CN100421349C

CN100421349C - 无刷马达驱动装置

Info

Publication number: CN100421349C
Application number: CNB2006100069303A
Authority: CN
Inventors: 陈企扬
Original assignee: YUANCHUANG SCIENCE AND TECHNOLOGY Co Ltd
Priority date: 2006-01-26
Filing date: 2006-01-26
Publication date: 2008-09-24
Anticipated expiration: 2026-01-26
Also published as: CN101009474A

Abstract

无刷马达驱动装置具有一信号合成电路，用于转化多个传感信号成为多个驱动信号，使得该多个驱动信号中每一个的幅度取决于电流误差信号。该多个传感信号由一传感电路响应无刷多相马达的磁场变化而产生。该电流误差信号代表一电流命令信号与一马达驱动电流间的差异。该信号合成电路的特征在于包括一校正电路，用于根据该多个传感信号中任一个的幅度而调整该电流误差信号。该校正电路包括：一差分放大电路、一整流电路、一滤波电路以及一除法电路。

Description

无刷马达驱动装置

技术领域

本发明涉及一种马达驱动装置，尤其涉及用于驱动无刷多相马达的一种马达驱动装置。

背景技术

图1(a)示出熟知的无刷马达驱动装置的电路方框图。参考图1(a)，马达M是具有三相线圈U、V与W的一个三相直流无刷马达。三个霍尔传感元件11u、11v与11w设置于马达M周围，用于响应马达M中转子(未图示)的磁场变化而产生三个霍尔传感信号HU、HV与HW。基于霍尔传感信号HU、HV与HW，信号合成电路12产生三个弦波驱动信号SU、SV与SW。随后，将弦波驱动信号SU、SV与SW输入脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation.PWM)比较电路13，用于分别独立地与振荡电路14所产生的高频三角波参考信号T进行比较。基于弦波驱动信号SU、SV与SW及高频三角波参考信号T间的比较结果，PWM比较电路13产生三个脉冲信号PU、PV与PW，分别提供给三个前置驱动电路(Pre-driver)N1、N2与N3。

图1(b)示出熟知的无刷马达驱动装置的工作波形图。由于马达M的三相线圈U、V与W中每一相都是以类似的波形进行工作。因此为简化说明起见，图1(b)仅示出马达M的线圈U在工作时的波形时序图。参考图1(b)，弦波驱动信号SU与高频三角波参考信号T经过PWM比较电路13后产生脉冲信号PU。具体而言，脉冲信号PU的高电平对应于弦波驱动信号SU大于高频三角波参考信号T的情况，而脉冲信号PU之低电平则对应于弦波驱动信号SU小于高频三角波参考信号T的情況。响应脉冲信号PU，前置驱动电路N1产生切换信号UH与UL，用于分别控制开关S1与S2。

三相切换电路15具有开关S1与S2、开关S3与S4以及开关S5与S6，分别受到切换信号UH与UL、VH与VL以及WH与WL控制。当开关S1形成短路时，马达驱动电流I_m可以从驱动电压源V_dd流入线圈U，而当开关S2形成短路时，马达驱动电流I_m可以从线圈U流向地。当开关S3形成短路时，马达驱动电流I_m可以从驱动电压源V_dd流入线圈V，而当开关S4形成短路时，马达驱动电流I_m可以从线圈V流向地电位。当开关S5形成短路时，马达驱动电流I_m可以从驱动电压源V_dd流入线圈W，而当开关S6形成短路时，马达驱动电流I_m可以从线圈W流向地电位。

为了检测马达驱动电流I_m，将串联电阻R_s设置在开关S2、S4与S6的共同连接点与地电位之间。将马达驱动电流I_m流经串联电阻R_s所产生的电位差提供给误差放大器EA的反相输入端，作为负反馈。误差放大器EA对于代表马达驱动电流I_m的电位差与电流命令信号I_com进行比较，从而产生电流误差信号I_err。随后，信号合成电路12根据电流误差信号I_err调整弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度。

图1(c)示出熟知信号合成电路12的电路方框图。参考图1(c)，信号合成电路12具有一位置检测电路20、一相位偏移电路21以及三个乘法电路22u、22v与22w。位置检测电路20根据霍尔传感信号HU、HV与HW而确定马达转子(未示出)的磁极位置，并因此产生三个位置信号23u、23v与23w。相位偏移电路21使得位置信号23u、23v与23w的相位分别偏移30度，而形成三个弦波控制信号24u、24v与24w。最后，分别借助于乘法电路22u、22v与22w，使弦波控制信号24u、24v与24w乘上电流误差信号I_err而形成弦波驱动信号SU、SV与SW。因此，弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度得以根据电流误差信号I_err而有效地加以调整。

然而，在熟知的信号合成电路12中，弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度也同时受到霍尔传感信号HU、HV与HW的影响。具体而言，在位置检测电路20与相位偏移电路21基于霍尔传感信号HU、HV与HW而产生弦波控制信号24u、24v与24w的过程中，霍尔传感信号HU、HV与HW的幅度信息一直保留延续下來，使得最终所产生的弦波控制信号24u、24v与24w的幅度正比于霍尔传感信号HU、HV与HW的幅度。典型情况下，由霍尔传感元件11u、11v与11w所产生的霍尔传感信号HU、HV与HW，其幅度容易受到霍尔传感元件物理规格、工作环境温度等因素的影响而改变。因此，即使在电流误差信号I_err维持固定的情況下，当霍尔传感信号HU、HV与HW的幅度发生变化时，仍然会造成弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度变化。由于弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度会影响PWM比较电路13所产生的脉冲信号PU、PV与PW的工作比，因此熟知的信号合成电路12会导致马达M的驱动工作受到霍尔传感信号HU、HV与HW幅度变化的影响，而出现运转不稳定的缺点。

发明内容

鉴于前述問題，本发明的一个目的在于提供一种无刷马达驱动装置，它能够有效地防止弦波驱动信号受到霍尔传感信号幅度变化的影响。

根据本发明的一种情况，提供一种无刷马达驱动装置，用于驱动一多相马达，它包括：一电流检测电路、一误差确定电路、一传感电路、一信号合成电路、一比较电路以及一切换电路。电流检测电路产生一电流检测信号，代表流经该多相马达的一个马达驱动电流。误差确定电路产生一电流误差信号，代表一电流命令信号与该电流检测信号之间的差异。响应该多相马达的磁场变化，传感电路产生多个传感信号。信号合成电路将该多个传感信号转化成为多个驱动信号，使得该多个驱动信号中每一个的幅度是根据该电流误差信号而确定的。基于该多个驱动信号与一参考信号间的比较结果，比较电路产生多个脉冲信号。切换电路耦合在一驱动电压源与该多相马达之间，由该多个脉冲信号所控制以驱动该多相马达。本发明中无刷马达驱动装置的特征在于·该信号合成电路包括一校正电路，用于根据该多个传感信号中任一个的幅度调整该电流误差信号。

该校正电路包括：一差分放大电路、一整流电路、一滤波电路以及一除法电路。差分放大电路用该多个传感信号中任一个的正向信号減去负向信号，以便输出一弦波信号。整流电路对该弦波信号进行整流，以便形成一单极性信号。滤波电路从该单极性信号提取出一校正因子，它代表该单极性信号的幅度。利用该电流误差信号除以该校正因子，除法电路得以调整该电流误差信号。

附图说明

图1(a)示出熟知的无刷马达驱动装置的电路方框图。

图1(b)示出熟知的无刷马达驱动装置的工作波形图。

图1(c)示出熟知的信号合成电路的电路方框图。

图2示出根据本发明的信号合成电路的电路方框图。

图3(a)示出霍尔传感信号的正向信号的波形图。

图3(b)示出霍尔传感信号的负向信号的波形图。

图3(c)示出差分放大电路所输出的弦波信号的波形图。

图3(d)示出整流电路所输出的单极性信号的波形图。

具体实施方式

下文中的说明与附图将使本发明的前述与其他目的、特征与优点更明显。现在将参考附图详细说明根据本发明的较佳实施例。

图2示出根据本发明的信号合成电路32的电路方框图。信号合成电路32是应用于图1(a)所示的无刷马达驱动装置中，用以取代熟知的信号合成电路12。如同先前参考图1(a)所述，马达M为具有三相线圈U、V与W的三相直流无刷马达。构成传感电路的三个霍尔传感元件11u、11v与11w设置于马达M周围用于响应马达M中转子(未图示)的磁场变化而产生三个霍尔传感信号HU、HV与HW。基于霍尔传感信号HU、HV与HW，根据本发明的信号合成电路32产生三个弦波驱动信号SU、SV与SW。随后，将弦波驱动信号SU、SV与SW输入PWM比较电路13，用于分别独立地与振荡电路14所产生的高频三角波参考信号T进行比较。基于弦波驱动信号SU、SV与SW及高频三角波参考信号T间的比较，PWM比较电路13产生三个脉冲信号PU、PV与PW，分别供应给三个前置驱动电路N1、N2与N3。响应脉冲信号PU，前置驱动电路N1产生切换信号UH与UL。响应脉冲信号PV，前置驱动电路N2产生切换信号VH与VL。响应脉冲信号PW，前置驱动电路N3产生切换信号WH与WL。

为了检测马达驱动电流I_m，使用一串联电阻R_s作为电流检测电路，设置于开关S2、S4与S6的共同连接点与地之间。将马达驱动电流I_m流经串联电阻R_s所产生的电位差作为电流检测信号，用于代表马达驱动电流I_m。误差确定电路由一误差放大器EA实现，其同相输入端用于接收电流命令信号I_com，而其反相输入端用于接收代表马达驱动电流I_m的电流检测信号。基于电流命令信号I_com与马达驱动电流I_m之间的差异，误差放大器EA的输出端提供一电流误差信号I_err。随后将电流误差信号I_err施加到本发明中的信号合成电路32以便调整弦波驱动信号SU、SV与SW的幅度。

参考图2，信号合成电路32具有一位置检测电路40、一相位偏移电路41、三个乘法电路42u、42v与42w以及一校正电路45。位置检测电路40用于根据霍尔传感信号HU、HV与HW而确定马达转子(未图示)的磁极位置，并据此产生三个位置信号43u、43v与43w。因此，位置信号43u、43v与43w分别指示着马达M的转子与三相线圈U、V与W间的位置关系。具体而言，位置信号43u、43v与43w的每一个皆为弦波信号，与马达M的运转同步，并且彼此间具有相位差120度。随后，相位偏移电路41使得三个位置信号43u、43v与43w的相位分别偏移30度，而形成三个弦波控制信号44u、44v与44w。

另一方面，将霍尔传感信号HU、HV与HW中的任一个，例如图2所示与线圈W相关联的霍尔传感信号HW，额外地提供给校正电路45。校正电路45首先计算出一校正因子，它正比于霍尔传感信号HW的幅度，且随后将电流误差信号I_err除以计算出的该校正因子，以便获得一校正后的电流误差信号I_ec。请注意由于霍尔传感信号HU、HV与HW的每一个皆具有相同的幅度，因此校正电路45仅须根据其中任一信号即可计算出正比于该相同幅度的校正因子。因此，校正电路45有效地将原始的电流误差信号I_err转换成校正后的电流误差信号I_ec，使得该校正后的电流误差信号I_ec等于该原始的电流误差信号I_err除以校正因子。

最后，分别借助于乘法电路42u、42v与42w，使弦波控制信号44u、44v与44w乘上校正后的电流误差信号I_ec而形成弦波驱动信号SU、SV与SW。借助于彼此相乘的运算，校正后的电流误差信号I_ec中所存在的校正因子将有效地抵销弦波控制信号44u、44v与44w中与霍尔传感信号相关联的幅度，因为校正因子正比于霍尔传感信号的幅度。换言之，乘法电路42u、42v与42w所产生的弦波驱动信号SU、SV与SW将完全避免受到霍尔传感信号HU、HV与HW的幅度变化的影响。因此，本发明的信号合成电路32能够有效地防止弦波驱动信号SU、SV与SW受到霍尔传感信号HU、HV与HW的幅度变化的影响。

具体而言，校正电路45具有一差分放大电路46、一整流电路47、一低频滤波电路48以及一除法电路49。现在将参考图3(a)至3(d)详细说明本发明中校正电路45的工作方式。首先参考图3(a)与3(b)，从霍尔传感元件11w输出的霍尔传感信号HW实际上包括一个正向信号HW(+)与一个负向信号HW(-)，它们具有彼此呈现[反相对称]的弦波成分。如图3(a)所示，正向信号HW(+)的弦波成分的幅度为A。如图3(b)所示，负向信号HW(-)的弦波成分的幅度亦为A。差分放大电路46使正向信号HW(+)减去负向信号HW(-)，由此产生一弦波信号50，其振福为2A，如图3(d)所示。随后，整流电路47对弦波信号50进行全波整流，由此产生如图3(d)所示的一单极性信号51。在一买施例中，整流电路47用熟知的全波桥式整流器实现，其详细结构为本领域技术人员所熟知，因此不再赘述。

低频滤波电路48可以提取出单极性信号51中的低频部份或直流成分，作为校正因子52，提供给除法电路49。因此，校正因子52是一个具有幅度2A的直流信号，它也的确正比于霍尔传感信号HW的幅度。在一实施例中，低频滤波电路48用熟知的电容性低频滤波电路所实施，其详细结构为本领域技术人员所熟知，因此不再赘述。借助于接收从低频滤波电路48所提供的校正因子52，除法电路49将原始的电流误差信号I_err除以校正因子52，从而产生校正后的电流误差信号I_ec。随后在乘法电路42w中，校正后电流误差信号I_ec的校正因子52能够有效地抵销弦波控制信号44w中与霍尔传感信号HW相关联的幅度，使得所产生的弦波驱动信号SW不受霍尔传感信号HW的幅度变化的影响。

请注意虽然前述实施例是以三相马达M作为说明，但是根据本发明的无刷马达驱动装置不限于此，而是还可以应用于驱动具有更多相线圈的马达。

请注意在前述的实施例中，为了检测马达驱动电流I_m，作为电流检测电路的串联电阻R_s设置在下侧开关S2、S4与S6的共同连接点与地之间。然而在本发明的另一实施例中，作为电流检测电路的串联电阻R_s则设置于上侧开关S1、S3与S5的共同连接点与驱动电压源V_dd之间。

虽然已经借助于较佳实施例对本发明进行了说明，但是应该明白，本发明不限于在这里公开的实施例。相反，本发明包括对于本领域技术人员而言明显的各种修改与相似配置。因此，本专利的保护范围应采用最广泛的解释，以包括所有此类修改与相似配置。

Claims

1. 一种无刷马达驱动装置，用于驱动一多相马达，包括：

一电流检测电路，用于产生一电流检测信号，代表流经该多相马达的一马达驱动电流；

一误差确定电路，用于产生一电流误差信号，代表一电流命令信号与该电流检测信号之间的差异；

一传感电路，用于响应该多相马达的磁场变化而产生多个传感信号；

一信号合成电路，用于转化该多个传感信号为多个驱动信号，使得该多个驱动信号中每一个的幅度是根据该电流误差信号确定的；

一比较电路，用于比较该多个驱动信号与一参考信号而产生多个脉冲信号；以及

一切换电路，耦合于一驱动电压源与该多相马达间，由该多个脉冲信号所控制以驱动该多相马达，

其特征在于：

该信号合成电路包括一校正电路，用于根据该多个传感信号中任一个的幅度调整该电流误差信号。

2. 如权利要求1所述的无刷马达驱动装置，其中：

该传感电路采用多个霍尔传感元件实现，用于分别产生该多个传感信号。

3. 如权利要求1所述的无刷马达驱动装置，其中：

该多个传感信号中的每一个都具有一正向信号与一负向信号。

4. 如权利要求3所述的无刷马达驱动装置，其中：

该校正电路包括：

一差分放大电路，用于使该多个传感信号中任一个的该正向信号减去该负向信号，以便输出一弦波信号；

一整流电路，用于转换该弦波信号成为一单极性信号；

一滤波电路，用于从该单极性信号提取出一校正因子，代表该单极性信号的幅度；以及

一除法电路，用于将该电流误差信号除以该校正因子来调整该电流误差信号。

5. 如权利要求1所述的无刷马达驱动装置，其中：

该信号合成电路还包括：

一位置检测电路，用于基于该多个传感信号而产生多个位置信号，它表明该多相马达的转子位置；

一相位偏移电路，用于使该多个位置信号中每一个的相位偏移一预定角度；以及

多个乘法电路，用于分别使该偏移后的位置信号的每一个与该电流误差信号彼此相乘而产生该多个驱动信号。

6. 如权利要求1所述的无刷马达驱动装置，其中：

该电流检测电路用一电阻实现，耦合在该切换电路与地电位之间，使该马达驱动电流流经该电阻而产生一电位差作为该电流检测信号。

7. 如权利要求1所述的无刷马达驱动装置，其中：

该误差确定电路采用一误差放大器实现，具有一同相输入端、一反相输入端以及一输出端，该同相输入端用于接收该电流命令信号，该反相输入端用于接收该电流检测信号，该输出端用于提供该电流误差信号。