CN102636107A

CN102636107A - 马达转子的角度检测装置及检测方法

Info

Publication number: CN102636107A
Application number: CN2012101359510A
Authority: CN
Inventors: 徐易民; 叶忠辉; 竺培圣
Original assignee: System General Corp Taiwan
Current assignee: Fairchild Taiwan Corp
Priority date: 2012-01-17
Filing date: 2012-05-04
Publication date: 2012-08-15
Anticipated expiration: 2032-05-04
Also published as: US20130181644A1; US8669728B2; CN102636107B; TWI433447B; TW201332280A

Abstract

一种马达转子的角度检测装置，包括周期计数器、步阶周期产生器以及角度产生器。周期计数器接收转子感测信号，并计算转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距。步阶周期产生器依据时间间距的时间间距平均值与设定值来产生比例值与误差信号。步阶周期产生器还依据误差信号来调整比例值，且依据调整的该比例值与时间间距平均值来产生步阶时间。角度产生器接收步阶时间以及转子感测信号，并依据转子感测信号及步阶时间以获得角度检测结果。

Description

马达转子的角度检测装置及检测方法

技术领域

本发明是有关于一种马达转子的角度检测装置及检测方法，且特别是有关于一种直流无刷(Brushless Direct Current,BLDC)马达的转子的角度检测装置及检测方法。

背景技术

请参照图1，图1绘示已知技术所使用的马达转子的角度检测装置100的方块图。已知的直流无刷马达转子的角度检测装置100包括取样器110、除法器120以及计数器130。取样器110接收由马达转子上的霍尔(Hall)感测模块所产生的转子感测信号HAOUT，其中的转子感测信号HAOUT是一个具有多个脉冲的周期性信号。取样器110通过一个高频的时钟信号来对转子感测信号HAOUT的相邻的两脉冲间的时间距离进行取样，并利用取样的结果(两脉冲间的时间间距所能容纳的时钟信号的个数)来计算出转子感测信号HAOUT的相邻的两脉冲的时间间距T60。

除法器120则耦接取样器110，并针对所接收的时间间距T60进行除法运算以产生步阶时间Tstep，并将步阶时间Tstep提供至计数器130。计数器130则可以利用步阶时间Tstep来依据转子感测信号HAOUT来计算获得转子的角度ANG_OUT。

请同时参照图1及图2，图2绘示计数器130利用步阶时间Tstep进行转子的角度ANG_OUT计数的示意图。其中，由于步阶时间Tstep的分辨率有限，在时间间距WTH并非是步阶时间Tstep的整数倍时，计数器130的计数操作会存在有误差ERR。这个误差ERR在马达转子持续动作的情况下，会持续地被累积，也就是说，随着马达运作的时间越长，马达转子的角度的检测会越不准确。

发明内容

本发明提供一种马达转子的角度检测装置及检测方法，可更准确地检测出马达转子的旋转角度。

本发明提出一种马达转子的角度检测装置，包括周期计数器、步阶周期产生器以及角度产生器。周期计数器接收转子感测信号，并计算转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距。步阶周期产生器耦接周期计数器，依据时间间距的时间间距平均值与设定值来产生比例值与误差信号。步阶周期产生器还依据误差信号来调整比例值，且依据调整的该比例值与时间间距平均值来产生步阶时间。角度产生器耦接步阶周期产生器，接收步阶时间以及转子感测信号，并依据转子感测信号及步阶时间以获得角度检测结果。

本发明还提出一种马达转子的角度检测方法，包括：接收转子感测信号，并计算转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距；依据时间间距的时间间距平均值与设定值来产生比例值与误差信号；再依据误差信号来调整比例值，并且依据调整后的比例值与时间间距平均值来产生步阶时间；最后，依据转子感测信号及步阶时间以获得角度检测结果。

基于上述，本发明通过步阶周期产生器以依据误差信号来调整比例值，并藉以动态调整依据比例值所产生的步阶时间。通过动态调整的步阶时间，因步阶时间的分辨率不足所可能产生的误差将可以有效地得到补偿，并使依据步阶时间所进行的马达转子的角度检测装置的准确度可以更为提升。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1绘示已知技术所使用的马达转子的角度检测装置100的方块图。

图2绘示计数器130利用步阶时间Tstep进行转子的角度ANG_OUT计数的示意图。

图3绘示本发明一实施例的马达转子的角度检测装置300的示意图。

图4绘示本发明另一实施例的角度检测装置400的示意图。

图5绘示前期滤波器440的一实施方式。

图6绘示本发明实施例的步阶周期产生器420的实施方式的示意图。

图7绘示本发明实施例的除法器610的一实施方式。

图8绘示本发明实施例的反馈滤波器450的一实施方式。

图9绘示本发明实施例的角度检测装置的波形示意图。

图10绘示本发明一实施例的马达转子的角度检测方法的流程图。

具体实施方式

请参照图3，图3绘示本发明一实施例的马达转子的角度检测装置300的示意图。角度检测装置300适用于直流无刷马达，包括周期计数器310、步阶周期产生器320以及角度产生器330。周期计数器310接收转子感测信号HAOUT，并计算转子感测信号HAOUT的多个脉冲间的多个时间间距T60。以马达转子转动一圈会对应产生具有7个脉冲转子感测信号HAOUT为范例，转子每转动60度时，对应的转子感测信号HAOUT会产生一个脉冲，因此，转子每转动一圈，周期计数器310会对应产生6个时间间距T60。

步阶周期产生器320耦接至周期计数器310，并接收周期计数器310所产生的时间间距T60。周期计数器310依据所接收到的多个时间间距T60的时间间距平均值与设定值来产生比例值与误差信号。其中，设定值是预先设定好的值，而所产生的比例值则是依据时间间距平均值与设定值来产生。举例来说，利用时间间距平均值来除以设定值所得的商数就可以拿来当作比例值，而利用时间间距平均值来除以设定值所得的余数，则用以作为误差信号。

此外，步阶周期产生器320还依据误差信号来调整比例值，且依据调整后的比例值与时间间距平均值来产生步阶时间Tstep。具体一点来说明，当误差信号不为0时(也就是时间间距平均值来除以设定值所得的余数不为0时)，步阶周期产生器320会依据误差信号来对比例值进行周期性的调整，并藉此动态调整依据比例值与时间间距平均值所产生的步阶时间Tstep。举个实际的范例来说明，假设时间间距平均值等于1048而设定值等于32，通过时间间距平均值除以设定值(1048/32)可以获得比例值等于32以及误差信号等于24。由于24的二进制值等于11000，取其最高两个位“11”，可以使连续的四个用来计算步阶时间Tstep的比例值中，其中1个等于32，另3个等于32+1=33。

在上述的例子中，比例值的调整是通过将时间间距平均值与设定值相除的商数，加上一个预定调整值来进行调整，其中，预定调整值可以是1。

角度产生器330耦接步阶周期产生器320，角度产生器330接受步阶周期产生器320所产生的步阶时间Tstep，并利用周期等于步阶时间Tstep的时钟信号来依据转子感测信号HAOUT来进行计数，就可以获得马达转子的角度检测结果ANG_OUT。附带一提的，由于马达转子的角度必然是0～360度间，因此，角度产生器330可以依据转子感测信号HAOUT来进行重置的动作。

以下请参照图4，图4绘示本发明另一实施例的角度检测装置400的示意图。角度检测装置400包括周期计数器410、前期滤波器440、运算器460、步阶周期产生器420、角度产生器430以及反馈滤波器450。周期计数器410接收转子感测信号HAOUT，并计算转子感测信号HAOUT的多个脉冲间的多个时间间距T60。前期滤波器440则耦接至周期计数器410，并接收由周期计数器410所产生的多个时间间距T60。前期滤波器440计算多个的时间间距T60的平均值来获得时间间距平均值T60AVG，其中，前期滤波器440可以依据两个、三个或四个(或更多)连续的时间间距T60来计算其平均值，并获得时间间距平均值T60AVG。

运算器460耦接在前期滤波器440与步阶周期产生器420间，运算器460并耦接至反馈滤波器450。运算器460接收反馈滤波器450所产生的反馈角度检测结果FBS以及时间间距平均值T60AVG以进行减法的操作。在本实施例中，运算器460为减法器，并与反馈滤波器450形成一个负反馈的结构，并藉以驱使角度检测装置400可以收敛到产生一个较为稳定的角度检测结果ANG_OUT。

步阶周期产生器420与角度产生器430与前述实施例的步阶周期产生器320与角度产生器330的作动方式是相同的。以下不多赘述。反馈滤波器450则是接收角度检测结果ANG_OUT，并计算不同时间的多个角度检测结果ANG_OUT的平均值来产生反馈角度检测结果FBS。

以下请参照图5，图5绘示前期滤波器440的一实施方式。在本实施例中，前期滤波器440包括加法器411以及除法器412。加法器411耦接至周期计数器410并接收依序传送至的多个时间间距T60，并由多个不同的时间间距T60选择P个选中时间间距来进行加法运算，其中P为大于1的整数。除法器412耦接至加法器411，并使加法器411所计算出的P个选中时间间距的和除以P，并藉此来获得时间间距平均值。其中，P可以是2、3、4或其它更多的数值。

以下则请参照图6，图6绘示本发明实施例的步阶周期产生器420的实施方式的示意图。步阶周期产生器420包括除法器610以及查找表620。除法器610接收时间间距平均值T60AVG以及设定值SET。除法器610使时间间距平均值T60AVG与设定值SET进行除法运算(时间间距平均值T60AVG除以设定值SET)。除法器610并取其中的除法运算所产生的商数为比例值MV，并依据除法运算所产生的余数来产生误差信号NV。其中，除法器610可依据选用除法运算所产生的余数的最高的多个位来产生误差信号NV。

查找表620耦接除法器610，并接收比例值MV以及误差信号NV，且产生调整后的比例值TMV。查找表620中记录误差信号NV与不同周期的比例值的对应关系。也就是说，查找表620中所记录的，是在对应各种不同的误差信号NV下，各周期所应产生的调整后的比例值TMV。举例来说，若误差信号NV是取用除法运算所产生的余数的最高的2个位来产生的，查找表620所记录的数据可以如表1：

表1：

当然，误差信号NV也可以是取用除法运算所产生的余数的最高的3个位来产生的，则查找表620所记录的数据可以如表2：

表2：

由上述的表1及表2可以得知，误差信号NV的位数可以决定周期的长短，而在一个周期中，被调整的比例值TMV与原比例值不相同的次数，恰等于误差信号NV的数值。

当然，上述的表1及表2仅只是范例，误差信号NV的位数可以更多，而不限于2个或3个位。

以下请参照图7，图7绘示本发明实施例的除法器610的一实施方式。在本实施方式中，除法器610包括位选择器710，而时间间距平均值T60AVG以2进位的方式被储存在多个暂存器721～72K中。在设定值SET等于2的M次方时，位选择器710依据设定值SET来选择暂存器721～72K中所储存的多个数据中的M个最低位来产生除法器610所要产生的余数。另外，位选择器710则选择其余的K-M个位来产生除法器610所要产生的商数。并且，位选择器710使所产生的商数等于比例值MV，并选用所产生的余数的数个最高位来产生误差信号NV。

请参照图8，图8绘示本发明实施例的反馈滤波器450的一实施方式。反馈滤波器450包括累加器810以及除法器820。累加器810用以接收并累加Q个不同时间周期的角度检测结果ANG_OUT以获得累加和，Q为大于1的整数。除法器820耦接累加器810，除法器820使累加和除以Q以产生反馈角度检测结果FBS。

以下针对本发明实施例的角度检测装置以波形的方式来进行说明，以使本领域技术人员更能了解本发明的特征。

请参照图9，图9绘示本发明实施例的角度检测装置的波形示意图。在图9的绘示中，转子感测信号HAOUT的相邻两脉冲的距离为间距WTH，而计算转子感测信号HAOUT每一相邻两脉冲的距离为间距WTH可以获得时间间距T60。而针对多个时间间距T60则可计算出时间间距平均值T60AVG，再通过时间间距平均值T60AVG与设定值进行除法运算，则可以得到步阶时间Tstep。更进一步地，利用周期等于步阶时间Tstep的时钟来进行角度检测结果ANG_OUT的计数，并在步阶时间Tstep是会依据误差信号来动态调整的情况下，间距WTH无法被步阶时间Tstep整除所产生的误差将可以有效地被补偿。也因此，利用周期等于步阶时间Tstep的时钟来进行计数所获得角度检测结果ANG_OUT将会更为准确。

请参照图10，图10绘示本发明一实施例的马达转子的角度检测方法的流程图。首先，接收转子感测信号，并计算转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距(S1010)；再依据时间间距的时间间距平均值与设定值来产生比例值与误差信号(S1020)；并依据误差信号来调整比例值，且依据调整后的比例值与时间间距平均值来产生步阶时间(S1030)；最后，依据转子感测信号及步阶时间以获得角度检测结果(S1040)。关于本发明实施例的马达转子的角度检测的实施细节在上述多个实施例以及实施方式中都有详细的说明，以下恕不多赘述。

综上所述，本发明利用误差信号来动态调整比例值，并利用动态调整过的比例值来对应产生步阶时间，再通过动态调整的步阶时间来进行马达转子的角度计数操作，以使获得的角度检测结果更为准确。

虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种马达转子的角度检测装置，包括：

一周期计数器，接收一转子感测信号，并计算该转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距；

一步阶周期产生器，耦接该周期计数器，依据该多个时间间距的一时间间距平均值与一设定值来产生一比例值与一误差信号，该步阶周期产生器还依据该误差信号来调整该比例值，且依据调整后的该比例值与该时间间距平均值来产生一步阶时间；以及

一角度产生器，耦接该步阶周期产生器，接收该步阶时间以及该转子感测信号，依据该转子感测信号及该步阶时间以获得一角度检测结果。

2.根据权利要求1所述的角度检测装置，还包括：

一前期滤波器，耦接在该步阶周期产生器与该周期计数器的耦接路径间，该前期滤波器接收该多个时间间距并产生该时间间距平均值。

3.根据权利要求2所述的角度检测装置，其中该前期滤波器选取该多个时间间距中的多个来加以平均，以产生该时间间距平均值。

4.根据权利要求3所述的角度检测装置，其中该前期滤波器包括：

一加法器，耦接该周期计数器，计算该多个时间间距中的P个选中时间间距的和，其中P为大于1的整数；以及

一除法器，耦接该加法器及该步阶周期产生器，依据使该些选中时间间距除以P以产生该时间间距平均值。

5.根据权利要求1所述的角度检测装置，其中该步阶周期产生器依据该误差信号来增加一预定调整值来调整该比例值。

6.根据权利要求1所述的角度检测装置，其中该步阶周期产生器使该时间间距平均值与该设定值相除以产生该比例值以及该误差信号。

7.根据权利要求6所述的角度检测装置，其中该步阶周期产生器包括：

一除法器，耦接该周期计数器，用以使该时间间距平均值与该设定值进行一除法运算，且该除法运算产生的一商数为该比例值，并依据该除法运算所产生的一余数来产生该误差信号，其中该设定值为大于1的正整数。

8.根据权利要求7所述的角度检测装置，其中该步阶周期产生器取用该除法运算所产生的该余数的最高的N个位来作为该误差信号，N为大于1的整数。

9.根据权利要求7所述的角度检测装置，其中该除法器包括：

一位选择器，该位选择器选择该时间间距平均值的最低M个位为该余数，并选择该时间间距平均值的其它位为该商数，其中，该设定值等于2的M次方，M为大于1的整数。

10.根据权利要求7所述的角度检测装置，其中步阶周期产生器还包括：

一查找表，耦接该除法器，该查找表记录该误差信号与不同周期的比例值的对应关系，

其中，该步阶周期产生器依据该误差信号由该查找表来获得不同周期的比例值。

11.根据权利要求1所述的角度检测装置，其中还包括：

一运算器，耦接在该周期计数器与该步阶周期产生器的耦接路径间，接收该时间间距平均值以及一反馈角度检测结果，并计算该时间间距平均值与该反馈角度检测结果的差值；以及

一反馈滤波器，计算多个不同时间周期的该角度检测结果的平均值以产生该反馈角度检测结果。

12.根据权利要求11所述的角度检测装置，其中该反馈滤波器包括：

一累加器，接收并累加Q个不同时间周期的该角度检测结果以获得一累加和，Q为大于1的整数；以及

一除法器，耦接该累加器，使该累加和除以Q以产生该反馈角度检测结果。

13.根据权利要求1所述的角度检测装置，其中该周期计数器包括：

一取样器，接收一基准时钟信号以及该转子感测信号，依据该基准时钟信号取样该转子感测信号的任相邻两脉冲间的多个距离以获得该多个时间间距。

14.一种马达转子的角度检测方法，包括：

接收一转子感测信号，并计算该转子感测信号的多个脉冲间的多个时间间距；

依据该多个时间间距的一时间间距平均值与一设定值来产生一比例值与一误差信号；

依据该误差信号来调整该比例值，且依据调整后的该比例值与该时间间距平均值来产生一步阶时间；以及

依据该转子感测信号及该步阶时间以获得一角度检测结果。

15.根据权利要求14所述的角度检测方法，其中还包括：

选取该多个时间间距中的多个来加以平均，以产生该时间间距平均值。

16.根据权利要求14所述的角度检测方法，其中“依据该误差信号来调整该比例值”的步骤包括：

依据该误差信号来决定否增加一预定调整值以调整该比例值。

17.根据权利要求14所述的角度检测方法，其中“依据该多个时间间距的该时间间距平均值与该设定值来产生该比例值与该误差信号”的步骤包括：

依据该时间间距平均值与该设定值相除的商数来产生该比例值，并依据该时间间距平均值与该设定值相除的余数来产生该误差信号。

18.根据权利要求17所述的角度检测方法，其中“依据该多个时间间距的该时间间距平均值与该设定值来产生该比例值与该误差信号”的步骤包括：

当该设定值等于2的M次方时，选取该时间间距平均值的最低M个位以产生该误差信号，并取该时间间距平均值的其它位以产生该比例值商数，M为大于1的整数。