CN100559694C - 降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法，包含一磁场侦测电路、至少一计数器及讯号处理器组成的时间电压数字模拟转换器。时间电压数字模拟转换器与驱动无刷马达装置的驱动电路连接，且可感测无刷马达驱动装置的磁场周期变化，根据前一个磁场上升或下降过程的时间为基准，从本次换相起始点开始计算经过时间的长短后，分别产生一个线性上升讯号及一个线性下降讯号，通过二组线性变化的讯号驱动无刷马达装置，降低无刷马达装置的运转电磁噪音，且可调整时间电压数字模拟转换器内的一第一磁场值及一第二磁场值来改变换相的速率。
Description
技术领域
本发明涉及一种降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法，特别是关于一种利用时间电压数字模拟转换器输出的线性讯号，来推动无刷马达装置，以降低运转电磁噪音的降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法。
背景技术
无刷马达(霍尔马达)又称作直流伺服马达(DC Servo Motor)，无刷马达在构造上是利用永久磁铁作为转子，并且利用霍尔效应感应电动机转子的位置，无刷马达装置由于利用霍尔元件感应激磁顺序与时间，因此又称作电子换相马达，利用霍尔元件感应激磁顺序与时间可以减少不必要的电能浪费，同时也可以适时的提供转子转动所需的电磁力，因此大幅提升马达输出扭矩与效率。
但实际应用时，由于霍尔元件感测到的信号过小，一般放大器无法准确将之等比例放大，原因在于无法移除Hall-Plate以及量测放大器(instrumentation amplifier)的偏移电压(offset-voltage)，故必须采用截波放大器(chopper amplifier)的架构，而截波放大器通常在操作频率上又受到限制；对于无刷马达装置而言，一旦转速较高，就无法将磁场变化信号作有效的还原并提供给无刷马达装置作为换相过程中的驱动电压，因而容易造成因力矩变化速率过大，而产生较大的电磁噪音。
发明内容
本发明要解决的主要问题是提供一种降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法，根据霍尔元件(磁场侦测电路)的输出信号，以讯号处理器产生一线性变化的驱动电压，使得切换无刷马达装置时力矩变化速度较现有技术更为平缓，以降低无刷马达装置的运转电磁噪音。
本发明要解决的另一个问题是提供一种降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法，可调整时间电压数字模拟转换器内的第一磁场值及该第二磁场值，以改变无刷马达装置的换相速率。
为达到上述目的，本发明提供一种降低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路及其方法，利用至少一磁场侦测电路，侦测无刷马达装置的磁场周期变化，并产生侦测信号，再以至少一计数器与磁场侦测电路连接，用计数器累计磁场变化时，上升讯号的磁场变化时间与下降讯号的磁场变化时间；与计数器连的一讯号处理器，可将上升讯号磁场变化时间及下降讯号磁场变化时间分为复数个时间区段，根据上升讯号磁场变化时间、下降讯号磁场变化时间及侦测信号，产生并输出相对应的线性上升讯号及线性下降讯号；此二组线性讯号输出至与无刷马达装置连接的驱动电路。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
采用本发明可使得切换无刷马达装置时力矩变化速度较现有技术更为平缓，可降低无刷马达装置的运转电磁噪音，且可调整时间电压数字模拟转换器内的一第一磁场值及一第二磁场值来变换相的速率。
附图说明
图1是本发明的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路的方块示意图；
图2是本发明的时脉数据图；
图3是本发明的计数器及线性讯号的局部放大时脉数据图。
【主要组件符号说明】
12时间电压数字模拟转换器
14磁场侦测电路
16计数器
18讯号处理器
20驱动电路
22无刷马达装置
具体实施方式
以下通过具体实施例配合附图，对本发明的目的、技术内容、特点及其所达成的功效详加说明。
请参照图1，首先介绍本发明的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其是由一时间电压数字模拟转换器12与一驱动电路20连接，时间电压数字模拟转换器12可输出感测得知并经过处理后的线性讯号给驱动电路20，利用线性讯号控制无刷马达装置22降低运转电磁噪音。时间电压数字模拟转换器12内含至少一磁场侦测电路14、至少一计数器16及讯号处理器18，如须推动等效负载较大的无刷马达装置22，可再透过一单位增益(unit gain)的电压缓衡器(voltage buffer)来推动无刷马达装置22。以下继续介绍时间电压数字模拟转换器12输出线性讯号给驱动电路20的方式。
时间电压数字模拟转换器12的至少一磁场侦测电路14，此磁场侦测电路14为一霍尔元件，磁场侦测电路14侦测无刷马达装置22的磁场周期变化，并发出一侦测信号；如图2所示，其中磁场侦测电路14可测得磁场周期值的最大值、第一磁场值(Bth+)、0、第二磁场值(Bth-)、最小值，第一磁场值介于磁场周期值的最大值与0之间，第二磁场值介于磁场周期值的0与最小值之间。另外复数个磁场侦测电路14，可侦测该第一磁场值及侦测第二磁场值。
时间电压数字模拟转换器12的至少一计数器16，与磁场侦测电路14连接，计数器16用来累计无刷马达装置22换相时间，上升讯号的磁场变化时间与下降讯号的磁场变化时间。如图2所示，其中上升讯号用以计算磁场由第二磁场值变化至第一磁场值的时间。
时间电压数字模拟转换器12的至少一讯号处理器18，与计数器16连接，讯号处理器18可将计数器16累计的上升讯号磁场变化时间及下降讯号磁场变化时间分为复数(N)个时间区段，N为一正整数，且根据上升讯号磁场变化时间及下降讯号磁场变化时间及侦测信号，产生并输出相对应的一线性上升讯号及一线性下降讯号，输出的线性上升讯号及线性下降讯号则如图3所示。
承上所述，讯号处理器18处理下降讯号的方式，是将该下降讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的下降讯号转换为一步阶下降波形讯号，再将每一步阶波形讯号累计后成为线性下降讯号。讯号处理器18处理上升讯号的方式，是将该上升讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的上升讯号转换为一步阶上升波形讯号，再将每一步阶波形讯号累计后成为线性上升讯号。
时间电压数字模拟转换器12的讯号处理器18与驱动电路20连接，经讯号处理器18处理后的线性下降讯号及线性上升讯号，可输出至一驱动电路20，驱动电路20又与无刷马达装置22连接；本发明通过转化下降讯号及上升讯号为线性下降讯号及线性上升讯号，驱动无刷马达装置22，来降低运转过程中产生的电磁噪音。
本发明转换线性下降讯号及线性上升讯号来驱动无刷马达装置22相较于现有技术，请参照图2所示；霍尔元件感应到的磁场变化B，磁场值0即为最佳换相点。现有技术是在最佳换相点以数位方式进行切换，而此种切换方式会使无刷马达装置22转动力矩变化速度太快，产生较大的电磁噪音。为此本发明以时间电压数字模拟转换器12根据前一个上升讯号的磁场变化时间或下降讯号的磁场变化时间为基准，从本次换相起始点开始计算经过时间的长短，分别产生线性上升讯号及线性下降讯号，并用此二组线性变化的电压驱动无刷马达装置22。
在此强调一点，磁场侦测电路14于无刷马达装置22磁场介于第一磁场值与第二磁场值之间时侦测该无刷马达装置22的磁场周期变化；因此，调整第一磁场值及第二磁场值来改变该无刷马达装置22的换相速率。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明实施的范围。故凡依本发明申请范围所述的形状、构造、特征及精神所为的均等变化或修饰，均应包括于本发明的申请专利范围内。
Claims (25)
1、一种低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，包括：
一无刷马达装置；
至少一磁场侦测电路，可侦测该无刷马达装置的磁场周期变化，并产生一侦测信号；
至少一计数器，与该磁场侦测电路连接，并根据该磁场侦测电路累计一上升讯号的磁场变化时间与一下降讯号的磁场变化时间；
一讯号处理器，与该计数器连接，将该上升讯号磁场变化时间及该下降讯号磁场变化时间分为复数个时间区段，并根据该侦测信号，产生并输出相对应的一线性上升讯号及一线性下降讯号；以及
一驱动电路，与该讯号处理器及该无刷马达装置连接，该驱动电路可接收该线性下降讯号及该线性上升讯号，以驱动该无刷马达装置。
2、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该讯号处理器处理该下降讯号的方式，是将该下降讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的下降讯号转换为一步阶下降波形讯号，再将每一步阶波形讯号累计后成为该线性下降讯号。
3、如权利要求2所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，所述N个时段中的N为一正整数。
4、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该下降讯号用以计算磁场由第一磁场值变化至第二磁场值的时间。
5、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该讯号处理器处理该上升讯号的方式，是将该上升讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的上升讯号转换为一步阶上升波形讯号，再将每一步阶上升波形讯号累计后成为该线性上升讯号。
6、如权利要求5所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，所述N个时段中的N为一正整数。
7、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该上升讯号用以计算磁场由第二磁场值变化至第一磁场值的时间。
8、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该磁场侦测电路为一霍尔元件。
9、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该磁场侦测电路、该计数器、该讯号处理器组成一时间电压数字模拟转换器。
10、如权利要求9所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该时间电压数字模拟转换器是根据前一个上升讯号的磁场变化时间或下降讯号的磁场变化时间为基准，从本换相起始点开始计算经过时间的长短，分别产生该线性上升讯号及该线性下降讯号，并用此二组线性变化的电压驱动该无刷马达装置。
11、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该磁场侦测电路侦测的磁场周期值最大值与0之间具有一第一磁场值(Bth+)，磁场周期值的最小值与0之间具有一第二磁场值(Bth-)，调整该第一磁场值(Bth+)及该第二磁场值(Bth-)可改变该无刷马达装置的换相速率。
12、如权利要求11所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该磁场侦测电路包含一第一磁场侦测电路及一第二磁场侦测电路，可分别侦测该第一磁场值及该第二磁场值。
13、如权利要求11所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，该磁场侦测电路于该马达磁场介于该第一磁场值与该第二磁场值之间时侦测该无刷马达装置的磁场周期变化。
14、如权利要求1所述的低运转电磁噪音的无刷马达驱动电路，其特征在于，更包括一电压缓衡器位于该驱动电路及该讯号处理器之间。
15、一种用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，包含一下步骤：
侦测一无刷马达装置的磁场周期变化，并产生一侦测信号；
累计磁场周期变化时间，包含一上升讯号的磁场变化时间与一下降讯号的磁场变化时间；
将该上升讯号磁场变化时间及该下降讯号磁场变化时间分为复数个时间区段，并根据该侦测信号，产生并输出相对应的一线性上升讯号及一线性下降讯号；以及
将该线性上升讯号及该线性下降讯号输出，以驱动该无刷马达装置，降低运转过程中产生的电磁噪音。
16、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，处理该下降讯号的方式，是将该下降讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的下降讯号转换为一步阶下降波形讯号，再将每一步阶波形讯号累计后成为该线性下降讯号。
17、如权利要求16所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，所述N个时段中的N为一正整数。
18、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，该下降讯号用以计算磁场由第一磁场值变化至第二磁场值的时间。
19、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，处理该上升讯号的方式，是将该上升讯号的磁场变化时间区分为N个时段，每一时段所对应的上升讯号转换为一步阶上升波形讯号，再将每一步阶上升波形讯号累计后成为该线性上升讯号。
20、如权利要求19所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，所述N个时段中的N为一正整数。
21、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，该上升讯号用以计算磁场由第二磁场值变化至第一磁场值的时间。
22、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，该侦测无刷马达装置的周期变化是利用一霍尔元件。
23、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，产生该线性上升讯号及该线性下降讯号的方式，是根据前一个上升讯号的磁场变化时间或下降讯号的磁场变化时间为基准，从本换相起始点开始计算经过时间的长短，分别产生该线性上升讯号及该线性下降讯号，并用此二组线性变化的电压驱动该无刷马达装置。
24、如权利要求15所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，侦测该无刷马达装置的磁场周期变化，磁场周期值的最大值与0之间具有一第一磁场值(Bth+)，磁场周期值的最小值与0之间具有一第二磁场值(Bth-)，调整该第一磁场值(Bth+)及该第二磁场值(Bth-)可改变该无刷马达装置的换相速率。
25、如权利要求24所述的用于无刷马达驱动电路中降低运转电磁噪音的方法，其特征在于，该无刷马达装置的磁场周期变化介于该第一磁场值与该第二磁场值之间时，侦测该无刷马达装置的磁场周期变化。
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