū)動和控制電路及其控制方法。
背景技術(shù)：
在大多數(shù)電動機應用領(lǐng)域，由于轉(zhuǎn)矩不足夠大使得具有重負載的電動機不能容易地啟動。優(yōu)化電源的使用以使得電動機成功地啟動并且縮短從靜止到額定速度的過渡時間變得很重要。當電動機開始運行時，控制器將從電源輸出最大功率以確保電動機盡可能快地進入穩(wěn)定狀態(tài)。圖1和圖2給出了控制電動機速度的現(xiàn)有方法。圖1示出了現(xiàn)有的電動機驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖。如圖1所示，單相電動機驅(qū)動電路包括控制電路101和功率級?？刂齐娐?01輸出控制信號PWM1、PWM2、PWM3和PWM4來驅(qū)動單相電動機102。功率級包括四個開關(guān)裝置 SffU Sff2, SW3和SW4。SWl和SW4接收來自控制電路101的驅(qū)動信號P^l和P麗4以提供向右方向(如在圖1中箭頭“a”所示方向)的驅(qū)動電流。類似地，SW2和SW3接收驅(qū)動信號PWM2和PWM3以提供向左方向(如在圖1中箭頭“b”所示方向)的驅(qū)動電流。SW1、SW4 和SW2、SW3互補地接通/截止以適當?shù)馗淖儐蜗嚯妱訖C102的驅(qū)動電流的方向，借此單相電動機102旋轉(zhuǎn)。在其中驅(qū)動電流以箭頭a所示方向提供給單相電動機102的時間段中，SW4—直處于接通狀態(tài)，而SWl根據(jù)25kHz的基頻被接通或截止。相反，在其中驅(qū)動電流以箭頭b所示方向被提供給單相電動機102的時間段中，SW3 —直保持處于接通狀態(tài)，而SW2根據(jù)25kHz 的基頻被接通或截止。圖2是現(xiàn)有的單相電動機轉(zhuǎn)矩控制和速度調(diào)節(jié)的波形圖。通常，電動機驅(qū)動控制信號PWM是預定周期的鋸齒狀電壓Vcosc和負荷設(shè)定電壓 Vth之間的比較結(jié)果。如圖2所示，根據(jù)Vth的變化(圖2中的點線所示)，加寬或變窄由控制電路101中的比較器輸出的脈沖信號的寬度。即，Vcosc > Vth時，輸出高電平“H”。PWM信號占空比的加寬/變窄能夠改變電動機102的旋轉(zhuǎn)速度，如圖2所示，速度波形中脈沖信號的頻率與電動機轉(zhuǎn)速成正比。最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在100 %占空比，這是源自Vth < Vcosc (min)， 并且此時旋轉(zhuǎn)速度最高。圖3和圖4給出了現(xiàn)有技術(shù)中在啟動期間如何最優(yōu)化電動機速度特性。在實際應用中，期望電動機能夠盡可能快的啟動，降低從靜止到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的過渡時間段。這需要電動機具有大的啟動轉(zhuǎn)矩，這意味著PWM信號的占空比在啟動期間足夠大。圖3示出了現(xiàn)有的PWM信號可變的啟動波形圖。如圖3所示，其給出了啟動時間段PWM信號寬度變化。占空比(Duty cycle)從100%開始，因此電動機以最大轉(zhuǎn)矩開始旋轉(zhuǎn)并且速度快速上升。在特定時間之后，占空比變化到由Vth確定的標準設(shè)置值，然后電動機進入穩(wěn)定狀態(tài)并且速度達到與占空比設(shè)置值成比例的穩(wěn)定值。
圖4示出了現(xiàn)有PWM信號不可變的啟動波形圖。如圖4所示，占空比直接從由Vth 確定的標準設(shè)置值開始，啟動轉(zhuǎn)矩與圖3中所示的方法相比低很多，這使得從靜止到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的過渡時間長很多。如果電動機以重負載啟動，那么啟動過程甚至可能失敗，因為電動機的啟動轉(zhuǎn)矩通常高于負載轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的另外方面和優(yōu)點部分將在后面的描述中闡述，還有部分可從描述中明顯地看出，或者可以在本發(fā)明的實踐中得到。本申請?zhí)岢隽艘环N使得電動機以大的轉(zhuǎn)矩和短的時間啟動的方法。本申請所提出的方法能夠使得BLDC(BruShleSS DC，無刷直流)電動機以最大轉(zhuǎn)
矩啟動。本申請所提出的方法能夠判定電動機的負荷狀態(tài)，根據(jù)負荷狀態(tài)控制電動機的轉(zhuǎn)速。本發(fā)明提供了一種實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的電動機驅(qū)動和控制電路，包括旋轉(zhuǎn)停止檢測電路，用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號到啟動負荷設(shè)置電路和控制電路；驅(qū)動負荷判定電路，檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷，輸出驅(qū)動負荷信號到啟動負荷設(shè)置電路；啟動負荷設(shè)置電路，用于根據(jù)電機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；控制電路，用于根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行，其中，在啟動的初始時間段階段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。本發(fā)明還提供了一種以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機的控制方法，包括通過旋轉(zhuǎn)停止檢測電路檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號；通過驅(qū)動負荷判定電路檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷，輸出驅(qū)動負荷信號；通過啟動負荷設(shè)置電路根據(jù)電動機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；通過控制電路根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行，其中，在啟動的初始時間段階段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。在啟動和重新啟動期間，根據(jù)本發(fā)明實施例的電動機驅(qū)動和控制電路能夠完全在啟動初始階段以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機，使得電動機快速進入穩(wěn)定狀態(tài)，需要很少的外圍部件的數(shù)量，電路簡單，并且降低了成本。


通過結(jié)合附圖對本發(fā)明的優(yōu)選實施例進行詳細描述，本發(fā)明的上述和其他目的、 特性和優(yōu)點將會變得更加清楚，其中相同的標號指定相同結(jié)構(gòu)的單元，并且在其中圖1示出了現(xiàn)有的電動機驅(qū)動電路結(jié)構(gòu)圖；圖2是現(xiàn)有的占空比控制和速度調(diào)節(jié)的波形圖；圖3示出了現(xiàn)有的在啟動時間段期間的期望轉(zhuǎn)矩控制波形圖；圖4是沒有控制轉(zhuǎn)矩的標準啟動波形圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的單相電動機驅(qū)動和控制電路圖；以及圖6是根據(jù)本發(fā)明實施例的占空比變化波形圖以及根據(jù)本發(fā)明實施例以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機的控制方法。
具體實施例方式下面將參照示出本發(fā)明實施例的附圖充分描述本發(fā)明。然而，本發(fā)明可以以許多不同的形式實現(xiàn)，而不應當認為限于這里所述的實施例。相反，提供這些實施例以便使本公開透徹且完整，并且將向本領(lǐng)域技術(shù)人員充分表達本發(fā)明的范圍。在附圖中，為了清楚起見放大了組件。應當理解，當稱“元件” “耦接到”或“耦接”到另一元件時，它可以是直接耦接或耦接到另一元件或者可以存在中間元件。相反，當稱元件“直接耦接到”或“直接耦接到”另一元件時，不存在中間元件。相同的附圖標記指示相同的元件。這里使用的術(shù)語“和/或” 包括一個或多個相關(guān)列出的項目的任何和所有組合。圖5和圖6給出了根據(jù)本發(fā)明實施例實施的啟動轉(zhuǎn)矩控制的改進。圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實施例的實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的單相電動機驅(qū)動和控制電路圖。根據(jù)本發(fā)明實施例的電動機驅(qū)動和控制電路包括旋轉(zhuǎn)停止檢測電路506，用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號到啟動負荷設(shè)置電路和控制電路；驅(qū)動負荷判定電路503，檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷，輸出驅(qū)動負荷信號到啟動負荷設(shè)置電路；啟動負荷設(shè)置電路507，用于根據(jù)電機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；和控制電路502，用于根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行。此外，根據(jù)本發(fā)明實施例的電動機驅(qū)動和控制電路還包括霍爾傳感器500，用于根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)位置輸出正弦波信號；和比較器 501，用于根據(jù)來自霍爾傳感器的正弦波信號生成矩形波信號，并將該矩形波信號輸出到控制電路以切換電動機的驅(qū)動電流方向。啟動負荷設(shè)置電路507，用于根據(jù)電機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成控制電動機運行的第二控制信號。 啟動負荷設(shè)置電路507在啟動的初始時間段階段生成有效啟動負荷設(shè)置信號，以便以最大啟動轉(zhuǎn)矩啟動電動機。啟動負荷設(shè)置電路507包括恒流源508、電容器C54、比較器電路CMP25071、基準電壓VREFl、兩個邏輯門AND 58 (與門)和OR 59 (或門)。比較器電路CMP2 5071的+端 (同相輸入端)耦接到基準電壓VREF1，而比較器電路CMP2 5071的-端(反相輸入端)耦接到電容器C54的未接地側(cè)。S卩，比較器電路CMP2 5071比較電容器C54的未接地側(cè)上的電壓Vc54與基準電壓VREFl的大小以輸出啟動負荷設(shè)置信號，在電容器C54的未接地側(cè)上的電壓V㈤低于VREFl期間，啟動負荷設(shè)置信號變?yōu)椤癏”，并且在電容器C54的未接地側(cè)上的電壓Vc54高于VREFl期間，啟動負荷設(shè)置信號變?yōu)椤癓”。比較器電路CMP2 5071的輸出端耦接到或門59的輸入端?；蜷T59對啟動負荷設(shè)置信號和來自驅(qū)動負荷判定電路503的驅(qū)動負荷信號進行“或運算”，并將結(jié)果輸出到與門 58的輸入端。與門58對或門59的結(jié)果和來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路506的旋轉(zhuǎn)/停止信號的非進行“與運算”，并將結(jié)果作為第二控制信號輸出到控制電路502。驅(qū)動負荷判定電路503包括最低速負荷設(shè)置電路5031，用于將最低速負荷設(shè)置電壓輸出到第一比較器的第一輸入端；檢測溫度電壓生成電路5032，檢測由電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，并將檢測溫度電壓輸出到第一比較器的第二輸入端；和比較器 5033，其具有第一輸入端、第二輸入端、接收三角波信號的第三輸入端、和耦接到啟動負荷設(shè)置電路的輸出端，用于將第一和第二輸入中較小的一個設(shè)置為負荷設(shè)置電壓，并將三角波信號和所述負荷設(shè)置電壓進行比較以生成驅(qū)動負荷信號。最低速負荷設(shè)置電路5031包括電源Vcc、和串聯(lián)耦接在電源Vcc和地Vss之間的分壓電阻器R51和R52。在分壓電阻器R51和R52之間的耦接點處的電壓作為最低速負荷設(shè)置電壓輸出到比較器電路CMPl 5033。但本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，可以采用其他現(xiàn)有的方法來得到該Vls的獲得不限于圖5中的電路。V。取值根據(jù)實際應用情況進行設(shè)定，但最大不能超過該引腳所能承受的最大耐壓。熱敏電阻器Rs和電阻器R53串聯(lián)耦接在電源Vcc和地Vss之間以構(gòu)成檢測溫度電壓生成電路5032。熱敏電阻器Rs是附著在風扇的內(nèi)殼以便檢測風扇的周圍環(huán)境溫度。在熱敏電阻器Rs和電阻器R53之間的耦接點處生成反應風扇的周圍環(huán)境溫度的檢測溫度電壓Vth，并將其輸出到比較器電路CMPl 5033。熱敏電阻器Rs具有負溫度系數(shù)，并且當內(nèi)殼中的溫度上升時，檢測溫度電壓Vth下降。此處，雖然通過熱敏電阻器Rs和電阻器R53生成反映風扇的周圍環(huán)境溫度的檢測溫度電壓Vth，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應該理解，可以采用其他方法來得到該檢測溫度電壓Vth，檢測溫度電壓Vth的獲得不限于圖5中的電路。比較器CMPl 5033將來自最低速負荷設(shè)置電路5031的最低速負荷設(shè)置電壓和來自檢測溫度電壓生成電路5032的檢測溫度電壓Vth進行比較。最低速負荷設(shè)置電壓或檢測溫度電壓Vth中較小的一個被設(shè)置為負荷設(shè)置電壓。并且比較器CMPl 5033比較來自振蕩器5034的三角波信號Vcosc和根據(jù)上述比較得到的負荷設(shè)置電壓，以生成驅(qū)動負荷信號作為驅(qū)動負荷判定電路503的輸出。比較器CMPl 5033僅在三角波信號Vcosc大于負荷設(shè)置電壓的時間段中輸出“H”驅(qū)動負荷信號。旋轉(zhuǎn)停止檢測電路506包括電容器C54、恒流源508、兩個NPN型雙極晶體管Tr56 和Tr57、兩個比較器電路CMP3 5062和CMP4 5063、兩個基準電壓VREF2和VREF3、以及邏輯門AND 55(邏輯與門)。旋轉(zhuǎn)停止檢測電路506檢測單相電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，放電脈沖反映電動機的旋轉(zhuǎn)或停止。這里，電容器CM和恒流源508構(gòu)成充電電路，而電容器C54、雙極晶體管Tr56、和基準電壓VREF2構(gòu)成一個放電電路，電容器CM和雙極晶體管Tr57構(gòu)成另一放電電路。結(jié)果，充電/放電電壓具有鋸齒形出現(xiàn)在電容器C54的未接地側(cè)。比較器電路CMP3 5062的-端(反相輸入端)耦接到基準電壓VREF2，而比較器電路CMP3 5062的+端(同相輸入端)耦接到電容器CM的未接地側(cè)，比較器電路CMP3 5062 輸出第一控制信號到與門55的輸入端。類似地，比較器電路CMP4 5063的-端(反相輸入端)耦接到基準電壓VREF3，而比較器電路CMP4 5063的+端(同相輸入端)耦接到電容器Cl的未接地側(cè)，比較器電路CMP4 5063輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號到晶體管Tr57的基極以及啟動負荷設(shè)置電路507和控制電路502。其中，VREFl < VREF2 < VREF3。
比較器電路CMP3 5062僅在其中電容器C54的未接地側(cè)上的電壓Ve54高于基準電壓VREF2的時間段中輸出“H”第一控制信號，該“H”第一控制信號將允許放電脈沖信號接通晶體管Tr56。而且，比較器電路CMP4 5063僅在其中電容器⑶4的未接地側(cè)上的電壓Vc54 高于基準電壓VREF3的時間段中輸出“H”旋轉(zhuǎn)/停止信號，該“H”旋轉(zhuǎn)/停止信號將直接接通晶體管Tr57。同時，比較器電路CMP4 5063生成的旋轉(zhuǎn)/停止信號被輸出到啟動負荷設(shè)置電路507和控制電路502。晶體管Tr56的發(fā)射極耦接到基準電壓VREF2，集電極耦接到恒流源508，基極耦接到邏輯門AND 55的輸出；晶體管Tr57的發(fā)射極接地，集電極耦接到恒流源508，基極耦接到比較器電路CMP4 5063的輸出。邏輯門AND 55接收來自控制電路502的放電脈沖和比較器電路CMP35062的輸出。電容器CM —端接地，另一端與恒流源508與晶體管Tr56和晶體管Tr57的交點相連?；魻栄b置500固定在與單相電動機的轉(zhuǎn)子側(cè)上的磁極相對的預定位置?；魻杺鞲衅?00根據(jù)單相電動機的旋轉(zhuǎn)位置，即相對轉(zhuǎn)子側(cè)的磁極的變化，輸出正弦波信號。比較器電路501具有遲滯特性并且根據(jù)來自霍爾傳感器500的正弦波信號輸出矩形波信號。矩形波信號是通信信號，其是用于將單相電動機的驅(qū)動電流切換到“a”和“b”方向的任何一個的基準?？刂齐娐?02，用于根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路506的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路507的第二控制信號，控制電動機的運行?？刂齐娐?02輸出控制信號P麗1、P麗2、P麗3和P麗4來驅(qū)動單相電動機。功率級包括四個開關(guān)裝置SW1、SW2、SW3和SW4。SWl和SW4接收來自控制電路502的驅(qū)動信號 PWMl和PWM4以提供向右方向(如在圖5中箭頭“a”所示方向)的驅(qū)動電流。類似地，SW2 和SW3接收驅(qū)動信號PWM2和PWM3以提供向左方向(如在圖5中箭頭“b”所示方向)的驅(qū)動電流。SW1、SW4和SW2、SW3互補地接通/截止以適當?shù)馗淖儐蜗嚯妱訖C的驅(qū)動電流的方向，借此單相電動機旋轉(zhuǎn)。在其中驅(qū)動電流以箭頭a所示方向提供給單相電動機的時間段中，SW4 —直處于接通狀態(tài)，而SWl根據(jù)25kHz的基頻被接通或截止。相反，在其中驅(qū)動電流以箭頭b所示方向被提供給單相電動機的時間段中，SW3 —直保持處于接通狀態(tài)，而SW2根據(jù)25kHz的基頻被接通或截止。圖6中示出了圖5中的各信號波形圖以及根據(jù)本發(fā)明實施例以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機的控制方法。其中，矩形波信號是比較器電路501輸出的信號；Vth為檢測溫度電壓生成電路5032的輸出；Vcosc是振蕩器5034的輸出信號；Vcosc (max)和Vcosc (min)分別是 Vcosc的最大值和最小值；Vls是最低速負荷設(shè)置電路5031的輸出；PWM是控制電路502的輸出；Vc54是電容器CM非接地側(cè)電壓。t0 tl 如圖6的時間段t0 tl中所示，電容器CM的未接地側(cè)上的電壓Vc54低于VREFl， 因此比較器電路CMP2 5071將輸出“H”(高電平)啟動負荷設(shè)置信號。在這個時間段期間， 不管比較器電路CMPl 5033的輸出是什么，邏輯門OR 59 (邏輯或門)將總是輸出“H”信號。 這意味著在圖6中的啟動初始時間段階段t0 tl將以最大占空比啟動單相電動機。tl t2(VLS < Vth)
在電容器C54的未接地側(cè)的電壓Ve54隨著時間而增加并高于VREFl之后，比較器電路CMP2 5071的輸出變?yōu)椤癓”，結(jié)果邏輯門OR 59的輸出將由驅(qū)動負荷判定比較器電路 CMPl 5033的輸出來判定。CMPl 5033將最低速負荷設(shè)置電壓和檢測溫度電壓Vth進行比較。最低速負荷設(shè)置電壓或檢測溫度電壓Vth中較小的一個被設(shè)置為負荷設(shè)置電壓。 如圖6的時間段tl t2所示，驅(qū)動負荷判定比較器CMPl 5033僅在三角波信號Vcosc大于負荷設(shè)置電壓的時間段中輸出“H”驅(qū)動負荷信號。來自控制電路502的放電脈沖由比較器電路CMP3 5062和邏輯門AND 55使能或禁止。例如，在圖6的tl_a時刻點出現(xiàn)的來自霍爾信號的放電脈沖被CMP3 5062的“L”輸出信號禁止，因為此時電容器C54的未接地側(cè)的電壓Vc54低于VREF2，結(jié)果電容器CM的電壓繼續(xù)增加。然而，在圖6的時間點tl-b出現(xiàn)的放電脈沖由CMP35062的“H”輸出信號使能，因為在時間點tl_b電容器CM的未接地側(cè)的電壓Vc54高于VREF2，結(jié)果由于放電電流通過晶體管Tr56，電容器CM的電壓降低到基準電壓VREF2。t2 t3 (Vls > Vth)由于單相電動機內(nèi)殼的溫度上升，檢測溫度電壓Vth的逐漸降低。因此，當最低速負荷設(shè)置電壓經(jīng)過圖6中的交叉點變得大于檢測溫度電壓Vth時，驅(qū)動負荷判定比較器 CMPl 5033將負荷設(shè)置電壓轉(zhuǎn)換成檢測溫度電壓Vth。在圖6的時間段t2 t3中，驅(qū)動負荷判定比較器CMPl 5033僅在其中三角波信號Vcosc大于負荷設(shè)置電壓的時間段中輸出“H”驅(qū)動負荷信號。t3 t4 比較器電路CMP4 5063的輸出用于直接驅(qū)動晶體管Tr57，并使能或禁止來自驅(qū)動負荷判定比較器電路CMPl 5033的驅(qū)動負荷信號。如果單相電動機被強制停止，霍爾傳感器500輸出信號一直保持不變，從而控制電路502不再產(chǎn)生放電脈沖，驅(qū)動晶體管Tr56不再導通，電容器CM的電壓保持增加，直到該電壓在時間點t3處高于基準電壓VREF3為止。 此時，比較器電路CMP45063輸出“H”(高電平)旋轉(zhuǎn)/停止信號以禁止來自比較器電路 CMPl 5033的驅(qū)動負荷信號并接通晶體管Tr57來對電容器CM放電，如圖6中的t3 t4 時間段所示。t4 t5 在t4時間點通過晶體管Tr57，電容器C54的電壓下降到0之后，來自比較器電路 CMPl 5033的驅(qū)動負荷信號再次被使能以驅(qū)動單相電動機。同時，電容器CM也從0開始充電并且小于VREF1，因此比較器電路CMP2 5071將輸出“H”信號來以最大占空比驅(qū)動單相電動機，如圖6的t4 t5時間段中所示。t > t5 在時間點t5電容器CM的電壓高于VREFl之后，驅(qū)動負荷將再次由驅(qū)動負荷判定比較器CMPl 5033判定，如圖6的t>t5時間段中所示。當由單相電動機內(nèi)殼的溫度上升增長，熱敏電阻器Rs的檢測溫度電壓Vth變得更低時，在〖> t5時間段期間Vth小于三角波信號Vcosc (min)，所以從驅(qū)動負荷判定比較器CMPl 5033輸出的驅(qū)動占空比也是100%。在啟動和重新啟動期間，圖5中的電路能夠完全實現(xiàn)最大轉(zhuǎn)矩啟動單相電動機， 簡化了電路，在電路中需要更少的外圍部件，即電路5031和5032，的數(shù)量，降低了成本，并且電動機啟動之后，根據(jù)負荷狀態(tài)控制電動機的轉(zhuǎn)速。由于其他電路都是內(nèi)部集成電路，因
10此從成本角度來看，降低了成本。 雖然結(jié)合目前被認為是最實際和最優(yōu)的實施例描述了本發(fā)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應當理解本發(fā)明不限于所公開的實施例，相反，本發(fā)明旨在覆蓋所附權(quán)利要求的精神和范疇之內(nèi)包括的各種各樣的修改和等價結(jié)構(gòu)。
權(quán)利要求
1.一種實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的電動機驅(qū)動和控制電路，包括旋轉(zhuǎn)停止檢測電路，用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號到啟動負荷設(shè)置電路和控制電路；驅(qū)動負荷判定電路，檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷，輸出驅(qū)動負荷信號到啟動負荷設(shè)置電路；啟動負荷設(shè)置電路，用于根據(jù)電機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；控制電路，用于根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行，其中，在啟動的初始時間段階段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。
2.如權(quán)利要求1所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，所述驅(qū)動負荷判定電路包括 最低速負荷設(shè)置電路，用于將最低速負荷設(shè)置電壓輸出到第一比較器的第一輸入端； 檢測溫度電壓生成電路，檢測由電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，并將檢測溫度電壓輸出到第一比較器的第二輸入端；第一比較器，其具有第一輸入端、第二輸入端、接收三角波信號的第三輸入端、和耦接到啟動負荷設(shè)置電路的輸出端，用于將第一和第二輸入中較小的一個設(shè)置為負荷設(shè)置電壓，并將三角波信號和所述負荷設(shè)置電壓進行比較以生成驅(qū)動負荷信號。
3.如權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，第一比較器僅在三角波信號大于負荷設(shè)置電壓的時間段中生成高電平的驅(qū)動負荷信號。
4.如權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，檢測溫度電壓生成電路包括串聯(lián)耦接在電源和地之間的熱敏電阻器和第三電阻器。
5.如權(quán)利要求4所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，熱敏電阻器是附著在電動機驅(qū)動的風扇的內(nèi)殼以便檢測風扇的周圍環(huán)境溫度，并且當內(nèi)殼中的溫度上升時，檢測溫度電壓下降。
6.如權(quán)利要求2所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，最低速負荷設(shè)置電路包括串聯(lián)耦接在電源和地之間的第一和第二分壓電阻器，在第一和第二分壓電阻器之間的耦接點處的電壓作為最低速負荷設(shè)置電壓輸出。
7.如權(quán)利要求1至6所述的電動機驅(qū)動和控制電路，所述旋轉(zhuǎn)停止檢測電路包括 電容器，具有第一端和接地的第二端；第三比較器，具有耦接到電容器的第一端的正輸入端、耦接到第二基準電壓的負輸入端，用于比較電容器第一端的電壓和第二基準電壓并輸出第一控制信號；第四比較器，具有耦接到電容器的第一端的正輸入端、耦接到第三基準電壓的負輸入端和輸出端，用于比較電容器第一端的電壓和第三基準電壓并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號。
8.如權(quán)利要求7所述的電動機驅(qū)動和控制電路，所述旋轉(zhuǎn)停止檢測電路還包括 恒流源，耦接到電容器的第一端；第一晶體管，具有由第二與門的輸出控制的基極、耦接到第二基準電壓的發(fā)射極和耦接到電容器的第一端的集電極；第二晶體管，具有由第四比較器的輸出控制的基極、耦接到地的發(fā)射極和耦接到電容器的第一端的集電極；第二與門，對來自控制電路的放電脈沖和第一控制信號進行與運算。
9.如權(quán)利要求7所述的電動機驅(qū)動和控制電路，所述啟動負荷設(shè)置電路包括第二比較器，具有耦接到第一基準電壓的正輸入端、耦接到電容器的第一端的負輸入端，用于比較電容器第一端的電壓和第一基準電壓并輸出啟動負荷設(shè)置信號，其中，第一基準電壓小于第二基準電壓；并且第二基準電壓小于第三基準電壓。
10.如權(quán)利要求9所述的電動機驅(qū)動和控制電路，其中，啟動負荷設(shè)置電路還包括或門，對來自第二比較器的啟動負荷設(shè)置信號和來自驅(qū)動負荷判定電路的驅(qū)動負荷信號進行或運算，并將結(jié)果輸出到第一與門的輸入端；第一與門，對來自或門的信號和來自第四比較器的旋轉(zhuǎn)/停止信號的非進行與運算， 以生成第二控制信號。
11.如權(quán)利要求1至6所述的電動機驅(qū)動和控制電路，進一步包括 霍爾傳感器，用于根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)位置輸出正弦波信號；和第五比較器，用于根據(jù)來自霍爾傳感器的正弦波信號生成矩形波信號，并將該矩形波信號輸出到控制電路以切換電動機的驅(qū)動電流方向。
12.—種以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機的控制方法，包括通過旋轉(zhuǎn)停止檢測電路檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號； 通過驅(qū)動負荷判定電路檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷， 輸出驅(qū)動負荷信號；通過啟動負荷設(shè)置電路根據(jù)電動機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；通過控制電路根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行，其中，在啟動的初始時間段階段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。
13.如權(quán)利要求12所述控制方法，進一步包括通過霍爾傳感器根據(jù)電動機的旋轉(zhuǎn)位置輸出正弦波信號；和根據(jù)來自霍爾傳感器的正弦波信號生成矩形波信號，并根據(jù)該矩形波信號切換電動機的驅(qū)動電流方向。
14.如權(quán)利要求13所述控制方法，進一步包括檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，將溫度信號轉(zhuǎn)換為電信號，并生成檢測溫度電壓；生成最低速負荷設(shè)置電壓以設(shè)置電動機的最低轉(zhuǎn)速；比較最低速負荷設(shè)置電壓和檢測溫度電壓，將最低速負荷設(shè)置電壓和檢測溫度電壓中較小的一個設(shè)置為負荷設(shè)置電壓，并將三角波信號和所述負荷設(shè)置電壓進行比較以生成驅(qū)動負荷信號，其中，在三角波信號大于負荷設(shè)置電壓的時間段中生成高電平的驅(qū)動負荷信號。
15.如權(quán)利要求14所述控制方法，進一步包括通過電流源給所述旋轉(zhuǎn)停止檢測電路中的電容器充電；在電容器的第一端電壓小于第一基準電壓時間段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。
16.如權(quán)利要求15所述控制方法，進一步包括根據(jù)所述矩形波信號生成放電脈沖信號，在電容器的第一端電壓大于第二基準電壓時間段，通過該放電脈沖信號控制給電容器放電至第二基準電壓。
17.如權(quán)利要求16所述控制方法，進一步包括當電容器的第一端電壓大于第三基準電壓時，給第一電容器放電。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種實現(xiàn)最大啟動轉(zhuǎn)矩的電動機驅(qū)動和控制電路，包括旋轉(zhuǎn)停止檢測電路，用于檢測電動機的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號到啟動負荷設(shè)置電路和控制電路；驅(qū)動負荷判定電路，檢測電動機驅(qū)動的風扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動機的負荷，輸出驅(qū)動負荷信號到啟動負荷設(shè)置電路；啟動負荷設(shè)置電路，用于根據(jù)電機的運行生成啟動負荷設(shè)置信號，并利用啟動負荷設(shè)置信號、驅(qū)動負荷信號和旋轉(zhuǎn)/停止信號來生成第二控制信號；控制電路，用于根據(jù)來自旋轉(zhuǎn)停止檢測電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號和來自啟動負荷設(shè)置電路的第二控制信號，控制電動機的運行，其中，在啟動的初始時間段階段，生成有效啟動負荷設(shè)置信號以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動電動機。
文檔編號H02P6/16GK102158159SQ20111011011
公開日2011年8月17日 申請日期2011年4月29日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月29日
發(fā)明者俞楊威, 李伊珂, 趙劍 申請人:成都芯源系統(tǒng)有限公司