CN101594104A - 马达控制装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种马达控制装置及其方法，主要是判断马达是否处于背压区而分别提供不同的马达转速控制讯号，如风扇在低工作周期时，使用第一回路控制，以使风扇有较准确的转速；而风扇在高工作周期时，则使用第二回路控制，使风扇进入背压区时不会被限制其转速，且会有较好的风压风量。

Description

马达控制装置及其方法

技术领域

本发明涉及一种马达控制装置及其方法，特别是涉及一种可以判断马达运转时是否处于背压区而提供不同的转速控制信号，藉以提高马达运转效率的控制装置及方法。

背景技术

现今控制马达的技术已臻成熟，早已有利用电路来控制马达进行旋转运动的技术，不仅如此，还可以用此电路来改变马达的转速。如图1所示，一种已知的马达控制装置1A主要包括一控制电路10及一线圈切换电路12，以形成一开回路控制电路。控制电路10用以驱动马达22旋转运动，并可以依据一脉宽调制讯号T(工作周期)来控制线圈切换电路14的闭或开，使马达2的线圈组21在两个相邻的相位的间切换电流方向，以调整及控制马达2的转速。又如图2所示，另一种已知的马达控制装置1B主要包括一驱动电路10、一线圈切换电路12及一转速检测电路14，以形成一闭回路控制电路。由于加入了转速检测电路14，可以使马达2在全转速时仍有一工作周期(T_S)切换，而工作周期(T_S)与转速检测电路14有一相对应函数，即此工作周期(T_S)会随着转速检测电路14而有所变化，当检测到转速变快时，工作周期(T_S)也随之变大，直到百分之一百为止，故加入了转速检测电路14时，可以使马达2在进到背压区时能增加其转速，以达到增加风压风量的效果。

但上述图1的开回路控制电路，一旦在风扇进入背压区(高工作周期、高转速)时，由于受到脉宽调制信号T控制其转速，因此，其风压、风量(PQ值)的效果会受到影响，另外，上述图2的闭回路控制电路，则是在风扇于低工作周期(低转速)时，该马达2的转速会受到转速检测电路14的影响而调整其转速，因此，风扇将无法得到较准确的转速。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种马达控制装置及其方法，以针对马达是否处于背压区而分别提供不同的马达转速控制讯号，如风扇在低工作周期(低转速)时，则使用第一回路控制，以使风扇有较准确的转速；而风扇在高工作周期(高转速)时，使用第二回路控制，使风扇进入背压区时不会因为固定转速控制而被限制其转速，且会有较好的风压风量；故本发明马达控制装置及其方法可以使马达运转时无论是否处于背压区都能得到较佳的效率。

于是，本发明揭示一种马达控制装置，其电性连接一马达，并接收一第一转速控制讯号，其包括：一相位切换单元、一感测单元、一判断单元、一转速加权单元及一转速控制单元。其中相位切换单元，电性连接马达，用以控制马达的一线圈组产生激磁，而令一与马达连接的一转子运转；感测单元用以感测马达的线圈组以取得一转速感测讯号，并且输出转速感测讯号；判断单元电性连接感测单元，并具有一工作周期预设值，判断单元分别接收第一转速控制讯号及转速感测讯号，并且比较第一转速控制讯号及工作周期预设值，以决定启动一第一回路或一第二回路；转速加权单元电性连接判断单元，当启动第二回路时运作，并自判断单元取得第一转速控制讯号及转速感测讯号，经运算后产生一第二转速控制讯号；转速控制单元电性连接于判断单元、感测单元、转速加权单元及相位切换单元，当启动第一回路时，自判断单元取得第一转速控制讯号，并依据第一转速控制讯号控制相位切换单元以驱动马达产生激磁而使转子运转；当启动第二回路时，自转速加权单元取得第二转速控制讯号，并依据第二转速控制讯号控制相位切换单元以驱动马达产生激磁而使转子运转。

其中第一回路包括上述的判断单元、转速控制单元及相位切换单元，第二回路则包括上述的判断单元、转速加权单元、转速控制单元、相位切换单元及感测单元。

本发明揭示另一种马达控制装置，其电性连接马达，并接收一第一转速控制讯号，其包括一相位切换单元、一感测单元及一转速控制单元。其中相位切换单元电性连接马达，用以控制马达的一线圈组产生激磁，而令一与马达连接的一转子运转；感测单元用以感测该马达的线圈组以取得一转速感测讯号，并且输出转速感测讯号；转速控制单元电性连接感测单元及相位切换单元，并具有一工作周期预设值，该转速控制单元分别接收第一转速控制讯号及转速感测讯号，并比较第一转速控制讯号及工作周期预设值，其中第一转速控制讯号在工作周期预设值以下时，即输入第一转速控制讯号至相位切换单元中，以控制马达运转；当第一转速控制讯号在工作周期预设值以上时，即将接收的第一转速控制讯号及转速感测讯号进行运算，以产生第二转速控制讯号，再输出至相位切换单元中，以控制马达运转。

本发明还揭示一种马达控制方法，其步骤包括：首先利用一感测单元检测马达的一转子运转时，该马达的一相位切换单元所产生的讯号以取得一转速感测讯号，以及自一外部接收一第一转速控制讯号；接着利用一判断单元或一转速控制单元比较一工作周期预设值及第一转速控制讯号，当第一转速控制讯号在工作周期预设值以上时，即利用一转速加权单元或转速控制单元将第一转速控制讯号及转速感测讯号经运算而产生的一第二转速控制讯号输出，藉以驱动一马达产生激磁而使连接该马达的一转子运转，其中第二转速控制讯号为转子进入一背压区后的转速；当第一转速控制讯号在工作周期预设值以下时，即输出第一转速控制讯号以驱动马达产生激磁而使转子运转。

附图说明

图1及图2为已知二种马达控制装置及马达的电路方块图。

图3为依据本发明第一实施例的马达控制装置及马达的电路方块图。

图4为本发明马达控制装置的PQ曲线示意图。

图5为依据本发明第二实施例的马达控制装置及马达的的电路方块图。

附图符号说明

1A、1B  马达控制装置        10  驱动电路

12  线圈切换电路            14  转速检测电路

2   马达                    21  线圈组

3   马达控制装置            31  判断单元

32  转速加权单元            33  转速控制单元

34  相位切换单元            35  感测单元

36  转速控制单元            361 判断单元

362  转速加权单元               363  转速控制单元

5    马达                       51   线圈组

T    脉宽调制讯号               T₁   第一转速控制讯号

T₂   第一转速控制讯号           S₁   转速感测讯号

P1   已知PQ曲线                 P2   本发明PQ曲线

具体实施方式

请参照图3所示，其为依据本发明第一较佳实施例的马达控制装置3及马达的电路方块图。其中马达控制装置3包括一判断单元31、一转速加权单元32、一转速控制单元33、一相位切换单元34及一感测单元35。其中判断单元31、转速控制单元33及相位切换单元34构成第一回路(开回路)，而上述的判断单元31、转速加权单元32、转速控制单元33、相位切换单元34及感测单元35构成第二回路(闭回路)。另外，马达控制装置3可以由外部接收一第一转速控制讯号T₁，而第一转速控制讯号T₁(属一PWM讯号)可以为一工作周期(DUTY CYCLE)讯号。

相位切换单元34可以为一全桥电路或一半桥电路，其电性连接马达5，并用以控制马达5的线圈组51产生激磁，而令与该马达5连接的一转子运转。

感测单元35电性连接于判断单元31，用以感测马达5的线圈组51以取得一转速感测讯号S₁，并输出至判断单元31。

判断单元31可以为一比较器，其电性连接转速加权单元32及转速控制单元33，并具有一工作周期预设值(T_X)，且该工作周期预设值(T_X)可以为风扇进入背压区时的工作周期临界值。首先，当判断单元31自外部接收第一转速控制讯号T₁后，会将第一转速控制讯号T₁与工作周期预设值(T_X)进行比较，若第一转速控制讯号T₁在工作周期预设值(T_X)以下时以第一回路驱动马达5旋转，即输入第一转速控制讯号T₁至转速控制单元33中，而转速控制单元33藉由第一转速控制讯号T₁控制与其电性连接的相位切换单元34对马达5的线圈组51进行相位切换，以控制马达5运转；若第一转速控制讯号T₁在工作周期预设值(T_X)以上时，则以第二回路驱动马达5旋转。而上述的转速控制单元可以为一驱动IC。

转速加权单元32电性连接于判断单元31及转速控制单元33，当判断单元31决定以第二回路驱动马达5时而运作(启动)，该转速加权单元32自判断单元31取得第一转速控制讯号T₁及转速感测讯号S₁后进行运算，以产生第二转速控制讯号T₂，再输出至转速控制单元33，而转速控制单元33藉由第二转速控制讯号T₂控制相位切换单元34对马达5的线圈组51进行相位切换，以控制马达5运转。上述的第二转速控制讯号T₂可以为一工作周期讯号，而藉以产生第二转速控制讯号T₂的加权函数关系式如下：

S＝(S₁/S_Fu11)*k；T₂＝T₁+S；

其中S_Fu11为该马达的全转速；

S₁为该转速感测讯号；

S为加权的转速值；

T₁为该第一转速控制讯号；

f(T₁)为该第二转速控制讯号；以及

k为常数。

由上述可知，本发明对于感测单元35所检测的转速感测讯号S₁并具有一对应的加权函数S，可以使马达2于全转速下仍有一工作周期T₂可以切换转速，然而从上述加权函数关系式可以得知，当风扇进入背压区后的转速可以达到更快，如图4所示，本发明马达5在转速4000转至6000转(高工作周期或高转速)的间，其所应用的风扇相较于现有技术来说，可以测量出较好的风压风量(P2的PQ值大于P1的PQ值)。再者，当本发明的马达5在低速运转时(不在背压区时)，是以固定的第一转速控制讯号T₁控制马达5的转速，因此，马达5亦可以得到准确的转速。

请参阅图5所示，其为依据本发明第二实施例的马达控制装置3及马达5的电路方块图，于本实施例中主要是将第一实施例中的转速控制单元363、转速加权单元362及判断单元361整合为一转速控制单元36，例如为一微控制器(MCU)，至于该第二实施例中的相位切换单元34及感测单元35与第一实施例中的相位切换单元34及感测单元35相同，故不再赘述。

其中转速控制单元36电性连接该相位切换单元34及感测单元35，且具有一工作周期预设值T_X，并能从该感测单元35接收一转速感测讯号S₁。首先，当转速控制单元36自外部接收第一转速控制讯号T₁后，会将第一转速控制讯号T₁与工作周期预设值T_X进行比较，若第一转速控制讯号T₁在工作周期预设值T_X以下时，即输入第一转速控制讯号T₁至相位切换单元34中，以对马达5的线圈组51进行相位切换，进而控制马达5运转；若第一转速控制讯号T₁在工作周期预设值T_X以上时，即将接收的第一转速控制讯号T₁及转速感测讯号S₁进行运算，以产生第二转速控制讯号T₂，再输出至相位切换单元34中，以对马达5的线圈组51进行相位切换，进而控制马达5运转。

综上所述，本发明针对马达5是否处于背压区而分别提供不同的转速控制讯号，如当马达5是处于非背压区(低工作周期、低转速)时，使用第一回路控制，以使风扇有较准确的转速；而当马达5是处于背压区(高工作周期、高转速)时，则使用第二回路控制，使应用该马达5的风扇在进入背压区时不会因为固定转速控制而被限制其转速，且会有较好的风压与风量效果。如此一来，本发明马达控制装置及其方法可以使马达5运转时无论是否处于背压区都能得到较佳的使用效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，上述实施例仅是用来说明而非用以限定本发明的权利要求的范围，本发明的范畴是由本发明的权利要求所界定。凡依本发明的权利要求所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims (17)

1、一种马达控制装置，电性连接一马达，并接收一第一转速控制讯号，其包括：

一相位切换单元，电性连接该马达，用以控制该马达的一线圈组产生激磁，而令一与该马达连接的一转子运转；

一感测单元，用以感测该马达的该线圈组以取得一转速感测讯号，并且输出该转速感测讯号；

一判断单元，电性连接该感测单元，并具有一工作周期预设值，该判断单元分别接收该第一转速控制讯号及该转速感测讯号，并且比较该第一转速控制讯号及该工作周期预设值，以决定启动一第一回路或一第二回路；

一转速加权单元，电性连接于该判断单元，当启动第二回路时运作，并自该判断单元取得该第一转速控制讯号及该转速感测讯号，经运算后产生一第二转速控制讯号；以及

一转速控制单元，电性连接该判断单元、该感测单元、该转速加权单元及该相位切换单元，当启动该第一回路时，自该判断单元取得该第一转速控制讯号，并依据该第一转速控制讯号控制该相位切换单元以驱动该马达产生激磁而使该转子运转；当启动第二回路时，自该转速加权单元取得该第二转速控制讯号，并依据该第二转速控制讯号控制该相位切换单元以驱动该马达产生激磁而使该转子运转；

其中该第一回路包括上述的该判断单元、该转速控制单元及该相位切换单元，该第二回路则包括上述的该判断单元、该转速加权单元、该转速控制单元、该相位切换单元及该感测单元。

2、如权利要求1所述的马达控制装置，其中当该第一转速控制讯号在该工作周期预设值以下时，启动该第一回路，当第一转速控制讯号在工作周期预设值以上时，启动该第二回路。

3、如权利要求1所述的马达控制装置，其中该转速控制单元、该转速加权单元及该判断单元整合为一转速控制单元，该转速控制单元为一微控制器。

4、一马达控制装置，电性连接该马达，并接收一第一转速控制讯号，其包括：

一相位切换单元，电性连接该马达，用以控制该马达的一线圈组产生激磁，而令一与该马达连接的一转子运转；

一感测单元，用以感测该马达的该线圈组以取得一转速感测讯号，并且输出该转速感测讯号；

一转速控制单元，电性连接该感测单元及该相位切换单元，并具有一工作周期预设值，该转速控制单元分别接收该第一转速控制讯号及该转速感测讯号，并比较该第一转速控制讯号及该工作周期预设值，其中第一转速控制讯号在工作周期预设值以下时，即输入第一转速控制讯号至相位切换单元中，以控制马达运转；而第一转速控制讯号在工作周期预设值以上时，即将接收的第一转速控制讯号及转速感测讯号进行运算，以产生一第二转速控制讯号，再输出至相位切换单元中，以控制马达运转。

5、如权利要求4所述的马达控制装置，其中该转速控制单元为一微控制器。

6、如权利要求1或4所述的马达控制装置，其中该工作周期预设值为风扇进入一背压区时的一工作周期临界值，该第二转速控制讯号为该转子进入一背压区后的转速。

7、如权利要求1或4所述的马达控制装置，其中该第一转速控制讯号及第二转速控制讯号为一工作周期讯号。

8、如权利要求1或4所述的马达控制装置，其中该第一转速控制讯号自该马达控制装置外输入。

9、如权利要求1或4所述的马达控制装置，其中该相位切换单元为一全桥电路或一半桥电路，该判断单元为一比较器，以及该转速控制单元为一驱动IC。

10、如权利要求1或4所述的马达控制装置，其中该转速加权单元产生该第二转速控制讯号的运算式包括：

S＝(S₁/S_Full)*k；T₂＝T₁+S；

其中S_Full为该马达的一全转速；

S₁为该转速感测讯号；

S为加权的转速值；

T₁为该第一转速控制讯号；

T₂为该第二转速控制讯号；以及

k为常数。

11、一种马达控制方法，其步骤包括：

取得一转速感测讯号；

取得一第一转速控制讯号；

比较该第一转速控制讯号及一工作周期预设值，当该第一转速控制讯号在该工作周期预设值以上时，即将该第一转速控制讯号及该转速感测讯号经运算而产生的一第二转速控制讯号输出，藉以驱动一马达产生激磁而使连接该马达的一转子运转。

12、如权利要求11所述的马达控制方法，其步骤还包括：该第一转速控制讯号在该工作周期预设值以下时，即输出该第一转速控制讯号以驱动该马达产生激磁而使该转子运转。

13、如权利要求11所述的马达控制方法，其中该工作周期预设值为风扇进入一背压区时的一工作周期临界值，该第二转速控制讯号为该转子进入一背压区后的转速。

14、如权利要求11所述的马达控制方法，其中该第一转速控制讯号及第二转速控制讯号为一工作周期讯号。

15、如权利要求11所述的马达控制方法，其中该转速感测讯号经由一外部输入。

16、如权利要求11所述的马达控制方法，其中取得该转速感测讯号的步骤为利用一感测单元检测该马达的一转子运转时，该马达的一相位切换单元所产生的讯号。

17、如权利要求11所述的马达控制方法，其中产生该第二转速控制讯号的运算式包括：

S＝(S₁/S_Full)*k；T₂＝T₁+S；

其中S_Full为该马达的一全转速；

S₁为该转速感测讯号；

S为加权的转速值；

T₁为该第一转速控制讯号；

T₂为该第二转速控制讯号；以及

k为常数。

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