CN101176252A - 无刷电机驱动电路和具有它的电机 - Google Patents

Abstract

本无刷电机驱动电路包括：偏差检测单元，被输入用于指示转速控制的PWM输入信号，并检测该PWM输入信号的占空比与50％的偏差；判定单元，检测以占空比50％作为阈值的比较结果；以及PWM输出电路单元，被输入占空比为50％的PWM基准信号，根据偏差和比较结果，生成无刷电机的PWM驱动信号，通过在PWM输入信号的占空比为50％以上时，对PWM基准信号附加偏差，在PWM输入信号的占空比小于50％时，从PWM基准信号中减去偏差，从而生成PWM驱动信号。

Description

无刷电机驱动电路和具有它的电机

技术领域

本发明涉及无刷电机驱动电路，特别涉及从外部对控制电路输入PWM信号作为电机的转速控制的指令信号的方式。

背景技术

在无刷电机驱动电路中，有从外部对控制电路输入PWM信号作为电机的转速控制的指示信号的方式。通过在安装无刷电机的装置端所包括的微型计算机，容易地生成PWM信号作为控制指令信号，并且不需要DA转换器等附加电路，所以近年来看到迅速普及。在该情况下，为了检测周期变化的PWM输入信号的占空比，如算式1所示，由运算电路将PWM输入信号的高电平区间的脉冲数H1除以PWM输入信号的一周期的脉冲数W1。

[算式1]

$\mathrm{pwmdty}=\frac{H1}{W1}$

因此，运算电路中需要除法电路，存在电路复杂且规模增大的问题。因此，考虑一种计算PWN占空比而不用进行除法运算的电路。例如专利文献1所公开。

图11表示该1例。在该图中，对被加入用于检测由16位的第一计数器260计数的占空比的数字信号的n周期间的第一时钟信号的脉冲进行计数，产生数据信号，将由8位移位电路261将第一计数器260的数据信号移动为8位，检测高位8位的数据信号，第一加法器(adder)电路262将所述数据信号的低位8位信号进行累积，在成为高位8位数的数据信号时产生进位，通过将在所述高位8位的数据信号中累积了来自第一加法器电路262的进位而得的校正数据信号和第二计数器266的数据信号进行比较而得的第二时钟信号，对在所述数字信号的n周期中L电平(低电平)期间被加到第三计数器268的脉冲数进行计数并得到占空比。

由此，低位8位的信号也成为有效，能够误差较少地检测数字信号的占空比而不使用麻烦的除法电路。

但是，在将上述以往的结构用于对无刷电机的转速进行控制的转速控制电路的情况下，还需要如以下这样进行变换的电路。

即，在根据PWM输入信号的占空来控制无刷电机的转速的PWM控制电路中，由于PWM输入信号的占空以50％为中心分为加速区域和减速区域，因此判断占空为50％以上或以下，并且检测对于50％有百分之几的偏差，从而需要变换为驱动无刷电机的驱动信号(PWM驱动信号。)

以下，参照图12说明PWM输入信号和PWM驱动信号的关系。图12的PWM输入信号的占空为50％以上的区域为加速区域，在该区域中，需要将PWM驱动信号变换为0％到100％的占空。反之，PWM输入信号的占空小于50％的情况为减速区域，在需要快速的减速的情况下，按照进行反转制动动作的通电顺序，将PWM驱动信号变换为0％到100％的占空。

因此，在使用检测出的PWM占空数据进行无刷电机的转速控制的情况下，还需要判断在50％以上或以下的电路以及用于得到与50％的差分数据的减法电路，存在结构变得复杂的问题。

此外，在图11中，由于占空比数据与输入的数字信号相比，在第三计数器268的位数之后得到，因此产生时间延迟。

从而，输入的数字信号的频率越低、第三计数器268的位数越大，则上述延迟时间越长，存在对无刷电机的转速的控制影响很大的问题。

此外，在PWM输入信号的频率和驱动无刷电机的PWM驱动信号的PWM频率相同的情况下，例如，如果PWM输入信号为500Hz，无刷电机的PWM驱动信号也成为500Hz，从无刷电机产生该PWM频率的声音，由于处在可听到频带，因此感觉为刺耳的声音。因此，作为无刷电机的PWM驱动信号，将PWM频率变换为比可听到频带高的例如20kHz后作为PWM驱动信号输出，也存在电路结构变得复杂的问题。

专利文献1：日本专利申请特开2002-238280号公报

发明内容

本发明的无刷电机驱动电路具有下述结构。包括：偏差检测单元，被输入指示转速控制的PWM输入信号，并检测该PWM输入信号的占空比与50％的偏差；判定单元，检测以占空比50％作为阈值的比较结果；以及PWM输出电路单元，被输入占空比为50％的PWM基准信号，根据偏差和比较结果，生成无刷电机的PWM驱动信号，在PWM输入信号的占空比为50％以上时，对PWM基准信号附加偏差，在PWM输入信号的占空比小于50％时，从PWM基准信号中减去偏差，从而生成PWM驱动信号。

进而，本发明的无刷电机驱动电路包含下述结构。包括：第一计数器，被输入第一时钟信号，将用于指示转速控制的PWM输入信号的高电平区间或低电平区间作为第一时钟信号的计数值输出；以及第二计数器，被输入第二时钟信号，并对第二时钟信号进行计数，将从第二计数器计数开始到计数值与从第一计数器输出的计数计数值一致为止的时间作为高电平区间或低电平区间生成无刷电机的PWM驱动信号并输出。

通过该结构，不需要除法电路来作为运算电路，可以每次进行检测，因此在控制无刷电机的转速的电路中也可以通过没有时间延迟地得到的控制指令数据的值控制无刷电机的转速。

附图说明

图1是表示本发明的实施方式1的无刷电机驱动电路的PWM控制检测电路和PWM输出电路的方框图。

图2是表示本发明的实施方式1的无刷电机驱动电路的方框图。

图3是用于说明本发明的实施方式1的PWM控制检测电路和PWM输出电路的动作的动作定时图。

图4是表示使用本发明的实施方式1的PWM控制检测电路输出PWM驱动信号的输入和输出的关系的曲线图。

图5是表示本发明的实施方式2的无刷电机驱动电路的PWM控制检测电路和PWM输出电路的方框图。

图6是用于说明本发明的实施方式2的PWM控制检测电路和PWM输出电路的动作的动作定时图。

图7是表示本发明的实施方式3的无刷电机驱动电路的PWM控制检测电路和PWM输出电路的方框图。

图8是表示本发明的实施方式3的无刷电机驱动电路的方框图。

图9是用于说明本发明的实施方式3的PWM控制检测电路和PWM输出电路的动作的动作定时图。

图10是表示本发明的实施方式3的PWM输入信号的占空比和PWM驱动信号的占空比的关系的曲线图。

图11是以往的PWM控制检测电路的方框图。

图12是表示无刷电机的转速控制的PWM驱动信号的输入和输出的关系的曲线图。

标号说明

1、101N位增减计数器(up-down counter)(第一计数器)

2第一边沿检测电路

3、103可变分频器

4、104数据寄存器

5“同”门(exclusive NOR)

6第一锁存电路

7D触发器

8“异或”门(第一“异或”门)

9第二边沿检测电路

10、110N位计数器(第二计数器)

11第二锁存电路

12“异或”门(第二“异或”门)

13移位寄存器

21、121PWM输入信号

22、122基准时钟

23重置信号

24下溢信号

25、125N位数据

26、126A时钟信号(第一时钟信号)

27、127B时钟信号(第二时钟信号)

28PWM基准信号

30锁存电路输出

31数据寄存器输出

32Q输出信号

33、133控制指令数据

36、136一致输出

38减法器

40、140PWM控制检测电路

42、142PWM驱动信号

43、143PWM输出电路

44、144霍尔放大波形变换电路

45、145输出电路

46、146PWM驱动电路

47、48、49、147、148、149绕组线圈

50、150电机单元

51、52、53、151、152、153位置检测元件

60偏差检测单元

70、71判定单元

具体实施方式

以下，使用附图说明本发明的实施方式。

(实施方式1)

图1是本发明的实施方式1的无刷电机驱动电路的PWM控制检测电路和PWM输出电路的方框图。图3是本发明的实施方式1的动作定时图。图1所示的无刷电机驱动电路由具有偏差检测单元60和判定单元70的PWM控制检测电路40以及PWM输出电路43构成。

偏差检测单元60被输入进行转速控制的指示的PWM输入信号21，并检测该PWM输入信号21的占空比与50％的偏差。判定单元70被输入该偏差检测单元60的输出信号，检测以占空比50％作为阈值的比较结果。PWM输出电路43被输入占空比为50％的PWM基准信号28，根据偏差检测单元60的输出信号即偏差和判定单元70的输出信号即比较结果，生成无刷电机的PWM驱动信号42。

更详细地说明本实施方式的结构。在图1中，第一计数器(以下称作N位增减计数器1)，在PWM输入信号21为高电平时，对由可变分频器3对基准时钟信号22进行分频而生成的第一时钟信号(以下称作A时钟信号26)增加计数(up count)，在PWM输入信号21为低电平时，对A时钟信号26减少计数(down count)。在该计数值下溢时输出下溢信号24，并由检测PWM输入信号21的上升沿的第一边沿检测电路2的输出即重置信号23进行重置。

N位增减计数器1的输出即N位数据25在PWM输入信号21的上升沿被取入数据寄存器4。然后，下溢信号24通过边沿检测电路2的输出被保持在第一锁存电路6中。

第一锁存电路6的输出30连接到D触发器7的D输入，并在PWM输入信号21的上升沿被取入。然后，从D触发器7输出Q输出信号32。数据寄存器4的输出31和D触发器7的Q输出信号32被输入“同”门(exclusiveNOR gate)5，而且“同”门5的输出被输入用于从输入减去1的减法器38中。该减法器38由D触发器7的Q输出信号32控制进行减法处理。在不进行减法处理的情况下，减法器38原样将输入输出。然后，减法器38的输出被输入移位寄存器13，向右移动1位后作为控制指令数据33被输出。通过以上这样构成具有偏差检测单元60和判定单元70的PWM控制检测电路40。

如图3的动作定时图所示，在PWM输入信号21的占空为50％以上的情况下(记载于图3的上部)，增加计数的数比减少计数的数多。从增加计数的数中减去减少计数的数所得的计数的数b1作为计数值残留。此外，在占空小于50％(记载于图3的下部)的情况下，引起下溢，成为比N位的全位少b2的计数的数(b2的补数b2n)。

在不从N位增减计数器1输出下溢信号24的情况下，即在PWM输入21的占空为50％以上的情况下，第一锁存电路6保持设置状态，D触发器7的输出Q输出信号32成为高电平。从而，PWM输入信号21的占空为50％以上时，在被输入了数据寄存器4的输出31和D触发器7的Q输出信号32的“同”门5的输出，原样输出被取入数据寄存器4的减少计数时的计数值b1。而且，在D触发器7的Q输出信号32为高电平时，减法器38不进行减法处理而原样输出该输入。从而“同”门5的输出被原样从减法器38输入移位寄存器13，通过向右移动1位从而由移位寄存器13的输出得到计数值b1的1/2的控制指令数据33。

接着，在输出下溢信号24的情况下，即PWM输入信号21的占空小于50％的情况下，计数的数成为比N位的全位少b2的值，即b2的补数(b2n)。

然后，第一锁存电路6成为重置状态，D触发器7的输出Q输出信号32成为低电平。从而，在PWM输入信号21的占空小于50％时，在被输入了数据寄存器4的输出31和Q输出信号32的“同”门5的输出，输出被取入数据寄存器4的减少计数时的计数值b2n反转后的值，并输入减法器38。减法器38在D触发器7的输出Q输出信号32为低电平时，进行从输入减去1的减法处理，所以从减法器38输出从计数的数b2n的反转值减去1后的值即b2。

将减法器38的输出进一步输入移位寄存器13后向右移动1位，从而从移位寄存器13的输出得到计数值b2n的补数b2的1/2的控制指令数据33。

以下说明上述结构的PWM控制检测电路的动作的细节。N位增减计数器1在PWM输入信号21为高电平时增加计数，在低电平时减少计数。

如图3所示，在占空为50％以上的情况下，增加计数比减少计数的计数的数多。将该计数的数的差设为b1。该计数的数的差b1是减少计数时的N位增减计数器1的输出。

此外，在占空小于50％的情况下，引起下溢，成为比N位的全位少b2的计数的数即b2的补数(b2n)。

其结果，在不发生下溢的情况下，占空为50％以上，说明该情况。

占空＝50(％)时的计数的数是相当于PWM输入信号21的1/2的周期的计数的数，将该计数的数设为dHalf。

如下述的算式2所示，增加计数时的计数的数a1是比相当于PWM输入信号21的1/2的周期的计数的数dHalf大α的值。

而且，在减少计数时，从该a1中减少计数(dHalf-α)而成为最终的计数的数b1。从而，算式3所示的关系式成立。

[算式2]

a1＝dHalf+α

[算式3]

b1＝a1-(dHalf-α)

从算式2分别减去算式3的两边而消去α并整理后，算式4成立。

[算式4]

$\mathrm{dHalf}=a1-\frac{b1}{2}$

以上，通过从增加计数时的计数的数a1中减去减少计数时的b1的1/2，从而得到相当于PWM输入信号21的1/2的周期的计数的数dHalf。

此外，通过算式2和算式4，可以通过算式5所示的计算式计算占空pwmdty。

[算式5]

$\mathrm{pwmdty}=(\mathrm{dHalf}+\frac{b1}{2})\÷(2\×\mathrm{dHalf})$

$=0.5+\frac{\frac{b1}{2}}{2\×\mathrm{dHalf}}$

即，减少计数值b1的1/2表示相当于与占空50％的差分的值。

接着，在发生下溢的情况下，占空比小于50％，说明该情况。

如下述算式6、算式7所示，将增加计数时的计数的数a2和从减少计数时的计数的数b2n反转后的值减去1而得到的b2n的补数b2的1/2相加，从而得到相当于PWM输入信号21的1/2的周期的计数的数dHalf。

[算式6]

b2＝b2n-1

[算式7]

$\mathrm{dHalf}=a2+\frac{b2}{2}$

从而，可以通过算式8所示的计算式计算所述PWM输入信号21的占空pwmdty。

[算式8]

$\mathrm{pwmdty}=(\mathrm{dHalf}-\frac{b2}{2})\÷(2\×\mathrm{dHalf})$

$=0.5-\frac{\frac{b2}{2}}{2\×\mathrm{dHalf}}$

即，减少计数值b2n的补数b2的1/2表示相当于与占空50％的差分的值。

这里，说明本申请发明的无刷电机的结构。图2是无刷电机的驱动电路的方框图。

在图2中，无刷电机的电机单元50包括位置检测元件51、52、53和定子线圈47、48、49。由位置检测元件51、52、53检测转子位置，通过霍尔放大波形变换电路44对其输出进行波形处理后输入到输出电路45，由输出电路45生成用于指示对定子线圈47、48、49进行通电的定时切换的驱动信号。然后，通过控制由PWM驱动电路46驱动定子线圈47、48、49的电流的占空比，从而控制转速。

然后，通过上述PWM控制检测电路40的控制指令数据33以及Q输出信号32，生成通过PWM输出电路43使PWM驱动电路46工作的PWM驱动信号42。

以下，再次参照图1说明从图2所示的PWM控制检测电路40经由PWM输出电路43生成PWM驱动信号42的结构的细节。

在图1中，将从PWM控制检测电路40输出的D触发器7的Q输出信号32和用于驱动无刷电机的占空50％的PWM基准信号28输入“异或”门(exclusive OR)8，并将该输出信号34输入第二边沿检测电路9来检测上升沿。

然后，将从PWM控制检测电路40输出的控制指令数据33输入第二计数器(以下称作N位计数器10)。N位计数器10由第二边沿检测电路9的输出即信号35重置，并进行增加计数，直到由可变分频器3对基准时钟信号22进行分频而生成的第二时钟信号(以下称作B时钟信号27)与控制指令数据33的值一致为止。

然后，如果计数值与控制指令数据33的值一致，则从N位计数器10输出一致输出36，并停止增加计数。该N位计数器10的一致输出36被输入第二锁存电路11的重置端，并由被输入第二锁存电路11的设置端的第二边沿检测电路9的输出信号35锁存。将该第二锁存电路11的输出37和PWM基准信号28输入“异或”门12，并作为控制无刷电机的转速的信号即PWM驱动信号42从“异或”门12输出。

通过以上的结构，由从PWM控制检测电路40输出的控制指令数据33和D触发器7的Q输出信号32对占空50％的PWM基准信号28进行调制从而可以生成用于驱动无刷电机的PWM驱动信号42。

以下参照图3更详细地说明生成PWM驱动信号42的动作。在PWM输入信号21的占空为50％以上时，由于D触发器7的Q输出信号32为高电平，所以在PWM基准信号28转换为低电平的定时，“异或”门8的输出34成为高电平。然后，“异或”门8的输出34由第二边沿检测电路9检测出上升沿，并由该第二边沿检测电路9的输出35将N位计数器10重置，开始B时钟信号27的增加计数动作，在与预先设置在N位计数器10中的控制命令数据33一致的时刻输出一致输出36，从而停止增加计数动作。另一方面，第二边沿检测电路9的输出35通过该一致输出36被锁存在第二锁存电路11中。即，在N位计数器10的增加计数与控制命令数据33一致的时刻，第二锁存电路11的输出37被锁存，反转为低电平。由此，被输入了PWM基准信号28和第二锁存电路11的输出37的“异或”门12的输出从第二锁存电路11的输出37为高电平期间所维持的高电平反转为低电平。即，在PWM基准信号28的高电平区间，N位计数器10延长从计数开始到与控制指令数据33一致为止期间的区间而持续高电平，生成具有50％以上的占空的PWM驱动信号42。

接着，在PWM输入信号21的占空小于50％时，由于D触发器7的Q输出信号32为低电平，所以“异或”门8的输出34原样输出PWM信号28。然后，在PWM基准信号28反转为高电平的时刻，由第二边沿检测电路9检测出上升沿，N位计数器10通过该第二边沿检测电路9的输出35重置，开始B时钟信号27的增加计数动作，并在与预先设置在N位计数器10中的控制指令数据33一致的时刻输出一致输出36，然后停止增加计数动作。

另一方面，第二边沿检测电路9的输出35通过该一致输出36被锁存在第二锁存电路11中。即，在N位计数器10的增加计数与控制命令数据33一致的时刻，第二锁存电路11的输出37被锁存，反转为低电平。由此，被输入了PWM基准信号28和第二锁存电路11的输出37的“异或”门12的输出从第二锁存电路11的输出37为高电平期间所维持的低电平反转为高电平。即，在PWM基准信号28的低电平区间，N位计数器10延长从计数开始到与控制指令数据33一致为止期间的区间而持续低电平，生成具有小于(高电平)50％的占空的PWM驱动信号42。

如以上这样，根据本实施方式，由于不直接检测PWM(数字)输入信号的占空而生成与占空50％的偏差值和50％以上或小于50％的判定信号，所以不需要除法电路，而且，可以每次检测PWM输入信号的占空。从而，在进行无刷电机的转速控制的电路中也可以没有时间延迟地进行控制。

此外，生成PWM输入信号与占空50％的偏差值和50％以上或小于50％的判定信号，并根据判定信号而对与PWM输入信号独立设置的占空50％的PWM信号加减偏差值，从而生成驱动无刷电机的PWM驱动信号，所以具有提高PWM驱动信号的设定自由度的效果。

此外，在输入端，如果将A时钟信号26的频率设为f时钟A，将PWM输入信号21的频率设为fPWM输入信号，则偏差计数值b1时的占空比成为下述算式9。

[算式9]

同样在输出端，如果将B时钟信号27的频率设为f时钟B，将PWM驱动信号42的频率设为fPWM驱动信号，则偏差计数值b1时的占空比成为下述算式10。

[算式10]

驱动增益为输出的占空比与输入的占空比的比，因此成为下述算式11。

[算式11]

在本实施方式中，PWM控制检测电路40的A时钟信号26和用于生成PWM驱动信号的B时钟信号27可通过可变分频器3分别以任意的分频比将基准时钟信号22分频。即，可以调整算式11所示的比。而且，同时通过适当设定PWM基准信号28，从而能够以保持PWM输入信号21的占空的状态使PWM输入信号21的周期和PWM驱动信号42的周期不同。此外，可以维持驱动增益的同时使PWM输入信号21的周期和PWM驱动信号42的周期不同。

例如，在PWM输入信号21为1kHz，A时钟信号26为100kHz的情况下，如果对用于驱动无刷电机的PWM驱动信号42的频率原样使用PWM输入信号21的频率1kHz，则成为可听到频带的频率，因此产生噪声的问题。

在为了避免该问题而提高PWM驱动信号42的频率的情况下，由于根据PWM输入信号21的占空进行PWM控制，所以需要在保持PWM输入信号21的占空的状态下提高PWM驱动信号42的频率。

考虑将PWM驱动信号42的频率提高到10kHz(PWM输入信号21的频率的10倍)的情况。

此时，如果假设PWM输入信号21的占空为60％，则由于PWM输入信号21的频率和A时钟信号26的频率的比为1∶100，所以输出与占空为50％的状态的偏差值(计数的数)的控制指令数据33为10个计数(十进制)。

而且，由于10个计数的B时钟信号附加到占空比50％的PWM信号28中而成为PWM驱动信号42，所以为了使PWM驱动信号42的占空与PWM输入信号21的占空同样为60％，使10个计数的B时钟信号相当于与PWM驱动信号42与占空50％的偏差即10％即可。

即，为了在维持与PWM输入信号21相同占空的状态下，将用于驱动无刷电机的PWM驱动信号42的频率提高到10kHz，使PWM输入信号21的频率和A时钟信号26的频率的比与PWM驱动信号42的频率和B时钟信号的频率的比相等即可。从而，将B时钟信号的频率设为A时钟信号26的10倍的1000kHz即可。

此外，在本实施方式中，可以改变无刷电机的转速的驱动增益。

在上述实施方式中，在将用于驱动无刷电机的PWM驱动信号42的频率(fPWM驱动信号)和PWM输入信号21的频率(fPWM输入信号)之比(fPWM输入信号/fPWM驱动信号)固定为1/10(1kHz/10kHz)时，根据算式11可知，通过改变时钟A的频率和时钟B的频率之比(f时钟B/f时钟A)从而能够使驱动增益变化。

图4是将X轴设为PWM输入信号的占空，将Y轴设为PWM驱动信号的占空的情况下的PWM输入信号和PWM驱动信号的关系的曲线图。

在图4中，G1表示PWM驱动信号的频率fPWM驱动信号、B时钟的频率fB时钟和计数器的位数N为算式12的关系的情况下的曲线图。

[算式12]

倾斜越大，则PWM驱动信号与占空50％的偏差越大于与PWM输入信号的偏差。即，驱动增益增大。

如图4中G2所示，如果设定为PWM驱动信号的频率fPWM驱动信号、B时钟的频率fB时钟和计数器的位数N为算式13的关系，则能够提高无刷电机的转速的驱动增益。

[算式13]

在上述例子中，在用于PWM驱动的频率提高到PWM输入信号21的频率的10倍的10kHz时，通过使B时钟信号的频率成为低于1000kHz的频率，从而延长B时钟周期。由于在PWM输入信号21的占空比所决定的控制指令数据33的数值(在上述例子中在占空比60％时为10)和对B时钟进行计数的N位计数器的计数值一致为止的时间延长，所以PWM驱动信号的占空比大于60％。由于与占空比50％的偏差成为控制量，所以驱动增益增大。

反之，如果将B时钟信号的频率设为高于1000kHz的频率，则驱动增益减小。即，通过改变输入到PWM控制检测电路40的N位增减计数器1的第一时钟(A时钟信号)频率和输入生成无刷电机的PWM驱动信号42的N位计数器10的第二时钟(B时钟信号)频率，从而能够改变无刷电机的驱动增益。

在本实施方式中，为了使数据寄存器4的输出在“同”门5之后成为1/2而设置了进行右移1位的移位寄存器13，但通过将B时钟信号的频率设为A时钟信号的两倍，从而所述数据寄存器4的输出可以原样作为PWM控制指令数据33使用，因此也可以删除本发明的移位寄存器13。

(实施方式2)

图5是本发明的实施方式2中的无刷电机驱动电路的PWM控制检测电路和PWM输出电路的方框图。以下，详细说明上述结构的PWM控制检测电路的动作。

图5所示的无刷电机驱动电路由具有偏差检测单元60和判定单元71的PWM控制检测电路40以及PWM输出电路43构成。与实施方式1相比，判定单元71的结构不同。对与实施方式1相同的构成元件附加同一参照标号并省略说明。

在PWM输入信号21为高电平时，N位增减计算器1增加计数，在低电平时减少计数。如图4所示，在占空为50％以上(稿电平区间比低电平区间长)的情况下，增加计数比减少计数所计数的数多。将该计数的数的差设为b1。而且，在占空小于50％的情况下，引起下溢，同时N位增减计算器1再次切换到增加计数。

其结果，在不发生下溢的情况下，与上述第一实施方式的情况同样，通过算式4得到与PWM输入信号21的1/2的周期相当的计数的数dHalf，通过算式5得到PWM输入信号21的占空pwmdty。

其结果，在不发生下溢的情况下，与上述第一实施方式的情况同样，为占空50％以上，减少计数值b1的1/2表示相当于与占空50％的差分的值，如果从无刷电机的驱动电路来看，相当于作为加速指令工作的值。

接着，在发生下溢的情况下，由于占空小于50％，所以N位增减计数器再次切换到增加计数。从而，能够直接得到减少计数时的计数的数b2，这与上述第一实施方式不同。即，不需要上述算式6所表示的运算。

以下，可以通过算式7得到与PWM输入信号21的1/2的周期相当的计数的数dHalf，通过算式8得到所述PWM输入信号21的占空pwmdty，这与上述第一实施方式同样。

其结果，在不发生下溢的情况下，与上述第一实施方式的情况同样，减少计数值b2n的补数b2的1/2表示相当于与占空50％的差分的值，如果从无刷电机的驱动电路来看，相当于作为减速指令工作的值。

图6是本发明的实施方式2中的动作定时图。在图6中，在PWM输入信号21为低电平时，对A时钟信号26减少计数，在计数值下溢时，输出下溢信号24，同时使用切换到增加计数的N位增减计数器1，从而在发生下溢的情况下直接得到减少计数时的计数的数b2，所以不必反转数据寄存器4的输出31。从而，可以简化电路结构。

另外，在以上的说明中，如果N位增减计数器1和N位计数器10在PWM输入信号21的高电平时作为增加计数器工作，而在低电平时作为增加计数器工作，则仅占空50％以上和以下的定时相反，可以与上述同样检测控制指令数据33和Q输出信号32。

(实施方式3)

图7是本发明的实施方式3的无刷电机驱动电路的方框图。图9是本发明的实施方式3的动作定时图。

在图7中，第一计数器(以下称作N位计数器101)，在PWM输入信号121为高电平时，对由可变分频器103对基准时钟信号122进行分频而生成的第一时钟信号(以下称作A时钟信号126)增加计数，在PWM输入信号121为低电平时，将计数重置。通过该N位计数器101和在PWM输入信号121的下降沿取入N位计数器101的输出即N位计数器数据125的数据寄存器104构成PWM控制检测电路140。

而且，由边沿检测电路109、第二计数器(以下称作N位计数器110)以及锁存电路111构成生成并输出无刷电机的PWM驱动信号142的PWM输出电路143，所述边沿检测电路109检测PWM输入信号121的上升沿，所述第二计数器由该边沿检测电路109的输出信号135重置，对与第一时钟信号不同的由可变分频器103分频生成的第二时钟信号(以下称作B时钟信号127)增加计数，直到与从PWM控制检测电路140的数据寄存器104输出的控制指令数据133的值一致为止，如果一致，则输出一致输出136，并停止增加计数，所述锁存电路111通过该一致输出136重置并对边沿检测电路109的输出信号135进行锁存。

在N位计数器110的计数值与控制指令数据133一致的时刻，锁存电路111通过一致输出136重置并反转为低电平。从而，N位计数器110开始计数到与控制指令数据133一致为止的期间，生成持续高电平的PWM驱动信号142。

如以上这样，根据本实施方式，由于直接利用PWM(数字)输入信号的占空来进行控制，所以不需要除法电路，而且每次可以原样使用PWM输入信号的占空。

从而，在进行无刷电机的转速控制的电路中也能够没有延迟地进行控制。

这里，在输入端，如果将A时钟信号126的频率设为f时钟A，以及将PWM输入信号121的频率设为fPWM输入信号，则N位计数器数据125为a1时的占空比Pdin由下述算式14表示。

[算式14]

同样在输出端，如果将B时钟信号127的频率设为f时钟B，将PWM驱动信号142的频率设为fPWM驱动信号，则计数值a1时的占空比Pdout由下述算式15表示。

[算式15]

驱动增益为输出的占空比与输入的占空比的比，驱动增益由下述算式16表示。

[算式16]

由于输入端的PWM输入信号121和输出端的PWM驱动信号142的频率相等，所以如下述算式17所示这样，驱动增益为f时钟A和f时钟B之比。

[算式17]

从而，驱动增益可通过A时钟信号126和B时钟信号127的频率之比来调整。

图9表示改变f时钟A和f时钟B之比的情况下的PWM驱动信号142的占空比的变换。

f时钟A＝f时钟B时，PWM输入信号121和PWM驱动信号142的占空比相等。

f时钟A＜f时钟B时，与PWM输入信号121相比，PWM驱动信号142的占空比减小(由于驱动增益为1以下)。

f时钟A＞f时钟B时，与PWM输入信号121相比，PWM驱动信号142的占空比增大(由于驱动增益为1以上)。

图10表示PWM输入信号的占空比和PWM驱动信号的占空比的关系。

这里，说明本申请发明的无刷电机的结构。图8是无刷电机的驱动电路的方框图。在该图中，无刷电机的电机单元150包括位置检测元件151、152、153和定子线圈147、148、149。通过位置检测元件151、152、153检测转子位置，通过霍尔放大波形变换电路144对其输出进行波形处理后输入到输出电路145，由输出电路145生成用于指示对定子线圈147、148、149进行通电的定时切换的驱动信号。然后，通过控制由PWM驱动电路146驱动定子线圈147、148、149的电流的占空比，从而控制转速。

然后，通过由上述PWM控制检测电路140和PWM输出电路143生成的PWM驱动信号142使PWM驱动电路146工作。

另外，在本实施方式中，为了容易说明而以高电平为中心考虑PWM输入信号和PWM驱动信号的占空比，但根据电路的结构，将逻辑反转而以低电平为中心考虑占空比也得到同样的作用、效果。

产业上的可利用性

本发明的无刷电机驱动电路在根据PWM信号的占空来控制无刷电机的转速的控制电路中不需要乘法电路和除法电路，而且可以变更PWM驱动控制增益，可以用作能够以PWM方式驱动无刷电机的无刷电机驱动电路。

Claims (12)

1.一种无刷电机驱动电路，包括：偏差检测单元，被输入用于指示转速控制的PWM输入信号，并检测所述PWM输入信号的占空比与50％的偏差；判定单元，检测以占空比50％作为阈值的比较结果；以及PWM输出电路单元，被输入占空比为50％的PWM基准信号，根据所述偏差和所述比较结果，生成无刷电机的PWM驱动信号，

通过在所述PWM输入信号的占空比为50％以上时，对所述PWM基准信号附加所述偏差，在所述PWM输入信号的占空比小于50％时，从所述PWM基准信号中减去所述偏差，从而生成所述PWM驱动信号。

2.如权利要求1所述的无刷电机驱动电路，其中，

所述偏差检测单元包括第一计数器，所述第一计数器被输入第一时钟信号，对所述第一时钟信号进行计数，从而将所述偏差作为偏差计数值输出，

所述判定单元包括输出以占空比50％作为阈值的判定信号的D触发器，

所述PWM驱动单元包括对第二时钟信号进行计数的第二计数器，

所述第二计数器根据所述判定信号，在所述PWM输入信号的占空比为50％以上时，从所述PWM输入信号由高电平向低电平下降的定时起开始计数，并在计数值与从所述偏差检测单元输出的偏差计数值一致时结束计数，将从计数开始到结束为止的时间附加到所述PWM基准信号的高电平区间，在所述PWM输入信号的占空比小于50％时，从所述PWM输入信号由低电平向高电平上升的定时起开始计数，并在计数值与从所述偏差检测单元输出的偏差计数值一致时结束计数，从所述PWM基准信号的高电平区间减去从计数开始到结束为止的时间。

3.如权利要求2所述的无刷电机驱动电路，其中，

所述偏差检测单元还包括检测所述PWM输入信号的上升沿的第一边沿检测电路，

在所述PWM输入信号为高电平时对第一时钟信号增加计数，在所述PWM输入信号为低电平时对所述第一时钟信号减少计数，在计数值下溢时输出下溢信号，所述第一计数器通过所述第一边沿检测电路的输出而被重置。

4.如权利要求2所述的无刷电机驱动电路，其中，所述判定单元包括：数据寄存器，在所述PWM输入信号的上升沿取入所述第一计数器的计数值；第一锁存电路，保持由所述第一计数器输出的下溢信号；所述D触发器，被输入所述第一锁存电路的输出，在所述PWM输入信号的上升沿输出Q输出信号；“同”门，输入所述数据寄存器的输出和所述Q输出信号；减法器，输入所述“同”门的输出，在所述Q输出信号为高电平时进行从输入减去1的处理，在所述Q输出信号为低电平时将输入直接输出；以及移位寄存器，输入所述减法器的输出并向右移动一位，

从所述移位寄存器输出与所述偏差对应的数据，从所述D触发器输出所述Q输出信号作为所述判定信号，所述判定信号以所述PWM输入信号的占空比50％作为阈值。

5.如权利要求1所述的无刷电机驱动电路，其中，所述PWM输出电路单元包括：第一“异或”门，输入所述PWM基准信号；第二边沿检测电路，检测所述第一“异或”门的输出的上升沿；第二计数器，由所述第二边沿检测电路的输出重置，对第二时钟信号增加计数，直到与从所述判定单元输出的数据的值一致为止，如果一致，则将输出一致输出并停止增加计数；第二锁存电路，由所述一致输出重置，并对所述第二边沿检测电路的输出进行锁存；以及第二“异或”门，输入所述第二锁存电路的输出和所述PWM基准信号，

通过所述第二“异或”门输出所述PWM驱动信号。

6.如权利要求2所述的无刷电机驱动电路，其中，所述判定单元包括：数据寄存器，在所述PWM输入信号的上升沿取入所述第一计数器的计数值；第一锁存电路，保持由所述第一计数器输出的下溢信号；所述D触发器，被输入所述第一锁存电路的输出，在所述PWM输入信号的上升沿输出Q输出信号；以及移位寄存器，输入所述数据寄存器的输出并向右移动一位，

从所述移位寄存器输出与所述偏差对应的数据，从所述D触发器输出Q输出信号作为所述判定信号，所述判定信号以所述PWM输入信号的占空比50％作为阈值。

7.如权利要求1所述的无刷电机驱动电路，其中，

所述偏差检测单元包括第一计数器，被输入第一时钟信号，对所述第一时钟信号进行计数，从而将所述偏差作为偏差计数值输出，

所述判定单元包括输出以占空比50％作为阈值的判定信号的D触发器，

所述PWM驱动单元包括对所述第二时钟信号进行计数的第二计数器，

根据所述判定单元的比较结果，将在所述PWM输入信号的占空比为50％以上时，将从所述第二计数器开始计数到计数值与从所述第一计数器输出的偏差计数值一致为止的时间附加到所述PWM基准信号的高电平区间，在所述PWM输入信号的占空比小于50％时，从所述PWM基准信号的高电平区间减去从所述第二计数器开始计数到计数值与从所述第一计数器输出的偏差计数值一致为止的时间，并将由此生成的信号作为所述PWM驱动信号输出，可调整所述第二时钟信号的频率和所述PWM驱动信号的频率之比与所述第一时钟信号的频率和所述PWM输入信号的频率之比的比。

8.如权利要求7所述的无刷电机驱动电路，其中，

所述偏差检测单元还包括用于检测所述PWM输入信号的上升沿的第一边沿检测电路，

所述第一计数器在所述PWM输入信号为高电平时对第一时钟信号增加计数，在所述PWM输入信号为低电平时对所述第一时钟信号减少计数，在计数值下溢时输出下溢信号，并通过所述第一边沿检测电路的输出而被重置。

9.如权利要求7所述的无刷电机驱动电路，其中，所述判定单元包括：数据寄存器，在所述PWM输入信号的上升沿取入所述第一计数器的计数值；第一锁存电路，保持由所述第一计数器输出的下溢信号；所述D触发器，被输入所述第一锁存电路的输出，在所述PWM输入信号的上升沿输出Q输出信号；“同”门，输入所述数据寄存器的输出和所述Q输出信号；减法器，输入所述“同”门的输出，在所述Q输出信号为高电平时进行从输入减去1的处理，在所述Q输出信号为低电平时将输入直接输出；以及移位寄存器，输入所述减法器的输出并向右移动一位，

从所述移位寄存器输出与所述偏差对应的数据，从所述D触发器输出所述Q输出信号作为所述判定信号，所述判定信号以所述PWM输入信号的占空比50％作为阈值。

10.一种无刷电动机驱动电路，包括：第一计数器，被输入第一时钟信号，将用于指示转速控制的PWM输入信号的高电平区间或低电平区间作为所述第一时钟信号的计数值输出；以及第二计数器，被输入第二时钟信号，并对所述第二时钟信号进行计数，

将从所述第二计数器开始计数到计数值与从所述第一计数器输出的计数值一致为止的时间作为高电平区间或低电平区间而生成并输出无刷电机的PWM驱动信号。

11.如权利要求10所述的无刷电机驱动电路，其中，所述第一计数器包括：数据寄存器，在所述PWM输入信号为高电平时对所述第一时钟信号增加计数，在所述PWM输入信号为低电平时重置计数值，在所述PWM输入信号的下降沿取入所述第一计数器的计数值；以及边沿检测电路，检测所述PWM输入信号的上升沿，

所述第二计数器包括锁存电路，所述锁存电路由所述边沿检测电路的输出而被重置，对所述第二时钟信号增加计数直到与从所述数据寄存器输出的计数值一致为止，如果一致，则输出一致输出并停止增加计数，通过所述一致输出而被重置，并对所述边沿检测电路的输出进行锁存，

将所述锁存电路的输出作为所述PWM驱动信号。

12.一种无刷电机，包括权利要求1至权利要求11的任何一项所述的无刷电机驱动电路。

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