CN101546977B - 控制装置及驱动方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种控制装置及驱动方法，特别涉及一种控制装置，用以驱动马达，且马达包括转子及定子，此控制装置包括霍氏感测器以及驱动电路。霍氏感测器感测转子旋转时的磁通量变化并产生第一感测信号及第二感测信号。其中，第一及二感测信号表示该转子旋转时的所在位置。驱动电路产生驱动信号以驱动定子，且根据第一与第二感测信号间的关系以及控制信号来开启或关闭驱动信号。本发明所述的控制装置及驱动方法，可以减少以往的马达驱动电路在驱动马达进行换相时所产生的突波电流，进一步使马达的整体效率大幅的提升。
Description
技术领域
本发明有关于一种控制装置及方法，特别是有关于一种马达控制装置及方法。
背景技术
在已知无刷直流马达的驱动方法上，利用脉冲宽度调制(pulse width modulation，PWM)信号的技术控制驱动电路，再利用驱动电路提供电流给马达的定子，使定子产生极性。通过具有永久磁铁的转子与具有极性的定子两者间所产生的磁场相互作用，以使马达转动。在马达转动到一定的角度时，改变定子的极性，使马达继续转动。通过上述的方式不断提供PWM信号给驱动电路，透过驱动电路不断改变定子极性，则可控制马达持续转动。然而，由于必须不断的提供PWM信号至驱动电路，相对的增加了马达驱动装置的耗电量。此外，传统上的马达在换相(改变定子的极性)时，由于驱动电路切换的动作，很容易会产生突波电流，因而降低整个驱动电路的效率。
因此，期望提供一种马达控制装置及方法，通过控制PWM信号切换的方式，可达到省电的效果，亦可有效的提升马达的整体效率。
发明内容
本发明提供一种控制装置，用以驱动马达，且马达包括转子及定子，此控制装置包括霍氏感测器以及驱动电路。霍氏感测器感测转子旋转时的磁通量变化并产生第一感测信号及第二感测信号。其中，第一及二感测信号表示该转子旋转时的所在位置。驱动电路产生驱动信号以驱动定子，且根据第一与第二感测信号间的关系以及控制信号来开启或关闭驱动信号。
本发明所述的控制装置，在该转子的第一端自一基准点移动到一分界点的期间，当该第一感测信号大于该第二感测信号时，该驱动电路产生具有一第一电平的一判断信号，且在该转子的第一端由该分界点移动到该基准点的期间，当该第一感测信号小于该第二感测信号时，该驱动电路产生具有一第二电平的该判断信号。
本发明所述的控制装置，当该判断信号处于该第一电平时，根据该控制信号，该驱动电路于该转子的第一端处于该基准点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至一第一特定点时关闭该驱动信号。
本发明所述的控制装置，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动至该第一特定点时，该转子旋转了大约120度至135度。
本发明所述的控制装置，当该判断信号处于该第二电平时，根据该控制信号，该驱动电路于该转子的第一端处于该分界点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至一第二特定点时关闭该驱动信号。
本发明所述的控制装置，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动至该第二特定点时，该转子旋转了大约300度至315度。
本发明所述的控制装置，该第一特定点与该第二特定点是由该控制信号所决定。
本发明所述的控制装置，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动到该分界点时，该转子旋转了180度。
本发明所述的控制装置，该驱动电路包括：一比较单元，用以比较该第一感测信号及该第二感测信号，且根据比较结果产生一判断信号；一计数单元，接收一第一时脉信号及该判断信号，用以根据该判断信号的变化而重置，并以该第一时脉信号进行计数，其中，该计数单元将该计数结果与一第一系数进行除法运算以产生一计数信号；一暂存单元，用以接收并暂存该计数信号，且根据该判断信号的变化而重置；一第一可编程计数单元，以该第一时脉信号对该计数信号进行计数以产生一第二时脉信号，其中，该第一可编程计数单元根据该判断信号的变化或该第二时脉信号而重置；一第二可编程计数单元，用以接收该控制信号，且以该第二时脉信号对该控制信号进行计数以产生一开关信号，其中，该第二可编程计数单元根据该判断信号的变化而重置；以及一驱动单元，用以根据一脉冲宽度调制信号产生该驱动信号，且根据该开关信号来停止产生该驱动信号。
本发明所述的控制装置，根据该开关信号，该驱动电路于该转子的第一端处于一基准点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至一第一特定点时关闭该驱动信号。
本发明所述的控制装置，根据该开关信号，该驱动电路于该转子的第一端处于一分界点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至一第二特定点时关闭该驱动信号。
本发明更提供一种驱动方法，用以驱动马达，且马达包括转子及定子，此驱动方法包括提供驱动信号；当转子的第一端处于基准点时，开启该驱动信号以驱动定子；以及当转子的第一端由基准点移动至第一特定点时，关闭驱动信号。
本发明所述的驱动方法，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动至该第一特定点时，该转子旋转了大约120度至135度。
本发明所述的驱动方法，更包括：当该转子的第一端处于一分界点时，开启该驱动信号；以及当该转子的第一端由该分界点移动至一第二特定点时，关闭该驱动信号。
本发明所述的驱动方法，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动至该第二特定点时，该转子旋转了大约300度至315度。
本发明所述的驱动方法，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动至该分界点时，该转子旋转了180度。
本发明所述的控制装置及驱动方法，可以减少以往的马达驱动电路在驱动马达进行换相时所产生的突波电流，进一步使马达的整体效率大幅的提升。
附图说明
图1表示根据本发明实施例的马达及其控制装置；
图2表示根据本发明实施例的控制驱动电路；
图3表示根据本发明实施例的感测信号H+-H-的信号以及判断信号S20；
图4表示根据本发明实施例的判断信号S20、时脉信号CLK2及开关信号SSW；
图5a至图5d表示根据本发明实施例，马达的转子旋转示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合所附图式，作详细说明如下。
图1表示根据本发明实施例的马达及其控制装置。参阅图1，控制装置11用来驱动马达10，且控制装置11包括霍尔感测器110及驱动电路111。本领域普通技术人员已知，马达10具有转子及定子。霍氏感测器110感测马达10的转子旋转时的磁通量变化，并根据测得知磁通量变化而产生第一及第二感测信号H+及H-，其中，第一及第二感测信号H+及H-为差动信号组，用来表示转子的旋转角度范围，例如根据一基准点，转子的旋转角度介于0至180度或介于180至360度。驱动电路111接收第一及第二感测信号H+及H-以及控制信号CS，且产生驱动信号S11以驱动马达10。驱动电路111会根据第一及第二感测信号H+与H-间的关系以及控制信号CS来开启或关闭驱动信号S11。以下将叙述控制装置11开启及关闭驱动信号S11的详细操作说明。
图2表示根据本发明实施例的驱动电路。参阅图2，驱动电路111包括比较单元20、计数单元21、暂存单元22、第一可编程计数单元23及第二可编程计数单元24、及驱动单元25。比较单元20接收第一及第二感测信号H+及H-并比较第一及第二感测信号H+及H-，且根据比较结果产生判断信号S20。图3表示根据本发明实施例的感测信号H+-H-的信号以及判断信号S20。参阅图3，定义一基准点，转子的旋转角度介于0至180度时，第一感测信号H+大于第二感测信号H-，因此信号H+-H-为正，此时判断信号S20具有高电平；而转子的旋转角度介于180至360度时，第一感测信号H+小于第二感测信号H-，因此信号H+-H-为负，此时判断信号S20具有低电平。
计数单元21接收时脉信号CLK1及判断信号S20，且根据判断信号S20的变化(即判断信号S20的上升缘及下降缘)而重置(RESET)。计数单元21以时脉信号CLK1进行计数，且将计数结果与一系数进行除法运算以产生计数信号S21。换句话说，计数单元21以时脉信号CLK1来计算转子的旋转角度介于0至180度以及转子旋转角度介于180至360度所需要的时间，借此获得判断信号S20的工作周期(duty cycle)。在此实施例中，计数单元21获得计数信号S21后，根据延迟一个工作时脉的判断信号S20的变化而重置(RESET)。
暂存单元22在判断信号S20转态时，即判断信号S20产生上升边缘或者下降边缘，暂存单元22会将计数信号S21进行拴锁(latch)并加以储存。第一可编程计数单元23接收来自暂存单元22所储存的信号S22，且以时脉信号CLK1进行计数以产生时脉信号CLK2，其中，时脉信号CLK2的周期为S22×TCLK1，(其中，TCLK1为时脉信号CLK1的周期)。第一可编程计数单元23根据判断信号S20的变化或时脉信号CLK2而重置(RESET)。第二可编程计数单元24接收控制信号CS，且以时脉信号CLK2对控制信号CS进行计数以产生开关信号SSW。第二可编程计数单元24根据判断信号S20的变化而重置(RESET)，开关信号SSW重置的初始值为低电平，直到计数单元24计数发生溢位(over flow)时，则转变为高电平。驱动单元25根据开关信号SSW来触发脉冲宽度调制信号PWM产生驱动信号S11，当开关信号SSW为低电平时，则提供脉冲宽度调制信号PWM，若开关信号SSW为高电平时，则不提供脉冲宽度调制信号PWM。
于一实施例中，于马达10与驱动电路111之间另包含有至少一功率元件(图未示)，用以根据驱动信号S11产生驱动电流至马达10，借此控制马达10的定子的极性，于一实施例中，该功率元件为一功率晶体管(Power MOS)。
图4表示根据本发明实施例的判断信号S20、时脉信号CLK2及开关信号SSW。参阅图4，假设计数单元21根据时脉信号CLK1计数判断信号S20而获得判断信号S20的高或低电平占有1000个时脉信号CLK1，即计数结果等于1000。计数单元21再将计数结果除以一系数N获得计数信号S21。在此实施例中，将系数N设定为10，因此计数信号S21所代表的数值为100(1000/10＝100)。计数信号S21暂存于暂存单元22，并输出至第一可编程计数单元23。第一可编程计数单元23以时脉信号CLK1对暂存于暂存单元22内的计数信号S22进行计数。当第一可编程计数单元23计数至100时，则输出高电平的信号以作为时脉信号CLK2。在判断信号S20的电平尚未变化时，第一可编程计数单元23根据反馈的时脉信号CLK2而重置，以重新计数，即时脉信号CLK2的溢位(over flow)信号，或者计数单元23计数超过100。第二可编程计数单元24以时脉信号CLK2对控制信号CS进行计数。其中，控制信号CS所表示的数值介于0至N-1之间，而在此实施例中，假设控制信号CS表示数值6。第二可编程计数单元24一开始产生低电平的开关信号SSW，而当第二可编程计数单元24计数超过数值6时，则将开关信号SSW切换为高电平。驱动单元25根据开关信号SSW来触发脉冲宽度调制信号PWM产生驱动信号S11且接收开关信号SSW。驱动单元25根据低电平的开关信号SSW来产生驱动信号S11(状态ON)，且根据高电平的开关信号SSW来停止产生驱动信号S11(状态OFF)。其中，驱动单元25何时停止产生驱动信号S11决定于控制信号CS，且控制信号CS则依实际应用而定。
图5a至图5d表示根据本发明实施例，马达的转子旋转示意图。以下将以马达的转子旋转角度来说明驱动信号S11的开启及关闭。马达10的转子50旋转顺序依序为图5a至图5d。将一基准点定义为0度，而一分界点定义为180度。转子50为永久磁铁，且具有正极端(P)及负极端(N)。在转子的正极端(P)自基准点移动到分界点的期间，即转子50的旋转角度介于0至180度的期间，感测信号H+大于感测信号H-，此时判断信号S20具有高电平。此外，定子于基准点产生正极性(P)，而于分界点产生负极性(N)。在判断信号S20为高电平的期间，透过计数单元21、暂存单元22、第一可编程计数单元23及第二可编程计数单元24的上述操作，第二可编程计数单元24根据控制信号CS而产生开关信号SSW。驱动单元25根据具有低电平的开关信号SSW而于转子50的正极端(P)处于基准点时产生驱动信号S11，且根据具有高电平的开关信号SSW而于转子50的正极端(P)移动至特定点SP1时停止产生驱动信号S11。在此实施例中，当转子50的正极端(P)自基准点移动至特定点SP1时，转子50旋转了大约120至135度，于其他实施例中，特定点SP1可设置于90至180度之间，根据不同的应用而自行调整，本实施例中转子50旋转大约120至135度仅为一实施例，并不以此为限。当驱动单元25停止产生驱动信号S11后，透过转子50的正极端(P)与分界点上定子的负极性之间的惯性，使转子50继续转动。
在转子的正极端自分界点移动回基准点的期间，即转子的旋转角度介于180至360度的期间，感测信号H+小于感测信号H-，此时判断信号S20具有低电平。此外，定子于基准点产生负极性(N)，而于分界点产生正极性(P)。在判断信号S20为低电平的期间，透过计数单元21、暂存单元22、第一可编程计数单元23及第二可编程计数单元24的上述操作，第二可编程计数单元24根据控制信号CS而产生开关信号SSW。驱动单元25根据具有低电平的控制信号SSW而于转子50的正极端(P)处于分界点时产生驱动信号S11，且根据具有高电平的控制信号SSW而于转子50正极端(P)移动至特定点SP2时停止产生驱动信号S11。在此实施例中，当转子50的正极端(P)自基准点移动至特定点SP2时，转子50旋转了大约300至315度，相同的，特定点SP2可设置于270至360度之间，根据不同的应用而自行调整，本实施例中转子50旋转大约300至315度仅为一实施例，并不以此为限。当驱动单元25停止产生驱动信号S11后，透过转子50的正极端(P)与基准点上定子的负极性之间的惯性，使转子50继续转动。
根据上述可得知，控制信号CS决定了驱动单元25何时关闭驱动信号S11，换句话说，控制信号CS决定了特定点SP1及SP2的位置。因此，可透过调整控制信号CS所代表的数值来决定驱动单元25关闭驱动信号S11的时机。
根据本发明的实施例，驱动单元25可先开启驱动信号S11，当转子旋转了特定角度时，再关闭驱动信号S11。接着转子通过其旋转时的惯性而继续转动。待惯性消失时，驱动单元25再开启驱动信号S11。因此，驱动单元25不需持续提供驱动信号S11，如此可达成省电的目的，此外，本发明的控制装置利用惯性的原理，在马达换相(改变定子的极性)前关掉脉冲宽度调制信号PWM，可以减少以往的马达驱动电路在驱动马达进行换相时所产生的突波电流，进一步使马达的整体效率大幅的提升。
以上所述仅为本发明较佳实施例，然其并非用以限定本发明的范围，任何熟悉本项技术的人员，在不脱离本发明的精神和范围内，可在此基础上做进一步的改进和变化，因此本发明的保护范围当以本申请的权利要求书所界定的范围为准。
附图中符号的简单说明如下：
10：马达
11：控制装置
110：霍尔感测器
111：驱动电路
20：比较单元
21：计数单元
22：暂存单元
23、24：第一可编程计数单元、第二可编程计数单元
25：驱动单元
50：转子。
Claims (16)
1.一种控制装置，其特征在于，用以驱动一马达，且该马达包括一转子及一定子，该控制装置包括：
一霍氏感测器，用以感测该转子旋转时的磁通量变化并产生一第一感测信号及一第二感测信号，其中，该第一感测信号及该第二感测信号表示该转子旋转时的所在位置；以及
一驱动电路，用以产生一驱动信号以驱动该定子，且根据该第一感测信号及该第二感测信号间的关系以及一控制信号来开启或关闭该驱动信号；
其中，在该转子的第一端自一基准点经过一第一特定点而移动到一分界点的期间，该第一感测信号大于该第二感测信号，该驱动电路产生具有一第一电平的一判断信号，根据该控制信号，该驱动电路于该转子的第一端自该基准点移动到该第一特定点的期间持续开启该驱动信号，且于该转子的第一端自该第一特定点移动至该分界点的期间持续关闭该驱动信号；以及
该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动到该分界点时，该转子旋转了180度。
2.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第一特定点时，该转子旋转了120度至135度。
3.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，在该转子的第一端自该分界点经过一第二特定点而移动到该基准点期间，该第一感测信号小于该第二感测信号，该驱动电路产生具有一第二电平的该判断信号，根据该控制信号，该驱动电路于该转子的第一端自该分界点移动到该第二特定点的期间持续开启该驱动信号，且于该转子的第一端自该第二特定点移动至该基准点的期间持续关闭该驱动信号。
4.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第二特定点时，该转子旋转了300度至315度。
5.根据权利要求3所述的控制装置，其特征在于，该第一特定点与该第二特定点是由该控制信号所决定。
6.根据权利要求1所述的控制装置，其特征在于，该驱动电路包括：
一比较单元，用以比较该第一感测信号及该第二感测信号，且根据比较结果产生该判断信号；
一计数单元，接收一第一时脉信号及该判断信号，用以根据该判断信号的变化而重置，并以该第一时脉信号进行计数，其中，该计数单元将计数结果与一第一系数进行除法运算以产生一计数信号；
一暂存单元，用以接收并暂存该计数信号，且根据该判断信号的变化而重置；
一第一可编程计数单元，以该第一时脉信号对该计数信号进行计数以产生一第二时脉信号，其中，该第一可编程计数单元根据该判断信号的变化或该第二时脉信号而重置；
一第二可编程计数单元，用以接收该控制信号，且以该第二时脉信号对该控制信号进行计数以产生一开关信号，其中，该第二可编程计数单元根据该判断信号的变化而重置；以及
一驱动单元，用以根据一脉冲宽度调制信号产生该驱动信号，且根据该开关信号来停止产生该驱动信号。
7.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，根据该开关信号，该驱动电路于该转子的第一端处于该基准点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至该第一特定点时关闭该驱动信号。
8.根据权利要求7所述的控制装置，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第一特定点时，该转子旋转了120度至135度。
9.根据权利要求6所述的控制装置，其特征在于，在该转子的第一端自该分界点经过一第二特定点而移动到该基准点期间，该第一感测信号小于该第二感测信号，该驱动电路产生具有一第二电平的该判断信号，根据该控制信号，该驱动电路于该转子的第一端自该分界点移动到该第二特定点的期间持续开启该驱动信号，且于该转子的第一端自该第二特定点移动至该基准点的期间持续关闭该驱动信号。
10.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，根据该开关信号，该驱动电路于该转子的第一端处于该分界点时开启该驱动信号，且于该转子的第一端移动至该第二特定点时关闭该驱动信号。
11.根据权利要求10所述的控制装置，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第二特定点时，该转子旋转了300度至315度。
12.根据权利要求9所述的控制装置，其特征在于，该第一特定点与该第二特定点是由该控制信号所决定。
13.一种驱动方法，其特征在于，用以驱动一马达，且该马达包括一转子及一定子，该驱动方法包括：
提供一驱动信号；
在该转子的第一端自一基准点经过一第一特定点而移动到一分界点的期间，当该转子的第一端自该基准点移动到该第一特定点时，持续开启该驱动信号以驱动该定子；以及
在该转子的第一端自该基准点经过该第一特定点而移动到该分界点的期间，当该转子的第一端自该第一特定点移动至该分界点时，持续关闭该驱动信号；
其中，该基准点定义为0度，当该转子的第一端自该基准点移动到该分界点时，该转子旋转了180度。
14.根据权利要求13所述的驱动方法，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第一特定点时，该转子旋转了120度至135度。
15.根据权利要求13所述的驱动方法，其特征在于，更包括：
在该转子的第一端自该分界点经过一第二特定点而移动到该基准点期间，当该转子的第一端自该分界点移动到该第二特定点时，持续开启该驱动信号；以及
在该转子的第一端自该分界点经过该第二特定点而移动到该基准点期间，当该转子的第一端自该第二特定点移动至该基准点时，持续关闭该驱动信号。
16.根据权利要求15所述的驱动方法，其特征在于，当该转子的第一端自该基准点移动至该第二特定点时，该转子旋转了300度至315度。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20111019 Termination date: 20170327 |