CN101312334B - 无感测马达的控制电路及其控制方法 - Google Patents

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Abstract

一种无感测马达的控制电路包括一第一线圈、一第二线圈、一第一切换电路、一第二切换电路及一辅助开关电路。其中该第一切换电路电性连接于该第一线圈，且切换控制该第一线圈上的电流流经方向；该第二切换电路电性连接于该第二线圈，且切换控制该第二线圈上的电流流经方向；该辅助开关电路则电性连接于该第一线圈及该第二线圈之间，并与该第一切换电路及该第二切换电路共同控制该第一线圈及该第二线圈上的电流流经方向。本发明亦揭露一种无感测马达的控制方法。

Description

无感测马达的控制电路及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种控制电路及其控制方法，特别涉及一种无感测(SENSORLESS)马达的控制电路及其控制方法。
背景技术
一般而言，无感测马达是以感应线圈的感应电动势做为马达换向的依据，请参考图1所示，其为现有无感测马达的控制电路1的示意图。该控制电路1包括有一第一开关组件11、一第二开关组件12、一第三开关组件13、一第四开关组件14、一线圈15、一正电源输入端VDD及一接地端Vground。其中，该正电源输入端VDD及该接地端Vground供应该控制电路1所需的电源。
该线圈15设置在该马达的一硅钢片上(图中未显示)，并藉由不同的电流方向使得该硅钢片产生不同的磁性，进而与该马达的一转子的磁极产生斥力以推动该转子。控制电路1的动作方式如下：起初先导通该第一开关组件11及该第四开关组件14，使电流经由该第一开关组件11及该第四开关组件14流过该线圈15，且同时由该线圈15的二端A及B检测感应电动势，以判断该线圈15所相对应的磁极磁性，若必须改变该硅钢片的磁性时，该控制电路1便导通该第二开关组件12及该第三开关组件13，使电流经由不同方向流经该线圈15，进而改变该硅钢片的磁性，以继续推动该马达。
由于硅钢片必须不断的改变磁性，对于该控制电路1而言，必须于该线圈15的二端A及B检测该线圈15的感应电动势，以作为马达换向的依据。为了检测该感应线圈15上的感应电动势，该线圈15上必须有段时间不通电流，这段不通电时间将会降低马达的效率。因此为了改善马达的效率，该控制电路1必须预测下次马达的转速来调整开关电流的时间，但难免会发生该控制电路1预测错误，而无法及时关闭电流，而造成耗电，此外，这更会造成下次重新通电时，马达的噪音过大。承上所述，如何改进无感测马达的效率及噪音是一大课题。
发明内容
有鉴于上述课题，本发明的目的为提供一种有效提升效率及降低噪音的无感测马达的控制电路及其控制方法。
缘是，为达上述目的，依据本发明的一种无感测马达的控制电路包括一第一线圈、一第二线圈、一第一切换电路、一第二切换电路、一辅助开关电路。其中，该第一切换电路电性连接于该第一线圈，且切换控制该第一线圈上的电流流经方向；该第二切换电路电性连接于该第二线圈，且切换控制该第二线圈上的电流流经方向；该辅助开关电路则电性连接于该第一线圈及该第二线圈之间，并与该第一切换电路及该第二切换电路共同控制该第一线圈及该第二线圈上电流流经方向。
为达上述目的，依据本发明的一种无感测马达的控制电路的控制方法，其中该方法包括有：该第一切换电路、该第二切换电路及该辅助开关电路交替导通，以使该控制电路形成一半桥模式，并使一电流流经该第一线圈或该第二线圈，以启动该马达；该第一切换电路、该第二切换电路及该辅助开关电路交替导通，以使该控制电路形成一全桥模式，并使该电流同时流经该第一线圈及该第二线圈；该控制电路于该全桥模式下，使该电流流经该第一线圈或该第二线圈；该控制电路重复执行在全桥模式时的该两状态，以维持该马达的运转。
承上所述，本发明的一种无感测马达的控制电路及其控制方法，是藉由该辅助开关电路，使得该马达可切换于半桥驱动模式及全桥驱动模式，在该马达刚启动阶段时，以半桥驱动模式以克服该马达的噪音过大；在该马达转速稳定之后，改以全桥驱动模式以提升该马达的效率，使得该控制电路在驱动该马达时能获得加乘的功效。
附图说明
图1为显示现有无感测马达的控制电路的示意图；
图2为显示依据本发明较佳实施例无感测马达的控制电路的示意图；
图3及图4为显示依据本发明较佳实施例无感测马达的控制电路在半桥驱动模式下的示意图；
图5至图10为显示依据本发明较佳实施例无感测马达的控制电路在全桥驱动模式下的示意图；以及
图11为显示依据本发明较佳实施例无感测马达控制电路的控制方法的流程图。
附图符号说明：
1、2：控制电路                   11、231：第一开关组件
12、232：第二开关组件            13、241：第三开关组件
14、242：第四开关组件            15：线圈
21：第一线圈                     22：第二线圈
23：第一切换电路                 233：第一二极管
234：第二二极管                  24：第二切换电路
243：第三二极管                  244：第四二极管
25：辅助开关电路                 251：第一辅助开关组件
252：第二辅助开关组件            A、B、C、D：端点
VDD：电源电极                    Vground接地电极
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依据本发明较佳实施例的无感测马达的控制电路及其控制方法。
请参考图2所示，为依据本发明较佳实施例无感测马达的控制电路2的示意图。该控制电路2包括有一第一线圈21、一第二线圈22、一第一切换电路23、一第二切换电路24、一辅助开关电路25。
该第一切换电路23包括一第一开关组件231及一第二开关组件232。该第一开关组件231电性连接该第一线圈21的一端A，该第二开关组件232电性连接该第一线圈21的另一端B。
另外，该第一切换电路23更包括一第一二极管233及一第二二极管234，该第一二极管233以并联方式电性连接于该第一开关组件231，而该第二二极管234亦是以并联方式电性连接于该第二开关组件232。
该第二切换电路24包括一第三开关组件241及一第四开关组件242。该第三开关组件241电性连接该第二线圈22的一端C，该第四开关组件242电性连接该第二线圈22的另一端D。
另外，该第二切换电路24更包括一第三二极管243及一第四二极管244，该第三二极管243以并联方式电性连接于该第三开关组件241，而该第四二极管244以并联方式电性连接于该第四开关组件242。
该辅助开关电路25包括一第一辅助开关组件251及一第二辅助开关组件252，该第一辅助开关组件231分别电性连接该第一切换电路23及该第二切换电路24；相同地，该第二辅助开关组件252分别电性连接该第一切换电路23及该第二切换电路24。
另外，该第一辅助开关组件251及该第二辅助开关组件252亦可以串联方式电性连接一二极管(图中未示)以确保电流流经的方向。
此外，该控制电路2更包括一电源电极VDD及一接地电极Vground，其中，该电源电极VDD电性连接该第一开关组件231及该第二开关组件232。该接地电极Vground电性连接该第三开关组件241及该第四开关组件242。该电源电极VDD提供该控制电路2所需的电源。
在本实施例中，该第一辅助开关组件251、该第二辅助开关组件252、该第一开关组件231、该第二开关组件232、该第三开关组件241及该第四开关组件242皆为金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。
此外，该控制电路2更包含有一处理单元(图未示)，其电性连接该控制电路2以处理该控制电路2所接收的信号，并对这些信号做出反应。
接下来，将说明该控制电路2的作动，以使本发明的特征更为明显。
参考图3至图4所示，其根据本发明的控制电路2在半桥驱动模式下的电路示意图。该控制电路2在马达在启动初期时采用半桥驱动模式以降低启动噪音。该控制电路2的半桥驱动模式如下所述，导通该第二开关组件232、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground，同时，该处理单元在该第一线圈21的一端A检测一第一感测信号，并判断该控制电路2的电流是否需要换向。若该处理单元检测到第一感测信号，则会导通该第一开关组件231、该第一辅助开关组件251及该第四开关组件242以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground，同时，该处理单元在该第一线圈21的另一端B检测一第二感测信号，并判断该控制电路2的电流是否需要换向。
此外，若该处理单元无法检测到第一感测信号，则维持该第二开关组件232、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241导通。同理，若该处理单元检测到该第二感测信号，则同前段所述，导通该第二开关组件232、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241。若无法检测到该第二感测信号，则维持该第一开关组件231、该第一辅助开关组件251及该第四开关组件242导通。
值得一提的是，该第一感测信号及该第二感测信号是该第一线圈21的感应电动势。
承上文所述，该控制电路2重复上述作动，直至其所控制的马达的转速稳定之后，该处理单元切换该控制电路2至全桥驱动模式，以提升马达的工作效率。关于全桥驱动模式，请见下文所述。
请参见图5至图10所示，是该控制电路2在全桥模式下的操作示意图。如图5所示，在一第一驱动时间，该处理单元导通该第一开关组件231、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241，以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground。如图6所示，在一第二驱动时间，该处理单元导通该第一开关组件231及该第三开关组件241，并使得该第一开关组件231与该第二二极管234、该第三开关组件241与该第四二极管244形成一封闭回路以去除第一驱动时间的残存电流。另外值得一提的是，此驱动时间内，该第二开关组件232及该第四开关组件242可为导通或不导通状态，皆不致影响其封闭回路的产生，再者，该第二二极管234及该第四二极管244可省略设置，而改藉由该第二开关组件232及该第四开关组件242内部的等效二极管来取代。
接着，如图7所示，在一第三驱动时间，导通该第二开关组件232、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241，以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground，且该处理单元同时在该第一线圈21的一端A检测一第三感测信号。
同理，若该处理单元检测到该第三感测信号，则如图8所示，在一第四驱动时间，导通该第二开关组件232、该第一辅助开关组件251及该第四开关组件242，以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground。接着，如图9所示，在一第五驱动时间，该处理单元导通该第二开关组件232以与该第一二极管233形成封闭回路，同理，该处理单元亦导通该第四开关组件242以与该第三二极管243形成封闭回路以去除第五驱动时间中的残存电流，另外值得一提的是，此驱动时间内，该第一开关组件231及该第三开关组件241可为导通或不导通状态，皆不致影响其封闭回路的产生，再者，该第一二极管233及该第三二极管243可省略设置，而改藉由该第一开关组件231及该第三开关组件241内部的等效二极管来取代。
如图10所示，在一第六驱动时间，导通该第一开关组件231、该第一辅助开关组件251及该第四开关组件242，以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground，且该处理单元同时在该第一线圈21的另一端B检测一第四感测信号。
此时，若该处理单元检测到该第四感测信号，则该处理单元导通该第一开关组件231、该第二辅助开关组件252及该第三开关组件241，以使电流自该电源电极VDD流向该接地电极Vground。若无法检测该第四感测信号，则维持导通该第一开关组件231、该第一辅助开关组件251及该第四开关组件242。
承上所述，该控制电路2藉由半桥模式启动后，将重复上述全桥模式的方式持续作动，以驱动马达转动，并因此在此控制电路2达成半桥模式启动噪音较小，全桥模式运转效率较佳的加乘功效。
请参考图11所示，为依据本发明较佳实施例无感测马达的控制电路的控制方法流程图。在此是以该控制电路2为例说明该控制方法。
当该处理单元下达马达启动的指令后，该控制电路2的启动运转方式包括以下步骤：
步骤S01：导通该第二开关组件232、该第三开关组件241及该第二辅助开关组件251，并自该第一线圈21检测一第一感测信号。
步骤S02：若检测到该第一感测信号，导通该第一开关组件231、该第四开关组件242及该第一辅助开关组件252，并自该第一线圈21检测一第二感测信号；此时该处理单元检测马达启动是否已达稳定转速，若转速尚未稳定，则重复步骤S01及步骤S02。
步骤S03：在马达转速稳定后，在一第一驱动时间，导通该第一开关组件231、该第三开关组件241及该第二辅助开关组件252。
步骤S04：在一第二驱动时间，导通该第一开关组件231及该第三开关组件241以分别形成一回路，以去除残存电流；另外，此时亦可选择设定该第二开关组件232及该第四开关组件242为导通或不导通的状态。
步骤S05：在一第三驱动时间，导通该第二开关组件231、该第三开关组件241及该第二辅助开关组件252，并自该第一线圈21检测一第三感测信号，若未检测到该第三感测信号，则持续检测。
步骤S06：若检测到该第三感测信号，在一第四驱动时间，导通该第二开关组件232、该第四开关组件242及该第一辅助开关组件251。
步骤S07：在一第五驱动时间，导通该第二开关组件232及该第四开关组件242以分别形成一回路，以去除残存电流；另外，此时亦可选择设定该第一开关组件231及该第三开关组件241为导通或不导通的状态。
步骤S08：在一第六驱动时间，导通该第一开关组件231、该第四开关组件242及该第一辅助开关组件251，并自该第一线圈21检测一第四感测信号，若未检测到该第四感测信号，则持续检测；反之，若已检测到该第四感测信号，则回到步骤S03以完成驱动方法循环的一次循环。
综上所述，本发明的一种无感测马达的控制电路藉由辅助开关电路，使得马达可切换于半桥驱动模式及全桥驱动模式，在马达刚启动阶段时，以半桥驱动模式以克服马达的噪音过大；在马达转速稳定之后，改以全桥驱动模式以提升马达的效率，使得控制电路得获得相乘的功效。
以上所述仅为举例性，而非为限制性者。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包含在本发明的申请专利范围中。

Claims (18)

1.一种无感测马达的控制电路，包括：
一第一线圈；
一第二线圈；
一第一切换电路，电性连接于该第一线圈，且切换控制该第一线圈上的电流流经方向；
一第二切换电路，电性连接于该第二线圈，且切换控制该第二线圈上的电流流经方向；以及
一辅助开关电路，电性连接于该第一线圈及该第二线圈之间，并与该第一切换电路及该第二切换电路共同控制该第一线圈及该第二线圈上的电流流经方向。
2.如权利要求1所述的控制电路，其中，该第一切换电路具有一第一开关组件及一第二开关组件，其中，该第一开关组件电性连接该第一线圈的一端，该第二开关组件电性连接该第一线圈的另一端。
3.如权利要求2所述的控制电路，其更包括有一电源电极，电性连接该第一开关组件及该第二开关组件
4.如权利要求2所述的控制电路，其中，该第一切换电路更包括有一第一二极管及一第二二极管，且该第一二极管以并联方式电性连接于该第一开关组件，而该第二二极管以并联方式电性连接于该第二开关组件。
5.如权利要求1所述的控制电路，其中，该第二切换电路具有一第三开关组件及一第四开关组件，其中，该第三开关组件电性连接该第二线圈的一端，该第四开关组件电性连接该第二线圈的另一端。
6.如权利要求5所述的控制电路，更包含有一接地电极，电性连接该第三开关组件及该第四开关组件
7.如权利要求5所述的控制电路，其中，该第二切换电路更包括有一第三二极管及一第四二极管，且该第三二极管以并联方式电性连接于该第三开关组件，而该第四二极管以并联方式电性连接于该第四开关组件。
8.如权利要求1所述的控制电路，其中，该辅助开关电路具有一第一辅助开关组件及一第二辅助开关组件，其中，该第一辅助开关组件电性连接于该第一线圈及该第二线圈之间，且该第二辅助开关组件亦电性连接于该第一线圈及该第二线圈之间。
9.如权利要求8所述的控制电路，其中，该第一辅助开关组件及该第二辅助开关组件为一金属氧化物半导体场效晶体管。
10.如权利要求8所述的控制电路，其中，该第一辅助开关组件及该第二辅助开关组件分别以串联方式电性连接一二极管。
11.如权利要求1所述的控制电路，其更包括一处理单元，与该控制电路电性连接以控制该控制电路。
12.一种无感测马达的控制电路的控制方法，其中，该控制电路包括一第一线圈、一第二线圈、一第一切换电路、一第二切换电路及一辅助开关电路，其中，该控制方法包括下列步骤：
该第一切换电路、该第二切换电路及该辅助开关电路交替导通，以使该控制电路形成一半桥模式，并使一电流流经该第一线圈或该第二线圈，以启动该马达；
该第一切换电路、该第二切换电路及该辅助开关电路交替导通，以使该控制电路形成一全桥模式，并使该电流同时流经该第一线圈及该第二线圈；
该控制电路于该全桥模式下，使该电流流经该第一线圈或该第二线圈；
以及
该控制电路重复执行于全桥模式时的状态，以维持该马达的运转。
13.如权利要求12所述的控制方法，其中，该第一切换电路具有一第一开关组件及一第二开关组件，其中，该第一开关组件电性连接该第一线圈，该第二开关组件电性连接该第一线圈，该第二切换电路具有一第三开关组件及一第四开关组件，其中，该第三开关组件电性连接该第二线圈，该第四开关组件电性连接该第二线圈，该辅助开关电路具有一第一辅助开关组件及一第二辅助开关组件，该两辅助开关组件分别电性连接于该两切换电路之间，而当导通该第二开关组件、该第三开关组件及该第二辅助开关组件时，自该第一线圈检测一第一感测信号或一感应电动势，若检测到该第一感测信号，则导通该第一开关组件、该第四开关组件及该第一辅助开关组件，并自该第一线圈检测一第二感测信号或一感应电动势，并完成半桥模式下的马达启动。
14.如权利要求13所述的控制方法，其更包括当启动未达稳定转速时，重复该控制电路半桥模式下的启动步骤。
15.如权利要求13所述的控制方法，其中，在启动后，其方法更包括在一第一驱动时间，导通该第一开关组件、第三开关组件及第二辅助开关组件；在一第二驱动时间，导通该第一开关组件及该第三开关组件以分别形成一回路，以去除残存电流；以及在一第三驱动时间，导通该第二开关组件、该第三开关组件及该第二辅助开关组件，并自该第一线圈检测一第三感测信号或一感应电动势。
16.如权利要求15所述的控制方法，其更包括一步骤为若无法检测到该第三感测信号，则维持该第二开关组件、该第三开关组件及该第二辅助开关组件导通。
17.如权利要求15所述的控制方法，其更包括一步骤为若检测到该第三感测信号，在一第四驱动时间，则导通该第二开关组件、该第四开关组件及该第一辅助开关组件；在一第五驱动时间，导通该第二开关组件及该第四开关组件以分别形成一回路，以去除残存电流；以及在一第六驱动时间，导通该第一开关组件、该第四开关组件及该第一辅助开关组件，并自该第一线圈检测一第四感测信号。
18.如权利要求17所述的控制方法，其更包括一步骤为若无法检测到该第四感测信号，则维持导通该第一开关组件、该第四开关组件及该第一辅助开关组件，并再次自该第一线圈检测该第四感测信号或一感应电动势。
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