本發(fā)明涉及一種用于對馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動控制的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)和方法、以及具備該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的小功率電動設(shè)備。

背景技術(shù)：

現(xiàn)有的小功率電動設(shè)備，例如電動牙刷、電動剃須刀等美容或生活小家電，通常以電池作為電源，通過該電源向馬達(dá)供電，由馬達(dá)驅(qū)動被驅(qū)動部轉(zhuǎn)動。以電動牙刷為例，通?？赏ㄟ^作為電源的二次電池向馬達(dá)供電以驅(qū)動馬達(dá)，進(jìn)而由馬達(dá)帶動作為被驅(qū)動部的電動牙刷刷頭轉(zhuǎn)動。

目前，適用于上述小功率電動設(shè)備的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)通常形成為圖3所示的結(jié)構(gòu)。如圖3所示，在該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)中，以電池為電源，作為控制單元的微機(jī)通過控制與直流馬達(dá)串聯(lián)的晶體管，對直流馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動控制。

在該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的運(yùn)行過程中，直流馬達(dá)在啟動時(shí)如果是直接強(qiáng)啟動，會產(chǎn)生遠(yuǎn)超于馬達(dá)額定電流的沖擊電流，這種過大的啟動電流會引起電源電壓突然降低，將對電源內(nèi)部結(jié)構(gòu)造成破壞。此外，馬達(dá)繞組會由于過熱而損壞或使過流保護(hù)裝置動作，切斷電源，不能啟動。此外，直流馬達(dá)因沖擊電流產(chǎn)生的啟動轉(zhuǎn)矩會對馬達(dá)及所驅(qū)動的部件造成電氣和機(jī)械損傷，造成機(jī)械傳動部件的非正常磨損，因此會加速設(shè)備老化，縮短設(shè)備的使用壽命。

為了避免馬達(dá)直接強(qiáng)啟動產(chǎn)生的大沖擊電流對電源、馬達(dá)和馬達(dá)所驅(qū)動的部件造成損壞。目前，在啟動馬達(dá)時(shí)，采用了軟啟動的方式。即、微機(jī)通過輸出的pwm波控制晶體管的導(dǎo)通或關(guān)斷，從而來控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速，占空比越大馬達(dá)轉(zhuǎn)速越高。

具體而言，在軟啟動過程中，驅(qū)動開始時(shí)微機(jī)根據(jù)程序里面已經(jīng)設(shè)定好的軟啟動方式，進(jìn)行驅(qū)動。軟啟動的初始占空比，目標(biāo)占空比（一般設(shè)定正常工作時(shí)的占空比為目標(biāo)占空比），占空比變化周期變化值（即變化率，例如：占空比變化周期可設(shè)為+1％/1s，表示1s增加1％，1s為占空比變化周期，+1％為占空比變化值）都是固定的。在對馬達(dá)進(jìn)行該軟啟動時(shí)，如圖4所示，當(dāng)用戶按下開關(guān)時(shí)，微機(jī)會緩慢增大占空比，一直達(dá)到目標(biāo)值，該過程中馬達(dá)的轉(zhuǎn)速會隨著占空比增大而增大。

現(xiàn)有的小功率電動設(shè)備的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)往往采用上述軟啟動模式+正常工作模式相結(jié)合的形式進(jìn)行工作。即，按下開關(guān)后進(jìn)入到軟啟動模式，軟啟動結(jié)束后進(jìn)入到正常工作模式。而正常工作模式采用的是所謂的馬達(dá)定電壓控制，即在正常工作狀態(tài)下通過微機(jī)輸出的pwm波，來保持馬達(dá)兩端電壓不變。以鎳氫電池為例，正常工作狀態(tài)下電池電壓為1.0v-1.5v。如果想要保持馬達(dá)兩端的電壓在1.2v，即電池電壓大于1.2v時(shí)，微機(jī)通過輸出pwm波，來保證馬達(dá)兩端電壓1.2v。

但是，如果沿用現(xiàn)有的上述軟啟動技術(shù)，即設(shè)定軟啟動的開始占空比，目標(biāo)占空比，占空比變化周期都是固定的，則在軟啟動模式與正常工作模式之間切換（即軟啟動結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)）時(shí)，如圖5所示，目標(biāo)占空比≠正常驅(qū)動占空比，此時(shí)會發(fā)生占空比突變，容易引起馬達(dá)的電壓，電流，以及聲音的突變，由此降低了電動設(shè)備的品質(zhì)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

鑒于以上存在的問題，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種能夠避免馬達(dá)的電壓，電流，以及聲音等發(fā)生突變的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)和方法、以及具備該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的小功率電動設(shè)備。

為了解決上述技術(shù)問題，一方面，本發(fā)明提供了一種馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，包括：電源；經(jīng)由開關(guān)元件從所述電源供電的馬達(dá)；以及向所述開關(guān)元件輸出pwm脈沖信號以控制其通斷從而驅(qū)動所述馬達(dá)的控制單元；所述控制單元形成為使所述pwm脈沖信號的占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比的結(jié)構(gòu)，其中，所述初始占空比、所述變化率以及所述目標(biāo)占空比基于所述電源的電壓進(jìn)行設(shè)定。

根據(jù)本發(fā)明，控制單元使輸出的pwm脈沖信號的占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比，且由于用于進(jìn)行軟啟動的初始占空比、占空比變化率以及目標(biāo)占空比都可基于電源的電壓進(jìn)行設(shè)定，從而可以在軟啟動過程中基于該電源的電壓調(diào)節(jié)占空比，以便在軟啟動模式與正常工作模式之間切換（即軟啟動結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)）時(shí)使目標(biāo)占空比等于正常驅(qū)動占空比。此時(shí)馬達(dá)的電壓，電流，聲音等等不會發(fā)生突變，由此可提升產(chǎn)品品質(zhì)。

本發(fā)明中，所述電壓可由所述控制單元進(jìn)行檢測。

根據(jù)本發(fā)明，控制單元可形成為對電源的電壓進(jìn)行檢測的結(jié)構(gòu)，從而有利于基于檢測到的該電壓設(shè)定初始占空比、占空比變化率以及目標(biāo)占空比。

優(yōu)選地，本發(fā)明中，所述開關(guān)元件可為與所述馬達(dá)串聯(lián)的晶體管，所述控制單元向所述晶體管的控制輸入端輸出所述pwm脈沖信號。

根據(jù)本發(fā)明，控制單元可向晶體管的控制輸入端輸出pwm脈沖信號，控制該晶體管的導(dǎo)通或斷開，以將來自電源的電壓以脈沖形式供應(yīng)給馬達(dá)，從而可有效地控制馬達(dá)的轉(zhuǎn)速。

優(yōu)選地，本發(fā)明中，所述電源可為二次電池。

另一方面，本發(fā)明還提供了一種使用上述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動的方法，包括：電源經(jīng)由開關(guān)元件向馬達(dá)供電；通過控制單元向所述開關(guān)元件輸出pwm脈沖信號以控制其通斷從而驅(qū)動所述馬達(dá)；所述控制單元將所述pwm脈沖信號的占空比設(shè)定為從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比，其中，所述初始占空比、所述變化率以及所述目標(biāo)占空比基于所述電源的電壓進(jìn)行設(shè)定。

在本發(fā)明的上述方法中，所述電壓可由所述控制單元進(jìn)行檢測。

此外，本發(fā)明還提供了一種小功率電動設(shè)備，包括：由馬達(dá)驅(qū)動的被驅(qū)動部和上述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)。

采用上述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的小功率電動設(shè)備，在采用軟啟動模式+正常工作模式相結(jié)合的形式進(jìn)行工作時(shí)，在軟啟動模式與正常工作模式之間切換（即軟啟動結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)）時(shí)目標(biāo)占空比等于正常驅(qū)動占空比。因此，馬達(dá)的電壓，電流，聲音等等不會發(fā)生突變，由此提升了此類小功率電動設(shè)備的品質(zhì)。

根據(jù)下述具體實(shí)施方式并參考附圖，將更好地理解本發(fā)明的上述內(nèi)容及其它目的、特征和優(yōu)點(diǎn)。

附圖說明

圖1為根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為示出采用圖1所示馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的占空比變化的示意圖；

圖3為現(xiàn)有的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4為現(xiàn)有的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的工作原理圖；

圖5為示出采用圖3所示現(xiàn)有馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的占空比變化的示意圖；

附圖標(biāo)記：

1、電源；

2、晶體管；

3、馬達(dá)；

4、微機(jī)；

5、充電電路；

6、微機(jī)供電電路；

7、開關(guān)。

具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和下述實(shí)施方式進(jìn)一步說明本發(fā)明，應(yīng)理解，附圖及下述實(shí)施方式僅用于說明本發(fā)明，而非限制本發(fā)明。

針對現(xiàn)有技術(shù)中采用軟啟動驅(qū)動馬達(dá)時(shí)存在的模式切換時(shí)馬達(dá)電壓，電流，以及聲音等會發(fā)生突變的問題。本發(fā)明提供了一種馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，包括：電源；經(jīng)由開關(guān)元件從所述電源供電的馬達(dá)；以及向所述開關(guān)元件輸出pwm脈沖信號以控制其通斷從而驅(qū)動所述馬達(dá)的控制單元；所述控制單元形成為使所述pwm脈沖信號的占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比的結(jié)構(gòu)，其中，所述初始占空比、所述變化率以及所述目標(biāo)占空比基于所述電源的電壓進(jìn)行設(shè)定。

并且，本發(fā)明還提供了一種使用上述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)進(jìn)行驅(qū)動的方法，包括：電源經(jīng)由開關(guān)元件向馬達(dá)供電；通過控制單元向所述開關(guān)元件輸出pwm脈沖信號以控制其通斷從而驅(qū)動所述馬達(dá)；所述控制單元將所述pwm脈沖信號的占空比設(shè)定為從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比，其中，所述初始占空比、所述變化率以及所述目標(biāo)占空比基于所述電源的電壓進(jìn)行設(shè)定。

根據(jù)本發(fā)明的系統(tǒng)及方法，控制單元使輸出的pwm脈沖信號的占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比，且由于用于進(jìn)行軟啟動的初始占空比、變化率以及目標(biāo)占空比都是基于電源的電壓進(jìn)行設(shè)定，從而可以在軟啟動過程中基于電源的電壓調(diào)節(jié)占空比，以便在軟啟動模式與正常工作模式之間切換（即軟啟動結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)）時(shí)使目標(biāo)占空比等于正常起動占空比。此時(shí)馬達(dá)的電壓，電流，聲音等等不會發(fā)生突變，由此可提升產(chǎn)品品質(zhì)。

以下，結(jié)合本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施形態(tài)進(jìn)一步詳細(xì)說明。圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一實(shí)施形態(tài)的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)中，馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)可包括電源1，該電源1可以是可充電的二次電池。該電源1可通過與其相連的充電電路進(jìn)行充電。該電源1經(jīng)由開關(guān)元件對馬達(dá)3供電。開關(guān)元件可為與馬達(dá)3串聯(lián)的晶體管2。在本實(shí)施形態(tài)中，該晶體管2可為三極管，但本發(fā)明不限于此，也可以采用場效應(yīng)管。

具體地，如圖1所示，本實(shí)施形態(tài)中，馬達(dá)3的一端可連接于電源1的正極，而另一端可連接于晶體管2的集電極端子。晶體管2的發(fā)射極端子可連接于電源1的負(fù)極。由此，馬達(dá)3可經(jīng)由晶體管2與電源1串聯(lián)。

還如圖1所示，該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)還包括與作為開關(guān)元件的晶體管2的基極端子相連的控制單元4，該控制單元4向晶體管2的基極端子輸出pwm脈沖信號以控制該晶體管2的通斷從而驅(qū)動馬達(dá)3。當(dāng)有電壓信號從控制單元4提供給晶體管2的基極端子時(shí)，馬達(dá)3由電源1供電。上述控制單元4可由微機(jī)構(gòu)成。

此外，還如圖1所示，電源1還可連接至用于對作為控制單元4的微機(jī)進(jìn)行供電的微機(jī)供電電路6。該微機(jī)供電電路6例如可包括提高由電源1提供的供電電壓的增壓器電路等。另外，該馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)還包括可由用戶操作以開始對馬達(dá)進(jìn)行驅(qū)動的開關(guān)7。

在本實(shí)施形態(tài)的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)中，在對馬達(dá)3進(jìn)行軟啟動時(shí)，上述控制單元4可形成為使向晶體管2輸出的pwm脈沖信號的占空比（即后述晶體管2的驅(qū)動占空比）從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比根據(jù)規(guī)定的變化率改變至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比的結(jié)構(gòu)。且上述初始占空比、變化率以及目標(biāo)占空比可基于電源1的電壓進(jìn)行設(shè)定。在本實(shí)施形態(tài)中，優(yōu)選地，電源1的電壓可由該控制單元4進(jìn)行檢測。

根據(jù)上述馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)，從驅(qū)動開始后經(jīng)過一定時(shí)間緩慢地改變晶體管2的驅(qū)動占空比，使該驅(qū)動占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比達(dá)到正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比后即完成此次軟啟動。由于用于進(jìn)行軟啟動的初始占空比、變化率以及目標(biāo)占空比都可基于電源1的電壓進(jìn)行設(shè)定，從而可以在軟啟動過程中基于該電源1的電壓調(diào)節(jié)占空比，以便在軟啟動模式與正常工作模式之間切換（即軟啟動結(jié)束進(jìn)入正常工作狀態(tài)）時(shí)使目標(biāo)占空比等于正常驅(qū)動占空比。

圖2為示出采用圖1所示馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的占空比變化的示意圖。如圖2所示，例如，可在驅(qū)動開始前，首先通過控制單元4檢測電源1的電壓，進(jìn)而可基于該檢測到的電壓設(shè)定初始占空比、目標(biāo)占空比和占空比變化率（例如占空比變化周期變化值）。隨后，在驅(qū)動開始時(shí)，使晶體管2的驅(qū)動占空比如圖2所示逐漸增加，在經(jīng)過一定時(shí)間進(jìn)入正常工作模式后，使該晶體管2的驅(qū)動占空比達(dá)到正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比。如圖2所示，此時(shí)目標(biāo)占空比等于正常驅(qū)動占空比，因此馬達(dá)的電壓，電流，聲音等等不會發(fā)生突變。

雖然圖2示出了晶體管2的驅(qū)動占空比從預(yù)設(shè)的驅(qū)動開始時(shí)的初始占空比逐漸增加至正常工作時(shí)的目標(biāo)占空比的情況。但本發(fā)明不限于此，在上述驅(qū)動占空比的實(shí)際調(diào)節(jié)過程中，也可能存在驅(qū)動占空比超出目標(biāo)占空比的情況。假設(shè)驅(qū)動占空比超出了目標(biāo)占空比，則可基于根據(jù)電源電壓所設(shè)定的目標(biāo)占空比，下降調(diào)節(jié)驅(qū)動占空比的數(shù)值，以將驅(qū)動占空比改變至目標(biāo)占空比。

此外，圖2示出了驅(qū)動占空比以規(guī)定的斜率進(jìn)行變化，但本發(fā)明也不限于此，也可以基于所檢測的電源電壓，將占空比的變化率設(shè)定為在某一區(qū)域停止增加數(shù)秒后再增加，最終在軟啟動模式與正常工作模式之間切換時(shí)使驅(qū)動占空比達(dá)到目標(biāo)占空比。

進(jìn)一步地，控制單元4對于電源電壓的檢測可以在驅(qū)動開始前進(jìn)行，從而可基于該驅(qū)動開始前檢測到的電壓設(shè)定初始占空比、變化率以及目標(biāo)占空比。但是，也可以在達(dá)到目標(biāo)占空比之前的任意時(shí)間都對電源1的電壓進(jìn)行檢測，即可以將目標(biāo)值以前的任一電壓區(qū)域都能作為基礎(chǔ)值，來設(shè)定占空比變化率以及目標(biāo)占空比。

以下，以電動牙刷為例，進(jìn)一步詳細(xì)說明具備本發(fā)明的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)的小功率電動設(shè)備的示例工作過程。

電動牙刷可采用二次電池作為電源，該電動牙刷包括用于容納馬達(dá)和電池的殼體，馬達(dá)由電池供電以驅(qū)動，從而帶動刷頭運(yùn)動。

當(dāng)用戶按下開關(guān)后，微機(jī)開始進(jìn)行電池電壓的檢測，根據(jù)電池電壓決定軟啟動的形式，即基于檢測到的電池電壓設(shè)定軟啟動的初始占空比，目標(biāo)占空比，占空比變化周期變化值。然后驅(qū)動開始，即進(jìn)入到軟啟動狀態(tài)，在軟啟動狀態(tài)下通過緩慢增大晶體管的驅(qū)動占空比，達(dá)到目標(biāo)占空比后即完成此次的軟啟動，隨后進(jìn)入正常工作模式。

由于初始占空比、變化率以及目標(biāo)占空比都是基于電池電壓進(jìn)行設(shè)定，從而可以在軟啟動過程中基于檢測到的該電池電壓調(diào)節(jié)占空比，以便在軟啟動模式與正常工作模式之間切換時(shí)使目標(biāo)占空比等于正常驅(qū)動占空比。此時(shí)馬達(dá)的電壓，電流，聲音等等不會發(fā)生突變，由此可提升電動牙刷的品質(zhì)。

此外，本發(fā)明的馬達(dá)驅(qū)動系統(tǒng)不限于上述電動牙刷，可適用于各類小功率電動設(shè)備，例如電動剃須刀等美容或生活小家電。

在不脫離本發(fā)明的基本特征的宗旨下，本發(fā)明可體現(xiàn)為多種形式，因此本發(fā)明中的實(shí)施形態(tài)是用于說明而非限制，由于本發(fā)明的范圍由權(quán)利要求限定而非由說明書限定，而且落在權(quán)利要求界定的范圍，或其界定的范圍的等價(jià)范圍內(nèi)的所有變化都應(yīng)理解為包括在權(quán)利要求書中。