CN107528523A - 使用单电机集成电路引脚对占空比响应的多个方面的控制 - Google Patents

Abstract

本发明涉及使用单电机集成电路引脚对占空比响应的多个方面的控制。本发明公开了一种系统，在一些实施方案中，所述系统包括：电机；以及控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述电机，以基于接收到的电压确定占空保持状态和占空比阈值，其中所述占空保持状态指示所述系统是将以占空保持模式操作还是以停止模式操作，其中所述占空比阈值在所述系统以所述占空保持模式操作的情况下指示所述电机的最小占空比，并且在所述系统以所述停止模式操作的情况下指示输入占空比阈值，在所述输入占空比阈值以下，所述控制逻辑部件关断所述电机。

Description

使用单电机集成电路引脚对占空比响应的多个方面的控制

背景技术

通常使用集成电路(IC)来控制各种类型的电机。电机IC接收各种输入信号，并且使用这些输入信号来控制电机操作的不同方面，诸如占空比、电机旋转的方向以及启用或关断电机旋转的阈值。必须使用单独的输入引脚将IC用于控制电机的输入信号提供给IC。每个这样的输入引脚占用空间并且增加不期望的复杂性和费用。因此，减少使用的输入引脚的数量是期望的。

发明内容

本文所公开的实施方案中的至少一些涉及一种系统，该系统包括：电机；以及耦接到电机的控制逻辑部件，以基于接收到的电压确定占空保持状态和占空比阈值，其中占空保持状态指示系统是将以占空保持模式操作还是以停止模式操作，其中占空比阈值在系统以所述占空保持模式操作的情况下指示电机的最小占空比，并且在系统以停止模式操作的情况下指示输入占空比阈值，在该输入占空比阈值以下，控制逻辑部件关断电机。一个或多个此类实施方案可以任何顺序和任何组合使用以下概念中的一个或多个概念来补充：其中所述控制逻辑部件是集成电路的经由单个输入引脚接收所述接收到的电压的部分；还包括耦接到控制逻辑部件的分压器电路，以提供所述接收到的电压；还包括模数转换器(ADC)以将所述接收到的电压转换为接收到的电压的数字表示，其中控制逻辑部件基于保持状态-占空比阈值曲线确定所述占空保持状态和所述占空比阈值中的至少一者，所述曲线绘制在曲线图上，该曲线图具有对应于多个可能的接收到的电压的一条轴线以及对应于多个可能的占空比阈值的另一条轴线，其中所述曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于占空保持模式并且第二部分对应于停止模式；其中为了使用所述曲线来确定占空保持状态，控制逻辑部件确定接收到的电压对应于所述第一部分还是对应于所述第二部分；其中为了使用所述曲线来确定占空比阈值，控制逻辑部件确定曲线上的一点的对应于所述接收到的电压的占空比阈值；其中曲线的一半对应于第一部分，并且曲线的另一半对应于第二部分；其中所述曲线的第一部分横贯占空比阈值的范围，并且其中曲线的第二部分横贯占空比阈值的相同范围；其中所述曲线的连续段在第一部分和第二部分之间的边界的任一侧上具有恒定的占空比阈值；其中曲线的第一部分具有正斜率，并且曲线的第二部分具有负斜率；其中曲线的第一部分和第二部分均具有正斜率；其中曲线的第一部分具有负斜率，并且曲线的第二部分具有正斜率；其中曲线的第一部分和第二部分均具有负斜率。

至少一些实施方案涉及计算机可读介质，该计算机可读介质包括代码，所述代码在执行时，导致处理器：经由集成电路的单个引脚接收电压；使用保持状态-占空比阈值曲线基于所述接收到的电压来确定对于电机实施占空保持模式还是停止模式；并且使用曲线基于所述接收到的电压在实施所述占空保持模式的情况下确定电机的最小占空比，并且在实施停止模式的情况下确定输入占空比阈值，在该输入占空比阈值以下，电机被关断。一个或多个此类实施方案可以任何顺序和任何组合使用以下概念中的一个或多个来补充：其中所述曲线被绘制在曲线图上，该曲线图具有对应于多个可能的接收到的电压的一条轴线以及对应于多个可能的占空比阈值的另一条轴线，并且其中所述曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于占空保持模式并且第二部分对应于停止模式，并且其中曲线的第一部分的斜率为正，而曲线的第二部分的斜率为负。

至少一些实施方案涉及一种方法，包括：经由集成电路的单个引脚接收电压；使用接收到的电压来确定对于电机实施占空保持模式还是停止模式；基于所述确定对所述电机实施占空保持模式或停止模式中的任一者；如果实施所述占空保持模式，则使用接收到的电压来识别并实施所述电机的最小占空比；并且如果实施所述停止模式，则使用接收到的电压来识别并实施输入占空比阈值，在该输入占空比阈值以下，所述电机被关断。一个或多个此类实施方案可以任何顺序和任何组合使用以下概念中的一个或多个来补充：还包括使用保持状态-占空比阈值曲线来确定使用占空保持模式还是停止模式，并且还包括使用所述曲线来识别所述最小占空比或所述输入占空比阈值，并且其中所述曲线具有对应于占空保持模式的第一部分以及对应于停止模式的第二部分；还包括在实施所述占空保持模式的情况下维持电机占空比不小于所述最小占空比，并且还包括在输入信号的占空比低于所述输入占空比阈值的情况下关断所述电机。

附图说明

在附图中：

图1为电机系统的框图。

图2为电机集成电路(IC)的框图和分压器电路的示意图。

图3为电机IC中的控制逻辑部件的框图。

图4-图7示出保持状态-占空比阈值曲线。

图8为表示电机IC占空比响应的占空比曲线。

图9为使用单个输入引脚上的电压来控制电机IC占空比响应的多个方面的方法的流程图。

附图中给出的具体实施方案以及详细描述并不限制本公开。相反，这些实施方案和详细描述为本领域普通技术人员提供了识别另选形式、等价形式和修改形式的基础，这些另选形式、等价形式和修改形式与给定实施方案中的一个或多个一起被包含在所附权利要求书的范围内。如本文所用，术语“耦接”及其变型形式指示直接或间接连接。

具体实施方式

本文所公开的是用于使用单电机集成电路(IC)输入引脚来管理IC的占空比响应的技术。具体地讲，IC内的控制逻辑部件对输入引脚上的电压进行采样，并使用采样电压来确定两个参数。这些参数之一被称为系统的“保持状态”，并且其指示系统在“保持模式”下操作还是在“停止模式”下操作。另一个参数是占空比阈值，其使用根据系统的保持状态而变化。当系统处于停止模式时，如果到控制逻辑部件的脉冲波调制(PWM)输入信号降至低于占空比阈值，则控制逻辑部件关断电机。因此，当停止模式生效时，占空比阈值用作输入占空比阈值。相反，当系统处于保持模式时，控制逻辑部件将占空比阈值视为最小占空比，并确保电机的占空比不会降至低于该阈值，而不管提供给控制逻辑部件的PWM输入信号的占空比如何。控制逻辑部件使用保持状态-占空比阈值曲线来确定保持状态和占空比阈值，这将在下文更详细地描述。以这种方式，单电机IC输入引脚上接收的单个电压可用于控制IC占空比响应的多个方面。

图1为电机系统100的框图，该电机系统包括电机IC 102、电机驱动器104和电机106。电机106可为任何合适类型的电机，诸如无刷直流(DC)电机，并且其可被容纳在任何合适的电子设备中，诸如风扇。电机驱动器104经由连接件114驱动电机106，继而，其经由连接件112由电机IC 102控制。下文更详细描述的电机IC 102包括各种硬件、软件和/或固件，其根据需要实施以实现对电机驱动器104的控制。特别地，电机IC 102包含基于在单个输入引脚(即经由连接件108接收输入信号的SET引脚)处接收的电压来便于控制其占空比响应所需的部件。电机IC 102另外经由连接件110在其输入PWM引脚上接收初步的PWM输入信号。可以设想到其他输入引脚，并且其落入本公开的范围内。

图2为电机IC 102的框图和分压器电路200的示意图。电机IC 102包括通过连接件218耦接到控制逻辑部件212的模数转换器(ADC)210。继而，控制逻辑部件212经由连接件220耦接到电机控制器216。控制逻辑部件212还经由连接件222耦接到PWM逻辑部件214。PWM逻辑部件214经由连接件110接收存在于输入PWM引脚处的初步PWM输入信号作为其输入，并且处理初步信号以经由连接件222向控制逻辑部件212提供PWM输入信号。ADC 210经由连接件108接收存在于SET引脚处的信号作为其输入。在至少一些实施方案中，通过分压器电路200来提供存在于连接件108处的信号(即，模拟电压)。分压器电路200包括电压源202(例如，5伏)、电阻器204(例如，10千欧)、电阻器206(例如，10千欧姆)和接地连接件208。电机控制器216提供连接件112上的电机驱动器输出，该电机控制器包括合适的处理、存储和/或代码能力，并且其示例是已知的。控制电机驱动器104(图1)的电机驱动器输出可包含任何数量的信号，例如，用以设置占空比的信号和用以设置电机旋转方向的另一个信号。

在操作中，分压器电路200在连接件108处提供模拟电压，即，在电机IC 102的SET引脚处。基于在电压源202处的电压以及电阻器204和206的值来确定该模拟电压。这三个部件中的一个或多个可被调节以动态地修改存在于连接件108处的模拟电压。ADC 210将模拟电压转换为在连接件218处的数字信号。在连接件218处的数字信号是经由连接件108接收的模拟电压的数字表示；因此，在连接件108处接收的模拟电压及其在连接件218处的数字表示可在本文中同义地参考。

仍然描述电机IC 102的操作，数字信号(即，接收到的电压)经由连接件218提供给控制逻辑部件212。控制逻辑部件212存储一个或多个保持状态-占空比阈值曲线，所述曲线中的每个描述保持状态(即，占空保持模式或停止模式)和占空比阈值(即，占空保持模式的最小电机占空比；停止模式的输入占空比阈值)，应当基于在连接件218处数字表示的单个接收到的电压来对电机系统100实施该保持状态和该占空比阈值。换句话讲，控制逻辑部件212使用在单个输入引脚(即，连接件218)处接收的单个电压来控制电机IC 102的占空比响应的多个方面。下文中更详细地描述了控制逻辑部件212使用保持状态-占空比阈值曲线来实现此的方式。如本文所用，术语“单个电压”(或“电压”或“接收到的电压”)并不意味着在连接件108处的附加电压不能被采样并且用于控制电机IC的占空比响应。相反，此类术语用于强调可基于单个电压读数来控制占空比响应的多个方面。本公开的范围包括随后对附加电压读数进行采样并相应地修改占空比响应。

基于在连接件218处的接收到的电压，控制逻辑部件212确定保持状态和占空比阈值，如下所述。此外，控制逻辑部件212经由连接件222从PWM逻辑部件214接收PWM输入信号。PWM输入信号是在输入PMW引脚处接收的初步PWM输入信号的处理形式。由PWM逻辑部件214执行的精确型处理与本讨论并不直接相关，并且可根据需要来设计PWM逻辑部件214，以基于在连接件110处的初步PWM输入信号来在连接件222处产生PWM输入信号。控制逻辑部件212然后使用保持状态、占空比阈值和PWM输入信号来控制电机IC 102的占空比。具体地讲，如果控制逻辑部件212确定IC 102要以停止模式操作，则逻辑部件212确定PWM输入信号的占空比是否低于占空比阈值。如果PWM输入信号的占空比低于占空比阈值，则控制逻辑部件212向电机控制器216提供占空比为0％的PWM输出信号，这意味着电机将被关断。逻辑部件212以这种方式表现，因为PWM输入信号的占空比已降到低于最小可接受的占空比水平。否则，如果PWM输入信号的占空比等于或大于占空比阈值，则控制逻辑部件212向电机控制器216提供PWM输出信号，该PWM输出信号的占空比等于PWM输入信号的占空比。

相反，如果控制逻辑部件212确定IC 102要以占空保持模式操作，则逻辑部件212确定PWM输入信号的占空比是否低于占空比阈值。如果PWM输入信号的占空比低于占空比阈值，则控制逻辑部件212向电机控制器216提供PWM输出信号，该PWM输出信号具有设置在占空比阈值处的占空比。以这种方式，逻辑部件212确保即使当PWM输入信号的占空比下降到低水平时，电机以至少等于占空比阈值的占空比继续旋转。因此，该占空比阈值实际上是最小占空比。否则，如果PWM输入信号的占空比等于或大于占空比阈值，则控制逻辑部件212向电机控制器216提供PWM输出信号，该PWM输出信号的占空比等于PWM输入信号的占空比。

图3为电机IC 102中的控制逻辑部件212的框图。至少一些实施方案中的控制逻辑部件212包括经由连接件306耦接到存储装置302(例如，随机存取存储器，只读存储器)的处理器300。存储装置302存储代码304，其可为软件、固件或它们的组合。处理器300经由连接件218从ADC 210并且经由连接件222从PWM逻辑部件214接收输入信号。继而，处理器300经由连接件220将信号输出到电机控制器216。代码304被适当地编程，使得在执行代码304时，处理器300执行在此处归因于控制逻辑部件212的功能。

虽然控制逻辑部件212、PWM逻辑部件214和电机控制器216在本文中被一般地描述并且在附图中被示为独立的分立组件，但是本公开的范围不限于此。相反，本公开涵盖这样的实施方案，其中这三个部件被合并成更少的部件(例如，共享一个或多个处理器和存储设备)，或扩展成更多数量的部件。

图4-图7示出不同曲线以描述控制逻辑部件212使用在连接件218上接收的信号来确定电机系统的占空保持状态和占空比阈值的方式。这些保持状态-占空比阈值曲线被编程到控制逻辑部件212中，但在一些实施方案中，构成曲线的数据可以表格格式或任何其他合适的格式存储。图4示出保持状态-占空比阈值曲线400。曲线400绘制在其上的曲线图具有对应于多个可能的接收到的电压的x轴线402以及对应于多个可能的占空比阈值的y轴线404。在图4中，x轴线值在0伏特至5伏特的范围内，但该范围可改变。y轴线值在0％至48％的范围内，但该范围也可改变(例如，从0％至50％，如图5和图7所示)。曲线400被分为两个部分：第一部分406和第二部分408。在至少一些实施方案中，第一部分和第二部分长度相等，并且两个部分之间的边界410处于x轴上的电压范围的中点处(例如，在所示示例中为2.5伏特)。在一些实施方案中，第一部分406对应于占空保持模式，并且第二部分408对应于停止模式。(在可供选择的实施方案中，第一部分406对应于停止模式，并且第二部分408对应于占空保持模式，但出于本公开的目的，假设为前一种布置。)第一部分406的大部分的斜率为正(例如，+1)，并且第二部分408的大部分的斜率为负(例如，-1)。曲线400具有平坦段412，使得其在边界410的任一侧上具有相同的占空比阈值。平坦段412的意义在于其防止系统操作中的突然变化。第一部分406和第二部分408中的每个沿着y轴线横贯占空比阈值的相同范围，如图所示。

参见图1、图2和图4，在操作中，控制逻辑部件212经由连接件218接收电压并且将该电压定位在x轴线上。将接收到的电压定位在x轴线上确定电机系统处于保持模式还是停止模式。例如，如果连接件218携带表示在连接件108处的2.0伏特的电压的信号，则控制逻辑部件212确定该电压对应于曲线400的第一部分406。因此，控制逻辑部件212推断应该实施占空保持模式。另外，控制逻辑部件212使用接收到的电压和曲线400的第一部分406来确定y轴线上的对应占空比阈值。就2.0伏特的接收到的电压而言，y轴线上的对应值为大约40％。当实施保持模式时，该占空比阈值(即，40％)表示电机IC 102将使电机106旋转的最小占空比，而与PWM输入信号的占空比无关。(当实施停止模式时，占空比阈值表示PWM输入信号占空比的值，在该值以下电机IC 102将关断电机106。)因此，控制逻辑部件212确定接收到的2.0伏特的电压要求系统实施占空保持模式，并且PWM输出信号的最小占空比为40％。控制逻辑部件212相应地生成PWM输出信号，并且随后将PWM输出信号提供给电机控制器216以控制电机106。

曲线400的平坦段412减轻系统操作的突然变化，否则如果平坦段不存在并且被三角形峰替代，则将会存在系统操作的突然变化。平坦段412在保持模式和停止模式之间的边界410的区域中提供恒定的占空比阈值，即，其中接收到的电压的相对较小波动可改变占空保持模式的区域。

图5-图7示出另选曲线，所有这些曲线都以与图4的曲线400大致相同的方式由电机IC 102使用。具体地讲，图5示出具有第一部分506和第二部分508的曲线500。第一部分506的斜率为正(例如，+1)，并且第二部分508的斜率也为正(例如，+1)。在一些实施方案中，第一部分和第二部分长度相等，但本公开的范围并不限于此。图6示出具有第一部分606和第二部分608的曲线600。第一部分606的大部分的斜率为负(例如，-1)，并且第二部分608的大部分的斜率为正(例如，+1)。曲线600包括跨过边界610的平坦段612(即，类似于图4中的平坦段412)。在一些实施方案中，第一部分和第二部分长度相等，但本公开的范围并不限于此。图7示出具有第一部分706和第二部分708的曲线700。第一部分706的斜率为负(例如，-1)，并且第二部分708的斜率也为负(例如，-1)。在至少一些实施方案中，第一部分和第二部分长度相等，但本公开的范围并不限于此。图5-图7中的每条曲线的第一部分和第二部分均沿着y轴线横贯占空比阈值的相同范围，如图所示。

图8为表示对各种PWM输入信号占空比值的电机IC占空比响应的示例性占空比曲线806的曲线图800。导致由曲线806示出的响应的功能在控制逻辑部件212中实施。曲线图800的x轴线802表示输入占空比，即，在连接件222(图2)处的PWM输入信号的占空比。曲线图800的y轴线804表示输出占空比，即，经由连接件220提供给电机控制器216，并且最终经由连接件112提供给电机驱动器104的PWM输出信号的占空比。曲线806的大部分为大致直线的并且具有1的正斜率。因此，例如，50％的示例性输入占空比导致50％的输出占空比。

由数字808、810和812表示的区域指示与电机IC占空比响应有关的阈值。具体地讲，数字808是指当电机系统处于停止模式时的输入占空比阈值。如果PWM输入信号的占空比低于该阈值，则电机IC 102关断电机106(图1和图2)。可使用图4-图7中所示的曲线之一来确定该阈值。例如，参见曲线400，在引脚108处大约4.85伏特的接收到的电压导致实施停止模式(因为4.85伏特对应于第二部分408)，其中输入占空比阈值为大约3％。控制逻辑部件212确保如果PWM输入信号的占空比低于3％，则PWM输出信号的占空比将为0％，并且电机将被关断。数字810指示PWM输入信号的示例性占空比，在该PWM输入信号处，如果系统处于停止模式，则电机可恢复旋转。控制逻辑部件212可用这些阈值来编程。由数字808和810指示的阈值仅仅为示例性的。本公开的范围不限于任何特定的数字阈值。

数字812表示当系统处于占空保持模式时电机的最小占空比。无论PWM输入信号的占空比如何，当系统处于占空保持模式时，电机的占空比不会下降到低于最小占空比。例如，参见曲线400，在引脚108处大约0.30伏特的接收到的电压导致实施保持模式(因为0.30伏特对应于第一部分406)，其中最小占空比为6％。控制逻辑部件212确保无论PWM输入信号的占空比如何，PWM输出信号都将维持6％的最小占空比。由数字812指示的阈值仅仅为示例性的。本公开的范围不限于任何特定的数字阈值。

图9为使用单个IC输入引脚来控制电机IC占空比响应的方法900的流程图。方法900通过经由单个IC引脚接收单个电压来开始(步骤902)。如图2所示并如上所述，该电压经由SET引脚从连接件108采样，并且其数字表示被提供在连接件218上。方法900接下来包括使用单个接收到的电压来确定实施占空保持模式还是实施停止模式(步骤904)。电机IC102可使用保持状态-占空比阈值曲线(例如，诸如图4-图7所示的那些)进行该确定，或者其可基于可用于生成此类曲线的数据来进行这样的确定。方法900随后包括基于步骤904的确定来实施占空保持模式或停止模式中的任一者(步骤906)。如果实施占空保持模式(步骤908)，则方法900包括使用单个接收到的电压来识别并实施最小占空比(步骤910)。如上文所详细说明的，可使用图4-图7的示例性曲线或使用可用于生成此类曲线的数据来确定最小占空比。如果实施停止模式(步骤912)，方法900包括使用单个接收到的电压来识别并实施用于电机关断的输入占空比阈值(步骤914)。如上文所说明的，可使用图4-图7的示例性曲线或使用可用于生成此类曲线的数据来确定该阈值。对方法900的控制然后返回到步骤902。

一旦完全理解了上述公开的内容，对于本领域技术人员来说许多其他变型形式和修改形式就将变得显而易见。以下权利要求书被解释为旨在包含所有此类变型形式、修改形式和等同形式。

Claims (13)

1.一种系统，所述系统包括：

电机；和

控制逻辑部件，所述控制逻辑部件耦接到所述电机，以基于接收到的电压来确定占空保持状态和占空比阈值，

其中所述占空保持状态指示所述系统将以占空保持模式操作还是以停止模式操作，

其中所述占空比阈值在所述系统以所述占空保持模式操作的情况下指示所述电机的最小占空比，并且在所述系统以所述停止模式操作的情况下指示输入占空比阈值，在所述输入占空比阈值以下，所述控制逻辑部件关断所述电机。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制逻辑部件是集成电路的经由单个输入引脚来接收所述接收到的电压的一部分。

3.根据权利要求2所述的系统，还包括耦接到所述控制逻辑部件的分压器电路，以提供所述接收到的电压。

4.根据权利要求3所述的系统，还包括模数转换器ADC以将所述接收到的电压转换为所述接收到的电压的数字表示。

5.根据权利要求1所述的系统，其中所述控制逻辑部件基于保持状态-占空比阈值曲线来确定所述占空保持状态和所述占空比阈值中的至少一者，所述曲线绘制在曲线图上，所述曲线图具有与多个可能的接收到的电压对应的一条轴线和与多个可能的占空比阈值对应的另一条轴线。

6.根据权利要求5所述的系统，其中所述曲线包括第一部分和第二部分，所述第一部分对应于所述占空保持模式并且所述第二部分对应于所述停止模式。

7.根据权利要求6所述的系统，其中为了使用所述曲线来确定所述占空保持状态，所述控制逻辑部件确定所述接收到的电压对应于所述第一部分还是对应于所述第二部分。

8.根据权利要求6所述的系统，其中为了使用所述曲线来确定所述占空比阈值，所述控制逻辑部件确定所述曲线上的对应于所述接收到的电压的点的占空比阈值。

9.根据权利要求6所述的系统，其中所述曲线的一半对应于所述第一部分，并且所述曲线的另一半对应于所述第二部分。

10.根据权利要求6所述的系统，其中所述曲线的所述第一部分横贯占空比阈值的范围，并且其中所述曲线的所述第二部分横贯占空比阈值的相同范围。

11.一种方法，包括：

经由集成电路的单个引脚接收电压；

使用接收到的电压来确定对于电机实施占空保持模式还是停止模式；

基于所述确定对所述电机实施所述占空保持模式或所述停止模式的任一者；

如果实施所述占空保持模式，则使用所述接收到的电压来识别并实施所述电机的最小占空比；并且

如果实施所述停止模式，则使用所述接收到的电压来识别并实施输入占空比阈值，在所述输入占空比阈值以下，所述电机被关断。

12.根据权利要求11所述的方法，还包括使用保持状态-占空比阈值曲线来确定使用所述占空保持模式还是所述停止模式，并且还包括使用所述曲线来识别所述最小占空比或所述输入占空比阈值，并且其中所述曲线具有对应于所述占空保持模式的第一部分以及对应于所述停止模式的第二部分。

13.根据权利要求12所述的方法，还包括在实施所述占空保持模式的情况下维持电机占空比不小于所述最小占空比，并且还包括在输入信号的占空比低于所述输入占空比阈值的情况下关断所述电机。