CN101562419B - 马达的驱动装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种马达的驱动装置及方法，该装置及方法加入二输出方向控制器及二输出缓冲器作为该驱动装置的方向控制使用，故可达到互补式脉波调变的功能，另外加入检测器或计数器及比较器或其组合来即时变更该二输出方向控制器的控制信号。再者，结合检测功能的驱动装置，不仅省去开发程序的繁杂，也缩短检测与反应时间，节省设计成本与时间，并可达到即时控制，增进工作效率。

Description

马达的驱动装置及方法

技术领域

本发明是有关一种马达的驱动装置及方法，特别是关于一种互补式脉波调变的驱动装置及方法。

背景技术

图1显示传统三相马达的其中一相的驱动装置10。图2显示图1马达驱动装置10所产生的脉宽调变信号PWM的波形。马达驱动装置10包括频率预除器12根据一振荡频率产生时钟脉冲CLK，脉宽调变控制器16根据预设值供应器14所提供的预设值n及m以及时钟脉冲CLK产生脉宽调变信号PWM经输出缓冲器18输出，其中预设值m决定脉宽调变信号PWM的周期，预设值n决定脉宽调变信号PWM的工作周期，脉宽调变信号PWM的波形如图2所示，上桥晶体管M1与下桥晶体管M2串联在电压Vcc及地端GND之间，脉宽调变信号PWM及输入/输出(I/O)信号S1分别控制上桥晶体管M1及下桥晶体管M2的切换以在输出端A产生输出电压VOUT驱动马达，在脉宽调变信号PWM的工作周期期间，上桥晶体管M1导通(turn on)。然而，传统的马达驱动装置10只由单一路径给予脉宽调变信号PWM，故只能控制上桥晶体管M1或下桥晶体管M2，无法达到同步控制，此种方式较没有效率且易受杂讯干扰。再者，驱动装置10并没有检测电路，故无法达到保护马达，若要保护马达则必需由软件去控制，故无法即时保护马达。

因此，一种新的驱动装置及方法，乃为所冀。

发明内容

本发明的目的之一，在于提出一种互补式脉波调变的马达驱动装置及方法。

本发明的目的之一，在于提出一种可以即时保护马达的马达驱动装置及方法。

本发明的目的之一，在于提出一种提高效率的马达驱动装置及方法。

根据本发明，一种马达的驱动装置及方法包括一脉宽调变控制器根据一第一预设值产生一第一脉宽调变信号及一第二脉宽调变信号，一第一输出方向控制器接收该第一脉宽调变信号并因应一控制信号改变方向以输出一第三脉宽调变信号，一第二输出方向控制器接收该第二脉宽调变信号并因应该控制信号改变方向以输出一第四脉宽调变信号与该第三脉宽调变信号驱动该马达，以及一变更方向控制器，产生该控制信号，其中，该第三及第四脉宽调变信号的主动时间不重迭。由于使用同一个脉宽调变控制器，故可容易的达到同步控制，再经由两个输出方向控制器可轻易的达到同向或互补式脉波调变。

在一第一实施例中，该变更方向控制器包括一计数器计数一时钟脉冲产生一计数值，一比较器比较该计数值及一第二预设值产生一比较信号，一检测器检测该驱动装置输出端上的电压产生一检测信号，以及一处理器根据该比较信号及检测信号产生该控制信号。

在一第二实施例中，该变更方向控制器包括一计数器计数一时钟脉冲产生一计数值，以及一比较器比较该计数值及一第二预设值产生该控制信号。

在一第三实施例中，该变更方向控制器包括一计数器计数一时钟脉冲产生一计数值，一检测器检测该驱动装置输出端上的电压产生一检测信号以驱动该计数器，以及一比较器比较该计数值及一第二预设值产生该控制信号。

在一第四实施例中，该变更方向控制器包括一计数器计数一时钟脉冲产生一计数值，一比较器比较该计数值及一第二预设值产生该控制信号，一检测器检测该驱动装置输出端上的电压产生一检测信号，以及一多工器由该检测信号及第一脉宽调变信号中选取其中之一驱动该计数器。

在一第五实施例中，该变更方向控制器包括一检测器检测该驱动装置输出端上的电压产生该控制信号。

由于透过计数器及比较器或检测器或计数器、比较器及检测器即时的改变该第一及第二输方向控制器的方向来保护马达。再者，结合检测功能的驱动装置，不仅省去开发程序的繁杂，也缩短检测与反应时间，节省设计成本与时间，并可达到即时控制，增进工作效率。

附图说明

图1显示传统三相马达的其中一相的驱动装置；

图2显示图1马达驱动装置10所产生的脉宽调变信号PWM的波形；

图3显示本发明的第一实施例；

图4显示图3中信号的波形；

图5显示将图3驱动装置应用在三相马达的实施例；

图6显示本发明的第二实施例；

图7显示本发明的第三实施例；

图8是本发明的第四实施例；以及

图9显示本发明的第五实施例。

附图标号

10驱动装置                 12频率预除器

14预设值供应器             16脉宽调变控制器

18输出缓冲器               20驱动装置

22集成电路                 2201变更方向控制器

2202预设值供应器           2204频率预除器

2206计数器                 2208计数缓冲器

2210比较器                 2212检测器

2214处理器                 2216输出方向控制器

2218输出缓冲器             2220预设值供应器

2222脉宽调变控制器            2224输出方向控制器

2226输出缓冲器                30时钟脉冲CLK的波形

32计数值K                     34预设值m

36预设值n                     38脉宽调变信号PWM的波形

40比较信号COMP的波形          42检测信号STS的波形

44脉宽调变信号PWM1的波形

46脉宽调变信号PWM11的波形

50驱动装置                    52集成电路

5202脉宽调变控制器            5204输出方向控制器

5206输出方向控制器            5208脉宽调变控制器

5210输出方向控制器            5212输出方向控制器

5214脉宽调变控制器            5216输出方向控制器

5218输出方向控制器            5220变更方向控制器

5222频率预除器                5224预设值供应器

5226计数器                    5228计数缓冲器

5230比较器                    5232处理器

5234检测器                    54三相马达

60驱动装置                    62集成电路

6202变更方向控制器            6204预设值供应器

6206频率预除器                6208计数器

6210计数缓冲器                6212比较器

6214输出方向控制器            6216输出缓冲器

6218预设值供应器              6220脉宽调变控制器

6222输出方向控制器            6224输出缓冲器

70驱动装置                    72集成电路

7202变更方向控制器            7204预设值供应器

7206频率预除器                 7208计数器

7210计数缓冲器                 7212比较器

7214检测器                     7216输出方向控制器

7218输出缓冲器                 7220预设值供应器

7222脉宽调变控制器             7224输出方向控制器

7226输出缓冲器                 80驱动装置

82集成电路                     8202变更方向控制器

8204预设值供应器               8206频率预除器

8208计数器                     8210计数缓冲器

8212比较器                     8214检测器

8216多工器                     8218输出方向控制器

8220输出缓冲器                 8222预设值供应器

8224脉宽调变控制器             8226输出方向控制器

8228输出缓冲器                 90驱动装置

92集成电路                     9202变更方向控制器

9204检测器                     9206输出方向控制器

9208输出缓冲器                 9210预设值供应器

9212脉宽调变控制器             9214输出方向控制器

9216输出缓冲器

具体实施方式

图3显示本发明的第一实施例，在驱动装置20中，集成电路22提供脉宽调变信号PWM1及PWM11切换连接在电压Vcc及地端GND之间的晶体管M1及M2，以在输出端A上产生输出电压VOUT驱动马达，在输出端A上具有寄生电容C1。在集成电路22中，脉宽调变控制器2222根据预设值供应器2220所提供的预设值m及n产生脉宽调变信号PWM给输出方向控制器2216及2224，变更方向控制器2201提供控制信号Sc1及Sc2分别改变输出方向控制器2216及2224的方向以输出脉宽调变信号PWM11及PWM1经输出缓冲器2218及2226至晶体管M1及M2。在变更方向控制器2201中，频率预除器2204根据振荡频率产生时钟脉冲CLK，计数器2206计数时钟脉冲产生计数值K，计数缓冲器2208储存目前正在计数的值K，比较器2210比较计数值K及由预设值供应器2202所供应的预设值KP产生比较信号COMP，检测器2212检测输出端A上的电压VOUT产生检测信号STS，处理器2214根据检测信号STS及比较信号COMP产生控制信号Sc1及Sc2。

图4显示图3中信号的波形，其中波形30为时钟脉冲CLK，波形32为计数值K，波形34为预设值m，波形36为预设值n，波形38为脉宽调变信号PWM，波形40为比较信号COMP，波形42为检测信号STS，波形44为脉宽调变信号PWM1，波形46为脉宽调变信号PWM11。在图4的波形44及46中，主动时间代表脉宽调变信号PWM1及PWM11控制晶体管M1及M2导通，而被动时间代表脉宽调变信号PWM1及PWM11控制晶体管M1及M2关闭(turn off)。参照图3及图4，在脉宽调变信号PWM由低准位转为高准位时，如时间T1所示，脉宽调变信号PWM11由主动时间转为被动时间，故晶体管M2关闭，同时重置计数器2206使比较信号COMP转为低准位，为了避免脉宽调变信号PWM1及PWM11同时处于主动时间而导致晶体管M1及M2同时导通，故脉宽调变信号PWM1没有立即转为主动时间，当计数值K达到预设值KP时，比较信号COMP转为高准位，如时间T2所示，此时，处理器2214根据比较信号COMP输出控制信号Sc2改变输出方向控制器2224的方向，使得脉宽调变信号PWM1转为主动时间导通晶体管M1。

在脉宽调变信号PWM由高准位转为低准位时，如时间T3所示，脉宽调变信号PWM1由主动时间转为被动时间，故晶体管M1关闭，同时重置计数器2206使比较信号COMP转为低准位，同样的，为了避免晶体管M1及M2同时导通，脉宽调变信号PWM11没有立即转为主动时间，由于晶体管M1关闭，因此寄生电容C1上的电荷也将慢慢被释放，故输出电压VOUT也跟着下降，若在计数值K达到预设值KP之前，输出电压VOUT先低于一临界值使得检测信号STS转为低准位时，如时间T4所示，处理器2214将根据检测信号STS输出控制信号Sc1改变输出方向控制器2216的方向，使脉宽调变信号PWM11转为主动时间，若在输出电压VOUT低于该临界值前，计数值K先达到预设值KP使比较信号COMP转为高准位，如时间T5所示，处理器2214将根据比较信号COMP输出控制信号Sc1改变输出方向控制器2216的方向，使脉宽调变信号PWM11转为主动时间。

图5显示将图3驱动装置应用在三相马达的实施例，在驱动装置50中，集成电路52提供脉宽调变信号PWM1、PWM11、PWM2、PWM21、PWM3及PWM31分别切换晶体管M1、M2、M3、M4、M5及M6产生电压VOUT1、VOUT2及VOUT3驱动三相马达54。在集成电路52中，脉宽调变控制器5202提供脉宽调变信号PWMA给输出方向控制器5204及5206，脉宽调变控制器5208提供脉宽调变信号PWMB给输出方向控制器52010及5212，脉宽调变控制器5214提供脉宽调变信号PWMC给输出方向控制器5216及5218，变更方向控制器5220提供控制信号Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc5及Sc6分别改变输出方向控制器5204、5206、5210、5212、5216及5218的方向。在变更方向控制器5220中，频率预除器5222根据一振荡频率产生一时钟脉冲CLK，计数器5226计数时钟脉冲CLK产生计数值K，计数缓冲器5228储存目前正在计数的值K，比较器5230比较计数值K及由预设值供应器5224所提供的预设值KP产生比较信号COMP，检测器5234检测输出端A、B及C上的电压VOUT1、VOUT2及VOUT3以产生检测信号STS，处理器5232根据检测信号STS及比较信号COMP输出控制信号Sc1、Sc2、Sc3、Sc4、Sc5及Sc6。

图6显示本发明的第二实施例，在驱动装置60中，集成电路62提供脉宽调变信号PWM1及PWM11切换晶体管M1及M2以在输出端A产生输出电压VOUT驱动马达。在集成电路62中，脉宽调变控制器6220根据预设值供应器6218所提供的预设值m及n产生脉宽调变信号PWM给输出方向控制器6214及6222，变更方向控制器6202提供控制信号COMP改变输出方向控制器6214及6222的方向以输出脉宽调变信号PWM11及PWM1经输出缓冲器6216及6224至晶体管M1及M2。在变更方向控制器6202中，频率预除器6206根据一振荡频率产生时钟脉冲CLK，计数器6208计数时钟脉冲CLK产生计数值K，每当脉宽调变信号PWM的准位改变时，计数器6208将被重置，计数缓冲器6210储存目前正在计数的值K，比较信号6212比较计数值K及来自预设值供应器6204的预设值KP以产生控制信号COMP改变输出方向控制器6214及6222的方向。

图7显示本发明的第三实施例，在驱动装置70中，集成电路72提供脉宽调变信号PWM1及PWM11切换晶体管M1及M2，以在输出端A上产生输出电压VOUT驱动马达。在集成电路72中，脉宽调变控制器7222根据预设值供应器7220所提供的预设值m及n产生脉宽调变信号PWM给输出方向控制器7216及7224，变更方向控制器7202提供控制信号COMP改变输出方向控制器7216及7224的方向以输出脉宽调变信号PWM11及PWM1。在变更方向控制器7202中，频率预除器7206根据一振荡频率产生时钟脉冲CLK，计数器7208计数时钟脉冲产生计数值K，检测器7214检测输出端A上的电压VOUT产生检测信号STS驱动计数器7208，当检测信号STS的准位改变时，计数器7208被重置，计数缓冲器7210储存目前正在计数的值K，比较器7212比较计数值K及由预设值供应器7204所供应的预设值KP产生控制信号COMP。

图8是本发明的第四实施例，在驱动装置80中，集成电路82提供脉宽调变信号PWM1及PWM11切换晶体管M1及M2以在输出端A上产生输出电压VOUT驱动马达。在集成电路82中，脉宽调变控制器8224根据预设值供应器8222所提供的预设值m及n产生脉宽调变信号PWM给输出方向控制器8218及8226，变更方向控制器8202提供控制信号COMP改变输出方向控制器8218及8226的方向以输出脉宽调变信号PWM11及PWM1。在变更方向控制器8202中，频率预除器8206根据振荡频率产生时钟脉冲CLK，计数器8208计数时钟脉冲产生计数值K，计数缓冲器8210储存目前正在计数的值K，比较器8212比较计数值K及由预设值供应器8204所供应的预设值KP产生控制信号COMP，检测器8214检测输出端A上的电压VOUT产生检测信号STS，多工器8216由检测信号STS及脉宽调变信号PWM中选取其中的一来驱动计数器8208。

图9显示本发明的第五实施例，在驱动装置90中，集成电路92提供脉宽调变信号PWM1及PWM11切换晶体管M1及M2，以在输出端A上产生输出电压VOUT驱动马达。在集成电路92中，脉宽调变控制器9212根据预设值供应器9210所提供的预设值m及n产生脉宽调变信号PWM给输出方向控制器9206及9214，变更方向控制器9202提供控制信号STS改变输出方向控制器9206及9214的方向以输出脉宽调变信号PWM11及PWM1经输出缓冲器9208及9216至晶体管M1及M2。在变更方向控制器9202中，检测器9204检测输出端A上的电压VOUT产生控制信号STS。

在上述实施例中，驱动装置30、50、60、70及80中，计数器预设值KP可以即时更新，因此更富弹性与即时性。此外，驱动装置60、70、80及90也可以用来应用在三相马达。

Claims (16)

1.一种马达的驱动装置，其特征在于，该装置包括：

一脉宽调变控制器，根据一预设值产生一第一脉宽调变信号及一第二脉宽调变信号；

一第一输出方向控制器，接收所述的第一脉宽调变信号并根据一控制信号改变方向以输出一第三脉宽调变信号；

一第二输出方向控制器，接收所述的第二脉宽调变信号并根据所述的控制信号改变方向以输出一第四脉宽调变信号，所述第四脉宽调变信号与所述的第三脉宽调变信号通过切换串联在一第一电压及一第二电压间的一第一开关及一第二开关以产生输出电压，根据所述的输出电压驱动所述的马达；以及

一变更方向控制器，产生所述的控制信号；

其中，所述的第三及第四脉宽调变信号控制所述的第一开关与第二开关的导通时间不重迭。

2.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述的变更方向控制器包括：

一计数器，计数一时钟脉冲产生一计数值；

一比较器，比较所述的计数值及一第二预设值产生一比较信号；

一检测器，检测所述的驱动装置输出端上的电压产生一检测信号；以及

一处理器，根据所述的比较信号及检测信号产生所述的控制信号。

3.如权利要求2所述的驱动装置，其特征在于，所述的计数器在所述的第一脉宽调变信号的电平改变时，重置所述的计数值。

4.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述的变更方向控制器包括：

一计数器，计数一时钟脉冲产生一计数值；以及

一比较器，比较所述的计数值及一第二预设值产生所述的控制信号。

5.如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，该装置更包括一检测器检测所述的驱动装置输出端上的电压产生一检测信号以驱动所述的计数器。

6.如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，所述的计数器在所述的第一脉宽调变信号的电平改变时，重置所述的计数值。

7.如权利要求4所述的驱动装置，其特征在于，该装置更包括：

一检测器，检测所述的驱动装置输出端上的电压产生一检测信号；以及

一多工器，由所述的检测信号及第一脉宽调变信号中选取其中之一驱动所述的计数器。

8.如权利要求1所述的驱动装置，其特征在于，所述的变更方向控制器包括一检测器检测所述的驱动装置输出端上的电压产生所述的控制信号。

9.一种驱动方法，所述的方法用以产生一输出电压以驱动一马达，其特征在于，所述的驱动方法包括下列步骤：

产生一控制信号；

根据一预设值产生一第一脉宽调变信号及一第二脉宽调变信号；

根据所述的第一脉宽调变信号及控制信号产生一第三脉宽调变信号；

根据所述的第二脉宽调变信号及控制信号产生一第四脉宽调变信号；以及

利用所述的第三及第四脉宽调变信号切换串联在一第一电压及一第二电压间的一第一开关及一第二开关以产生所述的输出电压，所述的第三及第四脉宽调变信号控制所述的第一开关与第二开关的导通时间不重迭。

10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述的产生一控制信号的步骤包括：

计数一时钟脉冲产生一计数值；

比较所述的计数值及一第二预设值产生一比较信号；

检测所述的输出电压产生一检测信号；以及

根据所述的比较信号及检测信号产生所述的控制信号。

11.如权利要求10所述的驱动方法，其特征在于，该方法更包括在所述的第一脉宽调变信号的电平改变时，重置所述的计数值。

12.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述的产生一控制信号的步骤包括：

计数一时钟脉冲产生一计数值；以及

比较所述的计数值及一第二预设值产生所述的控制信号。

13.如权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，该方法更包括检测所述的输出电压产生一检测信号以重置所述的计数值。

14.如权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，该方法更包括在所述的第一脉宽调变信号的电平改变时，重置所述的计数值。

15.如权利要求12所述的驱动方法，其特征在于，该方法更包括下列步骤：

检测所述的输出电压产生一检测信号；以及

由所述的检测信号及第一脉宽调变信号中选取其中之一来重置所述的计数值。

16.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述的产生一控制信号的步骤包括检测所述的输出电压产生所述的控制信号。

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