CN108696214B

CN108696214B - 用于pwm驱动电机的电机驱动器

Info

Publication number: CN108696214B
Application number: CN201810271797.7A
Authority: CN
Inventors: D·勒曼; P·奈德勒夫
Original assignee: Melexis Bulgaria EOOD
Current assignee: Melexis Bulgaria EOOD
Priority date: 2017-03-30
Filing date: 2018-03-29
Publication date: 2020-11-06
Anticipated expiration: 2038-03-29
Also published as: EP3382885A1; CN108696214A; US20180287523A1; EP3382885B1; US10326391B2

Abstract

用于控制无刷DC电机的电机驱动器，包括：用于控制功率级的相位换向的输出驱动器(150)；电机驱动器可以以具有PWM开启和关闭周期的脉冲方式被供电；用于监测转子的位置和/或速度的位置模块(140)；位置模块的至少一部分在PWM关闭周期期间保持活跃；功率模块(130)，被配置用于在PWM关闭周期期间向活跃部分供电，包括能量存储介质(132)和阻挡模块(134,634,638)，该能量存储介质和阻挡模块被配置为使得在PWM开启周期期间能量存储介质(132)可以由电源充电，且使得在PWM关闭周期期间阻挡模块(134,634,638)可以阻挡电流流回到电源且阻挡电流从能量存储介质流到电机(170)。

Description

用于PWM驱动电机的电机驱动器

技术领域

本发明涉及BLDC电机的领域。更具体而言，它涉及用于通过调整电机的电源控制其速度的BLDC电机的电机驱动器。

背景技术

电机(例如，风扇)的速度可由线性调节来控制。由此调整跨电机的DC电压。

控制电机速度的替代方法是通过直接脉宽调制。在那种情况下，电机的电源由PWM波形调制。因此，传输晶体管(pass transistor)可以定位在电源和电机的VDD引脚(电机的高侧)之间，或者在电机的接地引脚和地(电机的低侧)之间。通过控制该晶体管的栅极，电机的电流路径可以被接通或关闭。因此PWM波形可被施加。

在电机的正电源线上使用p沟道MOSFET(或PNP)作为通过设备(pass device)需要在PWM信号上的电平位移器摆动到电机电压以驱动通过设备。在那种情况下，电机驱动器上的转速计或锁定转子反馈单元可以被上拉至远程控制风扇监测IC的电源。

替换地，可以替代使用在地线上的n沟道MOSFET(或NPN)。这允许通过设备由3.3V或5V逻辑电平PWM信号来驱动，这更容易实施。然而这意味着在PWM关闭(PWM OFF)周期期间反馈单元的地将浮动，使得反馈实施复杂化。

存在与n沟道或p沟道的电机驱动器兼容的不同的现有技术的PWM电机速度控制器。

现有技术的4线电机的解决方案的示例在图1中被示出。在该图中，数字PWM信号被用于控制电机驱动器(例如，风扇驱动器)。电机驱动器经由FG(频率生成器或转速计信号)反馈单元提供回速度信息。

现有技术的3线电机的解决方案的示例在图2中被示出。在该示例中，风扇监测器的PWM信号控制电源线中的高侧开关，并通过调整电源开启时间的占空比来控制电机速度。FG反馈单元为远程风扇监测IC提供速度信息。

现有技术的2线的解决方案的示例在图3中被示出。在该示例中，风扇监测器基于感测到的由电机正在冷却的物体的温度来调节电机速度。在这种情况下，风扇监测器不仅有间接的电机速度的反馈。风扇监测器不控制电机噪音，且仅可以间接地通过温度感测猜测电机仍在工作还是没有在工作。

在2线和3线的解决方案中，一旦VDD下降到电机驱动器的掉电电平以下，电机驱动器将在PWM关闭周期期间关闭。当电源再次接通时，电机驱动器将被初始化，并根据霍尔传感器信息接通输出驱动器，具有100％的占空比(开/关控制)。

电机驱动器的初始化可能需要一些时间，在此期间电机驱动器不以适当的方式运行。也不能应用需要速度信息的智能的软切换算法。最后，在低速下，低BEMF将使得显著的峰值电流流动，从而导致寿命减少和可听见的噪音。

通过使用线性控制开关，可以以模拟方式调节电源，避免上述缺点。然而以效率为代价。这种方法也在速度范围上受到限制。最小速度和最大速度之间的范围受最小电源电压的限制。例如12V电机驱动器的最小操作电压低至2.5V。即使在一些额外的电机驱动器成本下，电源范围可以减少至1.8V，但与12V电源电压的比率仍超过10％，这是用4线电机的解决方案能实现的范围。

总之，当以较低的PWM频率(例如，以30Hz以下的频率)驱动电机时，可能会发生问题。随着频率减小，可能会注意到在PWM波形的开启和关闭周期期间在电机速度中可听见的变化。此外，PWM开启(PWM ON)周期(在其期间电机被供电的周期)可能会变得太短从而不能允许电机的内部的电子器件打开并开始驱动电机。因此，当减小PWM开启周期时可能发生电机可靠性的问题。

鉴于这些问题，在用于PWM驱动电机的电机驱动器中仍有改进的余地。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供用于通过电源的脉宽调制驱动电机的好的电机驱动器。

上述目标通过根据本发明的方法和设备来实现。

在第一方面，本发明的的实施例涉及用于控制无刷DC电机的电机驱动器，所述无刷DC电机具有有着至少一个绕组的定子和有着永磁体的转子。该电机驱动器包括电连接到功率级的输出驱动器，所述功率级被配置为电连接到电机，其中所述输出驱动器被适用于控制功率级的相位换向。电机驱动器包括用于连接电源的VDD引脚和用于连接地的接地引脚，其中PWM引脚是或VDD引脚或接地引脚，并且其中PWM引脚可以被用于连接脉宽调制模块，使得可以通过调制来自电源的功率以脉冲的方式对电机驱动器供电，使得在PWM开启周期期间，电机驱动器和电机由电源供电并且使得在PWM关闭周期期间，电机驱动器和电机不由电源供电。电机驱动器包括位置模块，该位置模块被配置用于监测电机中的转子的位置和/或用于监测转子的速度。电机驱动器被配置为使得其至少一部分在PWM关闭周期期间保持活跃(active)，其中该活跃部分包括位置模块的至少部分。此外，电机驱动器包括功率模块，该功率模块被配置用于在PWM关闭周期期间向电机驱动器的活跃部分供电。功率模块包括能量存储介质和阻挡模块，所述能量存储介质和所述阻挡模块被配置为使得在PWM开启周期期间能量存储介质可以由电源充电，并且使得在PWM关闭周期期间阻挡模块可以阻挡电流从能量存储介质流回到电源，并且阻挡电流从能量存储介质流向电机。

本发明的实施例的优点是它允许通过调整电机的电源在速度上控制无刷DC电机(例如，配置为推进空气移动风扇或液体移动泵)。本发明的实施例的优点是，这可以通过电源的PWM来完成，电源的占空比也被称为电源PWM占空比。本发明的实施例的优点是，在PWM关闭周期期间，电机驱动器的活跃部分也被供电。

该活跃部分包括位置模块的至少部分，该位置模块被配置用于监测电机中的转子的位置和/或用于监测转子的速度。由于在PWM关闭周期期间活跃部分被供电，所以在PWM关闭周期期间以及也直接在PWM关闭周期之后，转子的位置和/或转子的速度是已知的。这允许输出驱动器的平滑操作，该输出驱动器根据转子的位置控制功率级的相位换向。

在本发明的实施例中，与在PWM开启周期期间应用的驱动换向方案相比，电机驱动器在PWM关闭周期期间不应用换向或应用至少不同的换向方案。

本发明的实施例的优点是电机驱动器可以在PWM关闭周期期间监测转子位置。使用该转子位置信息，在PWM开启周期期间，电机驱动器可以立即重新开始应用其驱动换向方案。

本发明的实施例的优点是电机驱动器不需要经历通电序列，每次在PWM关闭周期之后，初始化其数字电路和模拟电路。优点是输出驱动器被通知风扇已经在旋转，并且因此它不应该经历优化为从静止状态启动电机的启动换向方案。优点是基于不间断的转子位置信息，可以导出速度信号。这种速度信号可用于根据速度优化换向控制，诸如应用软切换方法，例如，应用平坦周期和/或上升斜率和/或下降斜率，这些是电半周期(EHP)的一部分(例如，1/16)。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括多个部件和控制模块，所述控制模块被配置用于激活和/或去激活部件中的至少一些部件，和/或当电机的供电在PWM开启周期和PWM关闭周期之间改变时改变部件中的至少一些部件的功能。

电机驱动器的部件可以实施电机驱动器的特定功能，其可以包括硬件(例如，电路的部分、完成器电路、存储器模块、FPGA模块)和/或在该硬件上运行的软件，和/或固件(例如，在FPGA模块上)。通过激活和/或去激活部件中的至少一些部件，控制模块可以例如改变电路的操作，可以在电路之间切换、适配感测分辨率和/或精确度，可以启用或禁用完整的电路。例如，它可以将功率级切换到Z，即将所有的驱动晶体管关闭，或者对于1线圈电机或3相电机，将功率级切换到续流(freewheeling)，即接通至少2个低侧晶体管或至少2个高侧晶体管，或在Z和续流之间切换等。

通过激活和/或去激活电机驱动器的部件中的至少一些，控制模块例如可以减少在PWM关闭周期期间的电机驱动器的功率消耗，并因此允许使用在PWM关闭周期期间可以生成(与不存在控制模块的情况相比)较少功率的功率模块。在功率模块例如包括缓冲电容器的情况下，限制缓冲电容器的尺寸是可能的。

控制模块可以例如被配置为在PWM关闭周期期间禁用功率级。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括功率调整模块，该功率调整模块被配置为获得电机的反EMF指示信号，并且输出驱动器适于基于反EMF指示信号减少正在驱动电机的脉冲功率的量和/或减少在该电机中的峰值电流。

本发明的实施例的优点是，可以基于最大BEMF电压幅度的指示(被称为BEMF指示信号)减少正在驱动电机的脉冲功率的量。这是减少脉冲功率的第二种方法，仅次于减少电源PWM DC。

在本发明的实施例中，输出驱动器适用于基于由位置模块监测的转子位置和/或速度来施加软切换。

本发明的实施例的优点是通过适用于施加软切换的输出驱动器来减少声学噪声。本发明实施例的优点是软切换方法可以根据BEMF指示信号来适配，作为调整施加在电机上的功率的第三种手段。

在本发明的实施例中，能量存储介质是缓冲电容器。

在本发明的实施例中，控制模块包括检测电路，该检测电路被配置用于通过将PWM引脚上的信号与阈值电平进行比较来检测PWM关闭周期。

本发明的实施例的优点是控制模块适用于检测PWM关闭周期。这允许控制模块控制输出驱动器，使得电机在PWM关闭周期期间不消耗来自功率模块的功率。功率模块的功率可以例如存储在缓冲电容器上，并且其能量应该被保存用于IC操作。为此，检测电路应该能够对PWM关闭尽可能快地做出反应。这可以例如通过在PWM引脚上使用比较器来完成。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括反馈单元。反馈单元包括输入和输出。反馈单元和位置模块被配置成使得当反馈单元的输入由位置模块控制时，输出指示电机的状态。

本发明的实施例的优点是反馈单元的输入由位置模块控制。由于该位置模块在PWM关闭周期期间也被供电，因此反馈单元也将在PWM关闭周期期间被控制。

在本发明的实施例中，反馈单元的输出与反馈引脚连接。

在本发明的实施例中，反馈单元包括开路漏极晶体管，其中位置模块被配置为控制开路漏极晶体管的栅极以生成指示电机状态的输出。

本发明实施例的优点是开路漏极晶体管的栅极由位置模块控制。由于位置模块的至少部分在PWM关闭周期期间也是可操作的，这暗示该栅极在PWM关闭周期期间也被控制。

本发明的实施例的优点是反馈单元的输出指示电机的状态，并且在PWM关闭周期期间也指示，即使当电机驱动器以高侧PWM配置连接时。

在本发明的实施例中，反馈单元包括电流源和连接到远程控制器的接地引脚的下拉电阻器。电流源被连接在下拉电阻器和功率模块之间，或者是从功率模块获取其能量的专用电源，并且其中输出是电流源和下拉电阻器之间的互连，并且其中电流源是由位置模块控制，使得在操作中输出指示电机的状态。

本发明实施例的优点是可以在反馈引脚上实现电压信号，该反馈引脚不受低侧电源开关的接通和断开的影响。本发明的实施例的优点是不需要增加PWM开启周期以便获得指示电机频率的信号。

本发明的实施例的优点是，电流源允许确保电流的受控量被汲取(使得输出指示电机的状态)，其独立于外部下拉、电源电压、温度，或甚至短路的情况下。如果从缓冲电容器汲取功率，则这是特别有利的。

在第二方面，本发明的实施例涉及一种驱动用脉宽调制(PWM)电源供电并由电机驱动器控制的无刷DC电机的方法。该方法包括以下步骤：

-在PWM开启周期期间给功率模块的能量存储介质充电，

-在PWM关闭周期期间使用能量存储介质给电机驱动器的至少部分供电，使得在PWM开启周期期间和在PWM关闭周期期间监测电机中的转子的位置。

在本发明的实施例中，该方法此外包括用于激活和/或去激活电机驱动器的部件，和/或用于当电机的供电在PWM开启周期与PWM关闭周期之间改变时改变电机驱动器的部件的功能的步骤。

在本发明的实施例中，该方法此外包括以下步骤：

-获得电机的BEMF指示信号，

-基于BEMF指示信号控制来自电源的多少功率正在驱动电机。

在本发明的实施例中，该方法此外包括以下步骤：

-使用反馈单元生成指示电机状态的输出信号，

-在PWM关闭周期期间向反馈单元供电。

本发明的特定的和优选的方面在所附的独立权利要求和从属权利要求中被阐述。来自从属权利要求的特征可以与独立权利要求的特征以及其他从属权利要求的特征适当地结合，且不仅仅是如权利要求中所明确阐述的。

参考下文描述的实施例，本发明的这些方面和其他方面将显而易见并得以阐明。

附图说明

图1示出用于PWM电机速度控制器的现有技术的4线配置。

图2示出用于PWM电机速度控制器的现有技术的3线配置。

图3示出用于PWM电机速度控制器的现有技术的2线配置。

图4示出根据本发明的实施例的使用低侧PWM驱动的包括在不同部件上分布的阻挡模块的电机驱动器的示意图。

图5示出根据本发明的实施例的包括两个不同部件的位置模块的示意图。

图6示出根据本发明的实施例的使用高侧PWM驱动的包括集成的阻挡模块的电机驱动器的示意图。

图7示出根据本发明的实施例的使用高侧PWM驱动的包括在反极性二极管之后连接的集成的阻挡二极管的电机驱动器的示意图。

图8示出根据本发明的实施例的使用高侧PWM驱动的其中阻挡模块实施为集成的阻挡晶体管的电机驱动器的示意图。

图9示出图示转速计周期和具有更高频率的参考时钟的图。

图10示出其中图示BLDC电机的软启动的图。

图11示出图示在锁定转子检测情况下的FG信号和RD信号的图。

图12示出在操作电机期间的电机信号的迹线。

图13示出使用包括2个晶体管的功率级操作的2线圈型电机的示意图。

图14示出使用全桥操作的1线圈型电机的示意图。

图15示出使用包括3个半桥的功率级操作的3相型电机的示意图。

图16示出用于软切换的驱动信号的示例。

图17是示出时间的函数的BEMF电压信号的图。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同附图中，相同的附图标记指示相同或相似的元件。

具体实施方式

本发明将被关于特定的实施例并参考某些附图来描述，但本发明不限于此而仅通过权利要求书来限制。所描述的附图仅是示例性的且非限制性的。在附图中，出于说明的目的一些元件的尺寸可以被夸大且没有按比例绘制。尺度和相对尺度并不对应于实践本发明的实际减少量。

此外，说明书和权利要求书中的术语第一、第二等被用于在相似的元件之间进行区分，而不一定用于在时间上、空间上、排序上或以任何其它方式描述序列。应该理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序来操作。

此外，说明书和权利要求书中的术语上、下等被用于描述目的，而不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的术语在适当情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以不同于本文描述或示出的其他顺序来操作。

应该注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限于其后列出的装置；它不排除其他元件或步骤。因此，被解释为指定所提及的特征、整体、步骤或组件的存在，但是并不排除一个或多个其他特征、整体、步骤或组件或其组合的存在或添加。因此，措词“一种包括装置A和B的设备”的范围不应当被限定于仅由部件A和B构成的设备。它意味着该设备的唯一与本发明有关的相关部件是A和B。

在本说明书中对“一个实施例”或“实施例”的引用表示结合该实施例描述的特定特征、结构或特性被包括在本发明的至少一个实施例中。因此，在本说明书中的各个地方出现的短语“在一个实施例中”或“在实施例中”不一定都指相同的实施例，而是可以指相同的实施例。此外，在一个或多个实施例中，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式进行组合，如本领域普通技术人员将从本公开中显而易见的。

类似地，应当认识到，在本发明的示例性实施例的描述中，出于简化本公开并帮助理解本发明的一个或多个各种发明方面，本发明的各种特征有时被一起组合在单个实施例、附图或其说明书中。然而，这种公开方法不应被解释为反映要求保护的发明与各项权利要求中明确记载的相比需要更多的特征的意图。相反，如以下权利要求所反映，发明方面在于少于单个上述公开的实施例的全部特征。因此，在具体说明之后的权利要求由此明确地被并入本具体说明中，其中每个权利要求本身作为本发明的单独实施例。

此外，尽管本文描述的一些实施例包括其他实施例中所包括的一些特征但没有其他实施例中包括的其他特征，但是不同实施例的特征的组合意图落在本发明的范围内，并且形成如本领域技术人员所理解的不同实施例。例如，在所附的权利要求书中，所要求保护的实施例中的任何实施例均可以任何组合来使用。

在本文提供的说明中，阐述了数个特定的细节。然而，应该理解，可以在没有这些特定细节的情况下实施本发明的实施例。在其他实例下，公知的方法、结构和技术已未被具体示出，以便不混淆对本说明的理解。

在第一方面，本发明的实施例涉及用于控制无刷DC电机的电机驱动器100。该电机可以例如是BLDC电机，并且它可以例如被用于驱动风扇。该电机可以是单线圈BLDC电机。

电机驱动器可以包括功率级160，所述功率级160适于电连接到电机，并且电机驱动器100包括电连接到功率级160的输出驱动器150。输出驱动器150适用于控制功率级160的相位换向。

无刷DC电机可以是：

‐使用包括2个晶体管的功率级操作的2线圈型(见例如图13)，

‐使用全桥操作的1线圈型(见例如图14，其图示了用于驱动一个线圈170的全桥功率级160)，

‐使用三个半桥操作的3相型(见例如图15，其图示了使用三个半桥160驱动的3相电机170)。

电机驱动器100包括用于连接电源199的VDD引脚101和用于连接地的接地引脚102。通过使用电源在这些引脚上施加电压，可以为电机驱动器供电。在本发明的实施例中，脉宽调制模块110(PWM模块)可以被连接到这些引脚中的一个引脚，使得可以通过调制来自电源的功率以脉冲方式对电机驱动器供电。PWM模块连接到的引脚也被称为PWM引脚。PWM模块允许在PWM开启周期和PWM关闭周期之间切换。在PWM开启周期期间，电机驱动器和电机由电源供电，并且在PWM关闭周期期间，电机驱动器和电机不由电源供电。

电机驱动器包括位置模块140，该位置模块被配置用于监测电机中的转子的位置和/或用于监测转子的速度。

电机驱动器被配置为使得其至少一部分在PWM关闭周期期间保持活跃，其中该活跃部分包括位置模块的至少一部分。

此外，电机驱动器100包括功率模块130，该功率模块被配置用于在PWM关闭周期期间向电机驱动器的活跃部分供电。由此有利的是，在PWM关闭周期期间，电机驱动器的至少部分保持活跃。

功率模块130包括能量存储介质132和阻挡模块134，所述能量存储介质和阻挡模块被配置为使得在PWM开启周期期间能量存储介质132可以由电源充电，并且使得在PWM关闭周期期间阻挡模块134可以阻挡电流从能量存储介质132流回到电源199，并且阻挡电流从能量存储介质流向电机170。在本发明的实施例中，诸如例如图4所示，阻挡模块134可以分布在多个部件(每个实现阻挡模块的功能的部分)上。在图4所表示的实施例中，阻挡模块134的功能是例如分布在反极性二极管和输出驱动器的部分上。反极性二极管136可以用于阻挡电流从存储介质132流回到电源199。在PWM关闭周期期间，输出驱动器可以被配置为保持高侧FET 161、162处于关闭状态以避免来自存储介质132的电流流向电机170。可能地来自电机的回扫能量可以经由高侧FET的体二极管流动并且对存储介质充电。可能必须添加任选的钳位保护结构，以防止这种回扫事件的过高的电压。

在本发明的实施例中，电机驱动器100可以包括控制模块120，该控制模块120被配置用于在PWM关闭周期的至少部分期间禁用电机驱动器100的功能的至少部分，由此仅保留电机驱动器的部分活跃和/或降低电机驱动器的功率消耗和/或在替代电路(例如，不同的比较器，具有不同采样率的ADC，代替适用于在PWM关闭周期期间操作的ADC的比较器)之间进行选择。本发明的实施例的优点是通过在PWM关闭周期期间修改电机驱动器的操作可以减少功率消耗。

如下所述，位置模块也可以例如包括不同的模块。取决于PWM周期，可以为不同的模块供电。控制模块可以将关于PWM电源的状态的输入提供给输出驱动器，该输出驱动器被配置为关闭电机驱动器的构造块和/或可能地还接通或修改电机驱动器的构造块的操作，使得该操作更适用于在电源PWM的关闭周期期间的操作，例如使得减少整体电流消耗。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括用于驱动功率级160的FET 161、162、163、164的输出驱动器，并且控制模块120适用于在PWM关闭周期的至少部分期间触发输出驱动器150以关闭功率级160。控制模块可以是电路。

在本发明的实施例中，控制模块包括用于检测PWM关闭周期的检测电路。这可以通过将PWM引脚上的信号与阈值电平进行比较来完成。在本发明的实施例中，检测电路包括用于该比较的比较器。替代地，检测电路可以包括用于比较的ADC。阈值电平可以是可编程的阈值电平，或者它可以是固定的阈值电平。该信号可以是差分信号。一旦PWM引脚上的信号(例如电压)是低于阈值电平，就会检测到脉宽调制模块是处于PWM关闭周期。

在本发明的实施例中，部件的全部或部分可以集成在IC(也称为电机驱动器IC)中。这些部件可以例如是功率级、位置模块、功率模块(或其部分，例如阻挡模块的部分可以是内部的另一部分可以是外部的)、输出驱动器、功率调整模块。本发明不限于此，且不一定它们中的全部被集成在IC中。

图4示意性地示出了根据本发明的实施例的电机驱动器的示例性实施例。该示例示出了使用低侧PWM驱动的2线电机。该电机包括用于驱动通过电机170的线圈的相电流的功率级160。功率级包括FET 161、162、163、164。电机驱动器100包括适用于控制功率级160的相位换向的输出驱动器150。

图4还示出了包括传输晶体管112(在图4中表示为NFET)和PWM电源驱动器114的PWM模块110。传输晶体管112被连接在电机驱动器100的接地引脚102和远程控制器(风扇监测IC 190)的接地引脚198之间。因此，它被称为低侧晶体管(与将在电机驱动器100的VDD引脚101和电源199之间连接的高侧晶体管相比)。在PWM模块的操作期间，PWM电源模块114将数字信号应用到传输晶体管。在与P型的高侧传输晶体管相比N型传输晶体管是更便宜的解决方案的意义上，使PWM模块处于低侧是有利的。此外，由于对于线性调节将不需要耗散，所以使FET成本最小化。

图4还示出了控制模块120，该控制模块120被配置用于禁用该电机驱动器的至少部分功能。在本发明的该示例性实施例中，控制模块包括UV(欠压)检测电路，一旦用来自PWM电源模块114的信号关闭低侧FET 112(即，在PWM关闭周期中)，该检测电路就可以通知输出驱动器关闭或修改功率级160的至少部分的控制方法。为了通过禁用高侧晶体管161、162来实例化，避免了来自缓冲电容器的电流将流过电机。通过禁用低侧晶体管，可以使在PWM关闭周期期间的电机上的制动效应最小化。任选地，低侧晶体管的禁用可以与高侧晶体管的禁用一致，或者可以延迟定时，例如以允许电机中的电机电流逐渐减小以避免回扫(flyback)脉冲，这是流过电感的电流突然中断的结果。替代地，由于禁用低侧晶体管而产生的任何回扫脉冲电流也可以通过高侧晶体管的体二极管被缓冲或被钳位到缓冲电容器上。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括位置模块140，该位置模块适用于监测电机中转子的位置和/或用于监测转子的速度。使用该信息，电机驱动器可以在PWM开启周期期间重新启动电机。

如图5所图示，位置模块可以包括至少两个不同的模块。第一模块510在PWM开启周期中操作，并且可以比在PWM关闭周期中操作的第二模块520消耗更多的功率。第一模块510可以例如具有比第二模块520更高的精度，并且第二模块可以例如具有减少的功率消耗。

第一模块510可以例如包括霍尔传感器，而第二模块可以不需要霍尔传感器，但是例如仅仅是检测BEMF过零点的比较器。在本发明的实施例中，它可以是在PWM关闭周期期间不控制电流。在这些实施例中，电流可能不会从一个方向交替到另一个方向。在本发明的实施例中，当第一模块510在功能上被禁用或减少时，第二定位模块可以仅用于在PWM关闭周期期间维持在输出驱动器中的定时器模块的控制。这种第二模块的优点可以是它消耗更少的功率。第一模块和第二模块的替代实现可以例如是基于电机驱动器中的电压和电流。EP1171948B1中公开了一种典型的霍尔传感器的实现。在EP1943723B1中描述了BEMF过零点检测。它公开了通过监测BEMF实现检测BEMF过零点的驱动波形。由此可以确定转子的位置。US7315142B2公开了一种位置模块，该位置模块使用ADC或比较器用于供应转子位置信息。在两个模块之间的切换可以由因此使用控制输入530的控制模块来完成。控制模块可以被配置用于切换位置模块，使得它在PWM开启周期期间使用第一模块510并且使得它在PWM关闭周期期间使用第二模块520。

位置模块可以具有指示转子位置和/或速度的输出信号540。

如前提及，第一模块可以基于霍尔传感器。在这种情况下，霍尔传感器可以生成真实的模拟电压。该电压像正弦波一样摆动。该正弦波可以用ADC采样，并且可以生成指示转子位置的输出信号。在其他实施例中，霍尔传感器是一种以给定的磁强度开启并以给定的磁强度关闭的锁存器。

在本发明的实施例中，控制模块被配置用于检测(例如，使用欠压检测电路)电机驱动器是在PWM开启周期中还是在PWM关闭周期中被供电。在本发明的实施例中，一旦检测到PWM开启周期，控制模块120将触发输出驱动器150以启动电机。

由于位置模块140在PWM关闭阶段期间保持跟踪转子位置和/或速度，并且因为位置模块和输出驱动器适于将该信息从位置模块传递到输出驱动器，所以一旦PWM开启周期开始，输出驱动器就可以根据转子位置控制相位换向。由此，优点是可以减少PWM对转子的速度和电机的声学噪声的影响。

这与现有技术的PWM解决方案相反，其中在PWM开启时，输出驱动器被通电，并且没有关于电机速度的信息。它只可以检测正面对线圈的实际转子极，并确保线圈电流I_相位以正确的方向流动。在本发明的实施例中，输出驱动器可以适用于应用软切换。该控制是基于转子的位置和/或转子的速度。它可以例如基于电半周期(EHP)的时间。输出驱动器可以例如在最优的换向点之前减少所施加的电机PWM。这可以例如在最优的换向点之前，在EHP的1/16附近被完成。由此有利的是实现了在电流方向上的软转变(没有离散的步骤)。

然而，由于在现有技术的电机驱动器中在PWM关闭周期期间可能已经发生换向，所以当位置模块不是活动时，最近的换向点在PWM关闭周期期间可能已经下降。在这些现有技术的电机驱动器中，电机驱动器不能预测何时期望最优的换向点，并且因此不能在此点之前的1/16发起软交换。

因此，本发明的实施例的优点是，电机驱动器包括用于监测转子的位置或速度的位置模块，该位置模块保持活跃，并且也在PWM关闭周期期间保持跟踪转子位置。

图16示出了用于软切换的驱动信号的示例。在其最简单的形式中，输出电桥驱动器可以准确地在反EMF电压1620的过零处换向驱动信号1610(例如，电压波)形式，这被称为硬换向并且在图16A中被示出。在这种情况下，一个换向周期中的驱动信号的下降沿与之后的换向周期中的驱动信号的上升沿同时开始。

然而，由于线圈中的电流的响应的延迟，并且因为BEMF电压也不瞬时地改变其极性，所以这种简单的换向导致效率降低、反向电流和噪声增加。实际上，在一个换向周期中的下降沿的开始和下一个换向周期中的驱动信号1610(例如电压波)的上升沿的开始之间施加最小时间窗口。

在本发明的实施例中，下降沿和上升沿可以具有不同的形状。驱动信号的下降沿1612和之后的上升沿1614可以被实现为分别从DCout(所导致的施加电压是DCout x VDD，其中VDD是来自电源的电压)到0％和从0％到DCout的输出占空比的瞬时的突变(在之间具有所谓的平坦时段1613，其中DCout＝0％)。图16B图示了它的示例。

在本发明的实施例中，下降沿或上升沿的形状可以是倾斜的形状，可能与平坦时段相结合。通过以更渐变的方式实现驱动信号的转变，可以进一步改善声学噪声。图16C示出所谓的斜率-斜率切换，其使用2个相等的斜率形状116,118用于随后的驱动信号的上升斜率和下降斜率。这种斜率可以被调节为电半周期(EHP)的1/16。

对于较高的电流电平和较高的电机速度，下降沿和/或上升沿的形状可以包括附加的平坦部分1617，其进一步允许线圈电流的时间衰减，如图16D所示，实现了斜率-平坦-斜率(1616-1617-1618)的切换。

然而，这种附加的平坦可以在较低的速度和/或较低的电流电平下引起附加的噪音。因此，可以自适应地控制斜率以减少平坦时段，如图16E所示。

在本发明的实施例中，功率模块130包括存储介质132和阻挡模块134、634、834。在本发明的实施例中，阻挡模块可以包括外部二极管136和/或它可以包括在IC中与电机驱动器的其他模块集成在一起的二极管634，和/或它可以被实现为外部晶体管和/或它可以包括在IC中与电机驱动器的其他模块集成在一起的晶体管834，和/或它可以使用来自功率级的晶体管161、162、163和/或164，为了阻挡或限制电流从存储介质流向电机，或从电机流向电源。缓冲电容器也可以被实现为在IC内部和/或外部的电容器。

在本发明的实施例中，缓冲电容器132和阻挡二极管634被连接使得在PWM开启周期期间，缓冲电容器132从电源充电，并且使得在PWM关闭周期期间阻挡二极管634阻挡电流流回到电源。图4图示了它的示例，其中示出其阳极连接到电源(VDD)且其阴极连接到缓冲电容器132(在两者之间可能地具有保护电阻，其有利地用于限制过度浪涌电流)的二极管136，缓冲电容器132的另一侧连接到IC地102。二极管136的阴极还与电机驱动器的其余部分连接，使得电机驱动器100可以经由二极管136的阴极被电源(VDD)供电。在图4中图示的本发明的示例性实施例中，高侧FET 161和162被关闭以防止电流从缓冲电容器132流向电机线圈170。

在本发明的实施例中，阻挡模块也可以实现反极性保护。该阻挡模块可以被集成到电机驱动器IC中以减少成本。阻挡模块可以被实现为至少一个晶体管以限制在PWM开启周期中的充电期间的自加热。在PWM关闭周期期间，晶体管可以被关闭，以避免电流流回到电机去耦合电容器。

在本发明的实施例中，可以实施专用的(额外的)反极性二极管以针对反极性保护电机。这个额外的反极性二极管保护输出驱动器(它避免电流流过体二极管)。这在图6和图7中被图示。在图6和图7中，使用专用二极管635实现用于功率级的反极性的保护。在该示例中，没有实施控制模块120以在PWM关闭期间关闭FET。因此，PWM关闭占空比可能是未知的。所以电桥驱动器将保持活跃。在电机PWM的情况下，电机将受到某种制动影响。

因此在图6所图示的示例性实施例中，实施电流限制以按自动的方式控制占空比。

如果需要增加的集成，阻挡模块可以被集成在电机驱动器IC中。在图6中，示出了第一种可能的实施例。在该示例中，使用阻挡二极管634完成阻挡模块的集成。阻挡二极管被定位在输出驱动器150和功率模块130之间，其阴极取向为朝向输出驱动器。任选地，为了反极性的目的，电桥驱动器160也可以由专用二极管635来保护。反极性阻挡二极管635被定位在电桥驱动器160和功率模块130之间，其阴极取向为朝向电桥驱动器。在本发明的该示例性实施例中，缓冲电容器132在一侧与阻挡二极管634的阴极连接(在两者之间可能地具有保护电阻器)。电容器132在其另一侧与IC地102连接。

在另一个实施例中，在图7中所图示，阻挡二极管634可以被连接在反极性二极管635之后。除此之外，图7中所图示的实施例与图6中所图示的实施例相同。在图7中，反极性阻挡二极管635仍然被定位在电桥驱动器160和VDD引脚101之间，其阴极取向为朝向电桥驱动器，但是阻挡二极管被连接在反极性二极管635的阴极和输出驱动器150之间，其阴极取向为朝向输出驱动器150。以这种方式，来自电机的任何回扫能量可以被存储到缓冲电容器132上，从而提供附加的能量，并且使得模块免受由于任何可能的回扫能量导致的过压损坏。

在本发明的又另一个示例性实施例中(图8中图示)，阻挡模块可以被实现为阻挡晶体管834。在这种情况下，电机驱动器包括控制模块120。控制模块120适用于在PWM开启周期期间接通阻挡晶体管并在PWM关闭周期期间关闭晶体管。这具有改善效率的益处，并且在充电周期期间更多的能量也可以被储存到缓冲电容器上。因此，原因是，在阻挡晶体管上的电压降小于在PWM开启周期期间在图7中的阻挡二极管上的电压降。在本发明的这个示例性实施例中，控制模块120被配置为在PWM关闭周期期间关闭阻挡晶体管834。任选地，电桥驱动器的反极性二极管635也可以被实现为专用集成晶体管。在这种情况下，必须在PWM关闭周期期间关闭反极性FET。在本发明的实施例中，这可以由控制模块120来控制。任选地，阻挡FET 834可以与反极性保护FET 835组合。

在图6、7和8中，阻挡二极管634或阻挡FET 834防止该电流从缓冲电容器132流向电机。在本发明的这些示例性实施例中，可以增加在电机PWM控制的情况下可以供应电机的去耦合电容器(电机电容器C_电机633)。本发明的实施例的优点在于，该去耦合电容器可以充当缓冲器以向电机供应能量，并且将电机与将电机连接到远程电源VDD 199的线束的感应效应去耦合。在示例中，该去耦合电容器633被连接在VDD引脚101和接地引脚102之间。如图所图示，附加电阻器636可以与去耦合电容器633串联连接。二者然后都连接在VDD引脚101和接地引脚102之间。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括被配置用于获得电机的反EMF指示信号的功率调整模块145(图示在图4、6、7和8中)。如图所图示，这个反EMF指示信号被用作为输出驱动器150的输入。该信号可以是代表相较于在最大转速处的最大BEMF电压幅度的实际BEMF电压幅度的比率的任何信号(在示出时间的函数的BEMF电压的图17中所图示)。它可以是电机的最大BEMF电压，或实际的BEMF电压。该信号也可以是从电源PWM占空比(例如，电源PWM占空比，或PWM开启周期，或者PWM关闭周期，如果事先已知电源PWM频率的话)导出/重建的信号。如果PWM从10％变化到100％，50％或多或少对应于一半速度，并且因此与最大速度下的最大BEMF电压相比，与实际BEMF电压的一半的比率对应。这样的重建可以是直接的，或者针对特定的风扇进行优化，例如使用查找表或表征。下面将给出示例。

基于这个反EMF指示信号，输出驱动器可以调整正在驱动电机(例如，电机PWM)的脉冲功率的量。

在本发明的实施例中，电源PWM占空比可以使用例如UV检测模块来恢复。

在本发明的其他实施例中，线圈电流(I_相位)可以用作BEMF指示信号，因为I_相位＝(VDD–BEMF)/Z，其中Z是电机阻抗。

在其他实施例中，脉冲功率的功率量也可以在不受BEMF指示信号控制的情况下被控制。例如，可以使用电流限制来调整电机PWM占空比，优选地对于具有不超过电机PWM周期十倍的L/R的电机。例如，对于20kHz PWM，L/R可以是4us，或者甚至达到400us。在这种情况下，在低电机速度下的较低的BEMF电压将自动地意味着相电流更快的上升。因此，电流限制阈值将在较低速度下更快地达到，导致较低的占空比。优选地，应该选择这样的电流限制电平，使得它不限制最大速度操作。所以它应该高于在风扇最大转速时的最大标称(nominal)操作相电流。另一方面，可以理解的是，如果电流限制被设置得太高，则它将不会影响占空比。因此，优选实施例具有可配置的电流限制，以适应特定电机的需求和/或设计。

在低电源PWM占空比(调制电源的占空比)下，电机速度远低于其最大速度。因此BEMF将较低。如果电机驱动器以100％(100％的电源PWM占空比)被接通，则显著的峰值电流可以流动，导致电机驱动器和定子上的应力限制使用寿命并导致可听见的噪声。如果电机驱动器知道电机是在降低的速度下(例如，仅在20％的速度下)，则输出驱动器可以减小电机驱动器PWM占空比(例如，其可以应用50％的占空比或甚至更少)以避免或限制峰值电流。在最大PWM电源占空比下，风扇驱动器应该应用100％电机PWM，以便确保实现最大冷却能力。

在本发明的实施例中，电机驱动器PWM占空比随着电源PWM占空比的增加而增加。其优点是可以实现单调的速度增加。

在本发明的实施例中，调整正在驱动电机的脉冲功率的量可以通过对驱动器FET的线性控制来完成。在这种情况下，功率级160中的至少一个驱动晶体管的栅极电压被降低，以便增加相对应的驱动器FET的有效电阻。

在本发明的实施例中，调整正在驱动电机的脉冲功率的量可以通过输出驱动器150在功率级160中的驱动器FET上施加电机驱动器PWM占空比来完成。在电机上应用PWM电流-在对人耳最敏感的可听范围中-可以引起可听见的干扰，这优选被避免。为此目的，在现有技术的电机驱动器中，PWM频率典型地被选为15kHz以上或甚至20kHz以上。而电源PWM频率典型地被选为1kHz以下，或甚至200Hz以下。在本发明中，电机驱动器PWM与电源PWM组合。

电机驱动器PWM占空比，或驱动器FET的栅极电压的线性控制被称作为换向幅度。

基于BEMF指示信号的降低允许以下改进：

1.降低低速时的峰值电流，

2.增加最小所需的占空比。

而且，基于BEMF指示信号的这种降低允许在不影响最大速度的情况下应用这些改进，并且允许在从小于100％的电源PWM占空比移动到100％的电源PWM占空比时避免实质的非线性转变。

1.这种BEMF指示信号的第一个示例是相电流相比于参考电流电平的比率。

2.第二个示例是基于感测实际的BEMF电压。

3.第三个示例是基于测量电机的速度相比于最大速度的比率。

4.第四个示例是基于测量电源PWM DC。

在本发明的实施例中，BEMF电压指示信号可以是基于相电流相比于参考电流电平的比率。在这种情况下，电机驱动器被配置为感测相电流。然后将该感测值与参考电流电平进行比较。

在本发明的实施例中，可以例如使用内部存储器或者使用诸如电阻器或电容器之类的外部配置部件，或者通过调整分流电阻器的值来预设该至少一个参考电流电平，或者其可以被硬编码到电机驱动器电路中。

参考电流电平与实际电流电平的比较(称为电流限制)可以例如使用使用查找表的数字电路或使用具有模拟值的比较器来完成。比较的结果限定所得的电机PWM DC，或线性控制的FET的所得的栅极电压。

本发明实施例的优点是可以降低在低于最大速度的速度下的峰值电流。当没有应用电流限制功能时，在PWM开启周期期间的相电流I_相位与(VDD-BEMF)成正比。由于感应的BEMF电压与速度成正比，因而本领域技术人员理解当速度降低到最大速度以下时，相电流将增加。

例如，如果没有应用电流限制，

‐对于在PWM电源DC＝100％下能够以4000rpm运行，和/或汲取(draw)300mA的峰值电流的风扇，

‐可以在PWM电源DC＝50％下以3000rpm运行，和/或汲取400mA的峰值电流，

‐或者仍然可以在PWM电源DC＝20％下以1000rpm运行，和/或汲取1000mA的峰值电流。

在本发明的实施例中，预设的电流参考电平可以稍微高于最大速度下的相电流。在上面的示例中，它应该高于300mA，如果风扇应该能够达到其最大速度。例如，预设的400mA的电流电平将开始被应用用于低于50％的PWM电源DC。

与当将不施加电流限制时相比，本发明的实施例的优点是减小平均相电流，并且因此电机的速度将将被进一步减少。对于给定的电源PWM占空比，在电源PWM占空比低于100％时的这种速度降低允许达到较低的风扇速度。假设仅在电源PWM占空比为10％时能达到最低目标速度。然后，这种电流限制的应用可以允许以例如30％的电源PWM DC实现最低的目标速度。这具有诸个优点。例如，每次电源在开启和关闭之间切换时，电机在加速和减速之间切换。这些变化引起振动，该振动可导致疲劳，并导致声学噪声。此外，在小电源PWMDC的情况下的较长的减速以及在小电源PWM开启周期期间，风扇只有短的时间来补偿这种减速，导致速度的大的变化，这也导致声学噪声。由于增加的最小占空比，声学噪声可以被减少。

增加最小所需的电源PWM DC的另一个优点是相对于关闭周期开启周期增加，因此缓冲电容器的放电相比于缓冲电容器的充电时间按比例地不太重要。这可以允许减小功率模块中的缓冲电容器的尺寸。

基于比较器的电流限制的优点是获得自调节系统，确保随着PWM电源占空比的增加而增加功率，且平滑转变到100％。如果使用查找表，本发明的优选的实施例是当相电流电平接近预设的电流电平时增加电机PWM占空比，并且如果电机应该能够达到其最大速度，则电机PWM占空比为100％。

在本发明的实施例中，BEMF电压指示信号可以是基于实际BEMF电压的感测或者所测得的BEMF电压与在最大速度下的最大BEMF电压的比率。本发明的其他实施例可以是基于电机的速度相比于电机的最大速度的比率。在这些实施例中，电机PWM DC或线性控制电压将被定义为BEMF电压与在最大速度下的最大BEMF电压的比率，速度与最大速度的比率，或BEMF电压的绝对值，或者速度的值的函数。用于计算该比率的最大BEMF电压电平和/或最大速度水平可以使用外部部件，或者通过在存储器中的存储来预设，或者可以被硬编码在电机驱动器电路中。

在本发明的实施例中，BEMF电压指示信号可以是基于测量电源PWM DC。换向幅度的减低根据所测量的电源PWM DC来限定。

在本发明的实施例中，正在驱动电机的脉冲功率的量可以由输出驱动器通过调整相位换向和/或通过调整换向幅度来控制。

在本发明的实施例中，可以取决于由位置模块监测的转子位置和/或速度来完成对脉冲功率的量的控制。

在本发明的实施例中，控制模块120包括UV保护模块，该UV保护模块被配置为检测用PWM电源供应的电压低于存储在缓冲电容器132上的电压。可以由比较两者电压电平的简单比较器完成基本实现。在替代实施实现中，UV保护模块将外部电源电压与绝对参考电压进行比较。然后，该UV电压电平应该优选地尽可能地高，以便使缓冲电容器的尺寸最小化，以确保所需的能量可以被存储以克服最大PWM关闭持续时间。

例如，对于具有电源电压为12v+/-0.5V，且UV电平保证为+/-1V的应用，UV电平可设置为12-1.5＝10.5V。

在本发明的实施例中，可以使用开环系统来控制电机速度。在那种情况下，电机速度本身不被测量，但是对于给定的热条件，电机可以被提供有对应的电源PWM占空比。由于电机到电机的变化、电源容差、磨损和其他不确定因素，实际的电机速度可能会与标称值不同。

在其他情况下，特别是当可预测的声学噪声电平或恒定的速度是重要的时，具有对电机的实际RPM的控制是有利的。因此，在本发明的实施例中，电机驱动器可以包括转速计或频率生成器输出(FG)，并且向电机监测IC提供反馈，该电机监测IC可以调整电源PWM占空比，直到在FG输出上检测到目标速度。

在其他实施例中，电机驱动器本身可以具有实施的闭环速度控制。在这种情况下，所施加的电源PWM占空比被用作所请求的目标速度的指示，例如使用查找表。

在现有技术的电机驱动系统中，通过计数在固定的时间周期期间发生的转速计脉冲的数量来监测电机速度。如果可以在足够短的时间周期期间计数适当大的数量的脉冲，则这种方法效果很好。作为示例，每转产生两个脉冲的3000RPM电机当全速运行时将生成100Hz的转速计信号。如果需要每秒测量和更新一次电机速度，则当电机以半速旋转时，只能计数50个脉冲。这可以给出足够的分辨率来确定电机正在运行，但不足以用于精确的电机速度控制。

在现有技术的系统中，这可以通过提供电机控制器来解决，该电机控制器可以生成通常在几kHz范围内的参考时钟602，并且计数在固定数量的转速计周期601(通常为1、2或4)期间发生的时钟周期数，如图9所示。这允许在几毫秒中完成转速计计数，因此该方法与闭环电机速度控制兼容。此外，如果电机驱动器FG(频率生成器)已经在1次机械转上被平均，则只需要捕获1个转速计周期。

电机速度可以通过监测到电机的电源电流来监测。这可以使用传感器电阻来完成。该方法适合用于线性驱动和高侧PWM电源驱动。

然而，当电机由低侧脉宽调制的电源来驱动时会出现复杂情况。在当电机的电源关闭时的PWM波形的部分期间，电机驱动器不能产生转速计脉冲。

最先进的电机控制器IC具有允许只在PWM波形的“开启”部分期间监测电机的转速计信号的选项，但是存在“开启”周期太短从而无法允许适当的转速计测量的情况。

作为示例，考虑具有每转两个转速计脉冲的2400RPM电机。如果该电机由50％占空比、30Hz调制的电源来驱动，则它将以大约一半的速度(1200RPM)正在旋转。这将导致40Hz的转速计频率(如由2线圈电机的电机驱动器的FG输出所发出的每秒电转动)或25ms(25ms高、25ms低)的转速计周期。利用在50％的占空比下的30Hz PWM信号，电源在每个PWM周期期间将被施加到电机达16.7ms。因此，电机的内部电路将仅有可用的16.7ms以生成25ms的转速计信号，所以转速计信号将不可用。注意到快得多的电机将更好地工作。例如，9600RPM电机将生成具有6.25ms的周期的转速计信号，这将与50％占空比下的30Hz PWM信号兼容。

在本发明的实施例中，电机驱动器包括反馈单元。这样的反馈单元包括输入和输出103，其中反馈单元和位置模块140被配置为使得当反馈单元的输入由位置模块140控制时，输出指示电机的状态。电机的状态可以按诸个方式来指示。它可以例如由像FG(频率生成器输出)和/或RD(转动检测信号)的行业标准来指示。然而，本发明不限于此。

在本发明的实施例中，反馈单元包括开路漏极晶体管181，其中位置模块140被配置为控制开路漏极晶体管181的栅极。这种配置的示例在图6、图7和图8中示出。

FIG.图6、7和8示出了一种配置，其中电机驱动器由在高侧上的PWM(HS切换的PWM)供电。在这个示例中，开路漏极晶体管的漏极与上拉电阻器182连接至由风扇监测IC 190使用的远程参考电源电压。风扇监测IC连接至地198。在图6、7和8的示例中，该电压由电压生成模块195生成。在该示例中，开路漏极晶体管181的源极与接地引脚102连接。在该示例中，可以从其获得输出信号的反馈引脚103被连接到开路漏极晶体管181的漏极和上拉电阻器182之间的互连。

如果电机驱动器由在低侧上的PWM(LS切换的PWM)供电，则漏极连接到下拉电阻器，该下拉电阻器连接到风扇监测IC 190的地198，并且源极连接到电机驱动器上的电源节点，例如VDD引脚。

在这两种情况下，在操作期间，开路漏极晶体管在PWM开启周期和PWM关闭周期期间被供电。

在本发明的实施例中，反馈单元包括高侧电流源181和下拉电阻器183。其示例在图4中图示。高侧电流源181连接到下拉电阻器183，反馈引脚103连接到高侧电流源和下拉电阻器之间的互连，并且高侧电流源与电机驱动器的功率模块连接(使得它在PWM关闭周期期间也被供电)。远程控制器(例如，风扇监测IC 190)可以连接到反馈引脚103。远程控制器190的地198应该与下拉电阻器183连接到的地相同。电流源可以由来自保持跟踪转子的位置和/或速度的位置模块的信号来控制，使得在操作中电流源生成指示电机的频率的电流。例如，具有47k欧姆电阻的100uA电流源将产生4.7V信号。图4中示出了这种配置的示例。在本发明的该示例性实施例中，风扇监测IC 190也包括PWM电源模块114。。因此，FG反馈可以用于控制PWM电源模块。

通过电流源的电流将导致在反馈引脚上的电压。该电压可以是频率生成器或转速计信号(F.G.信号)，或者它可以是转动检测或锁定警报信号(R.D.信号)。如果电机正常，则转动检测信号为高，并且在电机故障或没有转动的情况下，转动检测信号为低(下拉)。

反馈引脚上的信号可以被监测IC接收并反转。电流(例如0.1mA或1mA)现在将从VDD获取。

图10示出了其中图示软启动的图。x轴是时间轴，y轴是作为全功率的百分比的所施加的功率(DCout)。为了限制电机启动时的浪涌电流，实施软启动功能。这种浪涌电流将是过高的DCout的结果，而BEMF仍然较低。图10中示出了软启动的可能实现。在该示例中，DCout以固定的速率(例如100％/s)从50％增加到100％。一旦位置模块已经检测到三个电半周期，DCout就可以调整到目标DCout。目标DCout可以例如是可配置的。图10示出了时间的函数中的FG信号和RD信号以及检测到的极性改变。如从图中可以看出，在该示例中，FG信号从表示极性改变的曲线的第三个边缘开始翻转，并且RD信号也从该第三个边缘走低。

图11示出图示在锁定转子检测情况下的FG信号和RD信号的图。在这种情况下，RD和FG保持高。注意到，在运行期间的锁定转子检测的情况下，RD和FG在运行期间将走高。如从图中可以看出，所施加的功率逐渐增加到100％的DCout。最终因为锁定转子检测，它被切换到0％。

图12示出在操作电机期间的电机信号的迹线。在顶部图中，FG信号1240被示出为在操作期间，且在底部图中RD信号1240被示出为在启动时。两幅图都示出了时间的函数中的在线圈端子上的驱动信号1210和1220以及相电流1230。如在顶部图中可以看出，FG信号与驱动信号同步翻转。

如从底部图中可以看出，RD信号在第三次磁转变后重置到解锁状态。

在第二方面，本发明的实施例涉及用于驱动用脉宽调制(PWM)电源供电并由电机驱动器控制的无刷DC电机的方法。该方法包括在PWM开启周期期间对功率模块的能量存储介质充电的步骤。该方法此外包括在PWM关闭周期期间使用能量存储介质向电机驱动器的至少部分供电，使得在PWM开启周期期间和在PWM关闭周期期间监测电机中的转子的位置的步骤。

有利的是，在PWM关闭周期期间也监测转子的位置和/或速度，因为这允许在PWM开启周期期间的电机的平滑重启。由于在PWM关闭周期期间以及同样直接在PWM关闭周期之后位置是已知的，该信息可以被用于驱动功率级以获得电机的更连续的转动。

Claims

1.一种用于控制具有含至少一个绕组的定子和含永磁体的转子的无刷DC电机的电机驱动器，所述电机驱动器包括：

-电连接到功率级的输出驱动器，所述功率级被配置为电连接到所述电机，其中所述输出驱动器被适用于控制所述功率级的相位换向；

-能量存储介质；

-用于连接电源的VDD引脚和用于连接地的接地引脚，其中PWM引脚是所述VDD引脚或所述接地引脚，其特征在于：

-脉宽调制模块，所述脉宽调制模块控制连接至所述PWM引脚的传输晶体管，使得通过调制来自所述电源的功率以脉冲的方式对所述电机驱动器供电，使得在PWM开启周期期间，所述电机驱动器和所述电机由所述电源供电并且使得在PWM关闭周期期间，所述电机驱动器和所述电机不由所述电源供电；

-位置模块，所述位置模块被配置用于监测所述电机中的转子的位置和/或用于监测所述转子的速度；

-其中所述电机驱动器被配置使得所述电机驱动器的至少一部分在所述PWM关闭周期期间保持活跃，其中该活跃部分包括所述位置模块的至少部分，-功率模块，所述功率模块被配置用于在所述PWM关闭周期期间向所述电机驱动器的所述活跃部分供电，所述功率模块包括所述能量存储介质和阻挡模块，所述能量存储介质和所述阻挡模块被配置为使得在所述PWM开启周期期间所述能量存储介质能够由所述电源充电，并且使得在所述PWM关闭周期期间所述阻挡模块能够阻挡电流从所述能量存储介质流回到所述电源，并且阻挡电流从所述能量存储介质流向所述电机。

2.根据权利要求1所述的电机驱动器，其中所述电机驱动器包括实施所述电机驱动器的特定功能的多个部件和控制模块，所述控制模块被配置用于激活和/或去激活所述部件中的至少一些部件，和/或当所述电机的供电在所述PWM开启周期和所述PWM关闭周期之间改变时改变所述部件中的至少一些部件的所述功能。

3.根据权利要求1所述的电机驱动器，所述电机驱动器包括配置用于获得所述电机的反EMF指示信号的功率调整模块，并且其中所述输出驱动器适用于基于所述反EMF指示信号通过降低所述电机驱动器的PWM占空比和/或通过降低在所述功率级中的至少一个驱动晶体管的栅极电压来减少正在驱动所述电机的脉冲功率的量和/或减少在所述电机中的峰值电流。

4.根据权利要求1所述的电机驱动器，其中所述输出驱动器适用于基于由所述位置模块监测的所述转子的位置和/或速度来施加软切换。

5.根据权利要求1所述的电机驱动器，其中所述能量存储介质是缓冲电容器。

6.根据权利要求2所述的电机驱动器，其中所述控制模块包括检测电路，所述检测电路被配置用于通过将所述PWM引脚上的信号与阈值电平进行比较来检测所述PWM关闭周期。

7.根据权利要求1所述的电机驱动器，所述电机驱动器包括反馈单元，所述反馈单元包括输入和输出，其中所述反馈单元和所述位置模块被配置为使得当所述反馈单元的所述输入由所述位置模块控制时，所述输出指示所述电机的状态。

8.根据权利要求7所述的电机驱动器，其中所述反馈单元包括开路漏极晶体管，其中所述位置模块被配置为控制所述开路漏极晶体管的栅极以生成指示所述电机的状态的输出。

9.根据权利要求7所述的电机驱动器，其中所述反馈单元包括下拉电阻器，其中所述下拉电阻器的一个端子连接到所述输出，并且其中所述下拉电阻器的相对端子适于连接到地，并且其中所述反馈单元包括连接在所述输出和所述功率模块之间的电流源或包括专用电源，所述专用电源从所述功率模块获取所述专用电源的能量，其中所述电流源由所述位置模块控制，使得在操作中所述输出指示所述电机的状态。

10.一种用于驱动无刷DC电机的方法，所述电机是用脉宽调制PWM电源供电并由电机驱动器控制的，所述方法包括：

-在PWM开启周期期间，对功率模块的能量存储介质充电,在所述PWM关闭周期期间,阻挡电流从所述能量存储介质流回到所述电源，并且阻挡电流从所述能量存储介质流向所述电机；

-在PWM关闭周期期间，使用所述能量存储介质对所述电机驱动器的至少部分供电，使得在所述PWM开启周期期间和在所述PWM关闭周期期间所述电机中的转子的位置被监测。

11.根据权利要求10所述的方法，所述方法包括：

-激活和/或去激活正在实施所述电机驱动器的特定功能的部件，和/或当所述电机的供电在所述PWM开启周期与所述PWM关闭周期之间改变时改变所述电机驱动器的所述部件的所述功能。

12.根据权利要求10所述的方法，所述方法包括：

-获得所述电机的BEMF指示信号；

-通过降低所述电机驱动器的PWM占空比和/或通过降低在所述电机的功率级中的至少一个驱动晶体管的栅极电压，基于所述BEMF指示信号来控制来自所述电源的多少功率正在驱动所述电机。

13.根据权利要求10至12中任一项所述的方法，所述方法包括：

-使用反馈单元生成指示所述电机的状态的输出信号，其中所述反馈单元包括输入和输出，其中所述反馈单元和位置模块被配置为使得当所述反馈单元的所述输入由所述位置模块控制时，所述输出指示所述电机的状态；

-在所述PWM关闭周期期间，对所述反馈单元供电。