CN101895241B

CN101895241B - 双电源马达控制系统及其马达控制装置

Info

Publication number: CN101895241B
Application number: CN 200910141113
Authority: CN
Inventors: 范姜朝洧; 郭柏村; 吴家丰; 邱俊隆
Original assignee: Delta Optoelectronics Inc
Current assignee: Delta Optoelectronics Inc
Priority date: 2009-05-22
Filing date: 2009-05-22
Publication date: 2013-03-20
Anticipated expiration: 2029-05-22
Also published as: CN101895241A

Abstract

一种双电源马达控制系统，其包括马达、系统端装置及马达控制装置，而马达控制装置分别电连接该马达及该系统端装置。其中系统端装置具有目标转速设定值，用以决定马达的目标转速，系统端装置分别输出第一电源及第二电源至马达及马达控制装置；该马达控制装置感测马达，以取得马达的第一转速值，且马达控制装置依据第一转速值而调整马达转速为第二转速值，并且产生转速反馈信号至系统端装置；而系统端装置依据转速反馈信号而调整输出的该第一电源，以控制该马达转速达到该目标转速设定值。

Description

双电源马达控制系统及其马达控制装置

技术领域

本发明关于一种可降低电流而改善噪音的双电源马达控制系统及其马达控制装置。

背景技术

请参阅图1A，其揭示习知的马达控制系统1A，其主要由驱动器10及线圈11所组成，其中线圈11电连接于驱动器10，且驱动器10电连接于电源产生器12，且接收电源产生器12的电源V_CC。驱动器10可自电源V_CC接收其所需的工作电压，且据以输出驱动电流至线圈11。

请参阅1B图，其揭示另一习知的马达控制系统1B，其与上述马达控制系统1A的差异处，仅在于该驱动器10电连接多个线圈11(图中表示为二个)。

上述二种习知马达控制系统1A、1B，其控制转速的方式，都是利用改变电源V_CC的大小以达成，惟此类控速方式因受限于驱动器10的工作电压(共享同一电源)，因此其控速范围过于狭窄，故此一技术已渐渐无法满足产业上的需要。

发明内容

因此，为解决上述问题，本发明提出一种双电源马达控制系统，其利用脉宽调制模块调整输入马达的控制信号的占空周期，以调降马达的转速。且为了调整马达的转速能到达目标转速，即增加输入马达的电源电压，以使马达的电流下降，进而改善马达的噪音。

于是，为达上述目的，依据本发明的一种双电源马达控制系统，其包括马达、系统端装置及马达控制装置，而马达控制装置分别电连接该马达及该系统端装置。其中系统端装置具有目标转速设定值，用以决定马达的目标转速，系统端装置分别输出第一电源及第二电源至马达及马达控制装置；该马达控制装置感测马达的相位切换，以取得马达的第一转速值，且马达控制装置依据第一转速值而调整马达转速为第二转速值，并且产生转速反馈信号至系统端装置；而系统端装置依据转速反馈信号而调整输出的该第一电源，以控制该马达转速达到该目标转速设定值。

本发明也揭露一种马达控制装置，电连接一马达，该马达控制装置及该马达分别自外部接收第一电源及第二电源，其中该第一电源为可调的电压信号，其包括传感器、控制器、驱动电路及脉宽调制模块，该控制器电连接传感器及驱动电路，该驱动电路再电连接马达，该脉宽调制模块建置于控制器内。其中传感器感测马达的相位切换以产生换相感测信号；控制器分别接收换相感测信号及外部的第二电源，且控制器依据换相感测信号以取得马达的第一转速值，该脉宽调制模块依据该第一转速值以调制该控制信号，并输出控制信号至驱动电路，驱动电路再依据控制信号以调整马达转速为第二转速值。

为让本发明的上述和其它目的、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。

附图说明

图1A为一种习知马达控制系统的示意图。

图1B为另一种习知马达控制系统的示意图。

图2为本发明双电源马达控制系统的方块图。

图3为图2的双电源马达控制系统的电路图。

图4为图2的双电源马达控制系统另一实施例的电路图。

图5为本发明双电源马达控制系统的马达转速与占空周期的关系示意图。

图6A为本发明双电源马达控制系统的马达转速与第一电源电压的波形示意图(未升压前)。

图6B为本发明双电源马达控制系统的马达转速与第一电源电压的波形示意图(升压后)。

【主要组件符号说明】

1 马达控制系统

10 驱动器

11 线圈

12 电源产生器

2 马达控制系统

30 马达

40 系统端装置

50 马达控制装置

51 传感器

52 控制器

53 驱动电路

54 脉宽调制模块

具体实施方式

请参照图3，本发明双电源马达控制系统2主要是包括马达30、系统端装置40及马达控制装置50，而马达控制装置50分别电连接马达30及系统端装置40。

该系统端装置40具有目标转速设定值，用以决定该马达30的目标转速，该系统端装置40可产生第一电源V_CC1及第二电源V_CC2，其中第一电源V_CC1为可调整的电源信号，可以为一直流电压信号或为一脉冲式电源信号，例如三角波信号或为方波信号等脉冲式电源信号，该系统端装置40提供第一电源V_CC1给马达30，并通过该第一电源V_CC1达到控制马达30转速的目的；而第二电源V_CC2为一直流电压信号，用以提供给马达控制装置50。

该马达控制装置50包括传感器51、控制器52、驱动电路53及脉宽调制模块54，其中控制器52分别电连接系统端装置40、传感器51及驱动电路53，驱动电路53再分别电连接马达30及系统端装置40，以及脉宽调制模块54建置于该控制器52内。

该传感器51在本实施例中例如是霍尔组件，用以感测马达30的相位切换(马达30线圈作N极及S极的磁极切换)以产生换相感测信号S_phase，并且输出换相感测信号S_phase给控制器52。

该控制器52在本实施例中例如是微处理器，该控制器52依据接收的换相感测信号S_phase以取得马达30的目前转速(第一转速值)，该控制器52并将马达30的目前转速(第一转速值)交由脉宽调制模块54进行脉冲宽度调制(PULSE WIDTH MODULATION，PWM)后产生多个控制信号S_con，再由控制器52输出该多个控制信号S_con以调整(降)该马达30转速为第二转速值，并且产生转速反馈信号(S_F)输出至系统端装置40，而上述的第二转速值通常小于该第一转速值。此外，控制器52并接收第二电源V_CC2，该第二电源V_CC2用以提供控制器52驱动马达30所需的电能。

配合图3所示，该驱动电路53分别接收第一电源V_CC1及多个控制信号S_con，并依据该第一电源V_CC1及该多个控制信号S_con以驱动该马达30转动；在本实施例中，马达30包含有二线圈L1、L2，而驱动电路53为半桥电路，其包括二开关组件Q1、Q2，该二线圈L1、L2的第一端电连接于系统端装置40，并接收来自系统端装置40输出的第一电源V_CC1，而该二线圈L1、L2的第二端则分别电连接于其对应的开关组件；该二开关组件在本实施例中可实施为晶体管Q1、Q2，该二线圈L1、L2的该第二端可电连接至二晶体管Q1、Q2的集电极C，该二晶体管Q1、Q2的发射极E电连接于接地端，而该二晶体管Q1、Q2的基极B则电连接于该控制器52，以分别接收该控制信号S_CON，并据以控制该二晶体管Q1、Q2的启闭，且当二线圈L1、L2接收第一电源V_CC1而有电流流过及该二晶体管Q1、Q2也开启时，即使二线圈L1、L2得以激磁，而令马达30转动。

请参照图4，为本发明另一较佳实施例，其中本实施例与前述实施例的差异处，仅在于本实施例中该驱动电路53改为全桥电路，其由线圈L3与四个开关组件(图中所示为上桥2个、下桥2个)所组成，该四个开关组件在此也实施为晶体管Q3至Q6，且该线圈L3电连接于四个晶体管Q3至Q6的集电极C，另外，该多个晶体管的基极B都电连接于该控制器52以接收该控制信号S_CON，而其中上桥的二个晶体管的发射极E电连接于该系统端装置40，另外下桥的二个晶体管的发射极E则电连接于该接地端。其中四个控制信号S_CON可控制四个晶体管Q3至Q6的交叉开启或关闭，而使得该线圈L3流经的电流方向交替，而驱使该马达50的运转。

请再参照图2，该脉宽调制模块54内建有转速与占空周期(Duty Cycle)的对应关系表或是对应关系方程式，其转速与占空周期的关系如图6所示，而脉宽调制模块54依据第一转速值及该对应关系表或该对应关系方程式而调整控制信号S_con的占空周期，使控制信号为脉宽调制(PWM)信号，例如脉宽调制模块54可以将控制信号S_con以脉宽调制的方式切成多个小方波等信号处理后，即可调整控制信号S_con的占空周期，并进而调整(降)马达30的转速。

再者，脉宽调制模块54还具有至少转速门限值，例如图6所示的转速门限上限值2000rpm及转速门限下限值500rpm，其中当马达30转速(第一转速值)处于门限上限值2000rpm以上或门限下限值500rpm以下时，该脉宽调制模块54会调整控制信号S_con为固定的占空周期，例如：在马达转速处于2000rpm以上时，该控制信号S_con的占空周期固定为90％，当马达30转速处于500rpm以下时，该控制信号S_con的占空周期固定为20％；此外，当马达30转速介于门限上限值2000rpm及门限下限值500rpm之间时，该脉宽调制模块54会调整控制信号S_con为可变的占空周期，例如：控制信号S_con的占空周期介于20％至90％之间，在此可变的占空周期阶段中，该第一转速值与占空周期的关系呈正比且线性关系，且当该脉宽调制模块54取得第一转速值为响应马达30的转速为较低转速时，脉宽调制模块54调低该控制信号S_con的占空周期(切成较多小方波)，当脉宽调制模块54取得第一转速值为响应马达30的转速为高转速时，脉宽调制模块54调高(切成较少小方波)控制信号S_con的占空周期，即当马达30转速(第一转速值)越大，该控制信号S_con的占空周期也越大。另外，本实施例中虽以转速门限上限值2000rpm时占空周期固定为90％、转速门限下限值500rpm时占空周期固定为20％为例，但并不以此为限，也可以采转速门限上限值1500rpm时占空周期固定为80％、转速门限下限值300rpm时占空周期固定为15％等，端视使用者的需求而设定。

本发明双电源马达控制系统2的特征为：在双电源马达控制系统2中将输入驱动电路53的多个控制信号S_CON中分别加入PWM控制以控制马达30转速。其工作原理如下，首先，传感器51感测马达30的相位切换以产生并输出换相感测信号S_phase给控制器52，控制器52在接收换相感测信号S_phase后取得马达30的转速(第一转速值)，并由脉宽调制模块54依据该马达30的转速及该对应关系表或该对应关系方程式而得以调整控制信号S_con的占空周期，并分别输出多个经调整后的控制信号S_con给驱动电路53中所分别对应的开关组件，以驱动马达30运转；同时，该控制器52也输出转速反馈信号S_F至系统端装置40，其中由于控制信号S_con加入PWM控制后，其占空周期会降低，马达30转速也会降低，当系统端装置40依据转速反馈信号S_F得知马达30转速降低后，欲调整马达30转速能到达目标转速设定值，即会增加输入马达30的第一电源V_CC1的电压，即第一电源V_CC1的电压从图6A中的2V-6V提升至图6B中的6V-10V，此时，当马达30达到目标转速后，基于P(功率)＝I(电流)×V(电压)及达到相同目标转速(相当于功率为相同)的条件下，由于马达30上的电压(第一电源V_CC1)上升，即马达30上的电流I就会下降，然而噪音的大小与电流I成正比关系，因此，利用本发明双电源马达控制系统2能降低电流，即能改善马达30的噪音。

以上所述仅为例示性，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，均应包含于后附的权利要求中。

Claims

1.一种双电源马达控制系统，包括：

马达；

系统端装置，具有目标转速设定值，用以决定该马达的目标转速，该系统端装置输出第一电源及第二电源，其中该第一电源提供给该马达；以及

马达控制装置，分别电连接该马达及该系统端装置，该马达控制装置并接收该第二电源，该马达控制装置用以感测该马达的相位切换，以取得该马达的第一转速值，且该马达控制装置依据该马达的该第一转速值而调整该马达转速为第二转速值，并且产生转速反馈信号至该系统端装置；

其中该系统端装置依据该转速反馈信号而调整输出的该第一电源，以控制该马达转速达到该目标转速设定值。

2.如权利要求1所述的双电源马达控制系统，其中该马达控制装置包括：

传感器，用以感测该马达的相位切换以产生换相感测信号；

控制器，分别电连接该传感器与该系统端装置，该控制器分别接收该换相感测信号与该第二电源，且该控制器依据该换相感测信号以取得该马达的该第一转速值，该控制器输出一控制信号以调整该马达转速为该第二转速值，且产生该转速反馈信号至该系统端装置；

驱动电路，分别电连接该马达及该控制器，并依据该控制信号以驱动该马达转动；以及

脉宽调制模块，建置于该控制器内，该脉宽调制模块依据该第一转速值以调制该控制信号，并输出该控制信号。

3.如权利要求2所述的双电源马达控制系统，其中该驱动电路为半桥电路，其包括有多个开关组件，该些开关组件电连接于该马达的多个线圈与该控制器之间。

4.如权利要求3所述的双电源马达控制系统，其中该开关组件为晶体管，且该些晶体管的集电极电连接于该马达的该线圈，而该些晶体管的基极电连接于该控制器，该些晶体管的发射极则电连接于接地端。

5.如权利要求2所述的双电源马达控制系统，其中该驱动电路为全桥电路，其包括有多个开关组件，该些开关组件电连接于该马达的线圈与该控制器之间。

6.如权利要求5所述的双电源马达控制系统，其中该开关组件为晶体管，且该些晶体管的集电极电连接于该线圈，而该些晶体管的基极电连接于该控制器，而其中二个晶体管的发射极电连接于该系统端装置，而另外二个晶体管的发射极则电连接于接地端。

7.如权利要求2所述的双电源马达控制系统，其中该控制信号为脉宽调制信号。

8.如权利要求2所述的双电源马达控制系统，其中该脉宽调制模块包括转速与占空周期的对应关系表或对应关系方程式，该脉宽调制模块依据该第一转速值与该对应关系表或该对应关系方程式中调整该控制信号的占空周期。

9.如权利要求8所述的双电源马达控制系统，其中该脉宽调制模块具有至少转速门限值，当该第一转速值不符合该转速门限值时，调制该控制信号为可变的占空周期，当该第一转速值符合该转速门限值时，调制该控制信号为固定的占空周期。

10.如权利要求9所述的双电源马达控制系统，其中当该第一转速值不符合该转速门限值时，该第一转速值与该占空周期的关系为正比关系，当该脉宽调制模块取得该第一转速值为响应该马达的转速为低转速时，该脉宽调制模块调低该控制信号的占空周期，当该脉宽调制模块取得该第一转速值为响应该马达的转速为高转速时，该脉宽调制模块调高该控制信号的占空周期。

11.如权利要求9所述的双电源马达控制系统，其中该转速值与该占空周期的关系为线性关系。

12.如权利要求9所述的双电源马达控制系统，其中该转速门限值为500rpm时，该控制信号的固定占空周期为20％，当该转速门限值为2000rpm时，该控制信号的固定占空周期为90％。

13.如权利要求1所述的双电源马达控制系统，其中该第一电源及该第二电源为直流电压信号。

14.如权利要求1所述的双电源马达控制系统，其中该第一电源为脉冲式电源信号，该脉冲式电源信号为三角波信号、方波信号或脉宽调制信号。

15.如权利要求1所述的双电源马达控制系统，其中该第一电源为可调的电压信号，而该系统端装置依据该转速反馈信号而调整输出该第一电源，当该转速反馈信号响应的该马达转速低于该目标转速设定值时，该系统端装置调高该第一电源输出。

16.一种马达控制装置，电连接一马达，该马达控制装置及该马达分别系自外部接收第一电源及第二电源，其中该第一电源为可调的电压信号，包括：

传感器，用以感测该马达的相位切换以产生换相感测信号；

控制器，电连接该传感器，该控制器分别接收该换相感测信号与外部的该第二电源，且该控制器依据该换相感测信号以取得该马达的第一转速值，该控制器输出控制信号以调整该马达转速为第二转速值；

17.如权利要求16所述的马达控制装置，其电性连接一系统端装置，该系统端装置具有一目标转速设定值，用以决定该马达的目标转速，该系统端装置分别输出该第一电源及该第二电源至该马达及该马达控制装置，该系统端装置并自该控制器接收一响应该第二转速值的转速反馈信号，该系统端装置依据该转速反馈信号而调整输出的该第一电源，以控制该马达转速达到该目标转速设定值，其中当该转速反馈信号响应的该马达转速低于该目标转速设定值时，该系统端装置调高该第一电源输出。

18.如权利要求16所述的马达控制装置，其中该驱动电路为半桥电路，其包括有多个开关组件，该些开关组件分别电连接于该马达的多个线圈与该控制器之间。

19.如权利要求18所述的马达控制装置，其中该开关组件为晶体管，且该些晶体管的集电极电连接于该线圈，而该些晶体管的基极电连接于该控制器，该些晶体管的发射极则电连接于接地端。

20.如权利要求16所述的马达控制装置，其中该驱动电路为全桥电路，其包括有多个开关组件，该些开关组件电连接于该马达的线圈与该控制器之间。