CN109347372A

CN109347372A - 基于电流感测的换向控制

Info

Publication number: CN109347372A
Application number: CN201810718010.7A
Authority: CN
Inventors: D·勒曼; 左星
Original assignee: Michael Bulgaria Co Ltd
Current assignee: Michael Bulgaria Co Ltd
Priority date: 2017-07-04
Filing date: 2018-07-03
Publication date: 2019-02-15
Anticipated expiration: 2038-07-03
Also published as: EP3425790A1; US20190013757A1; CN109347372B; US10536103B2; EP3425790B1

Abstract

一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，该方法包括至少第一EHP序列，该序列包括：在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)电机以加速该电机，使得在随后的生成器模式时段期间，相位电流进入生成器模式；在生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)该电机，生成器模式信号允许相位电流处于生成器模式；在生成器模式时段期间监测(140)该相位电流，由此获得相位电流信息；以及基于所获得的相位电流信息来确定(110)下一个EHP序列的参数。

Description

基于电流感测的换向控制

发明领域

本发明涉及用于控制单线圈无刷DC电机的方法和系统。更具体而言，它涉及无刷DC电机的无传感器控制。

背景技术

无刷DC电机典型地包括磁转子和一个或多个定子线圈。为了通过向一个或多个定子线圈应用适合的驱动电流波形来驱动转子，知晓相对于定子线圈的转子位置是重要的。根据该位置，驱动器生成在特定方向上通过特定线圈的电流以生成扭矩，从而使转子在期望的方向上转动。当转子已经转动超过某个位置(换向点)时，电流方向需要被反转(换向)，使得它再次处于适当的方向以在期望的方向上生成扭矩。

用于控制无刷DC电机的换向的方法和系统可以基于霍尔传感器。这些(多个)霍尔传感器检测转子相对于定子线圈的位置，并且基于此控制通过(多个)电机线圈的电流。

US2016118916公开了一种电机驱动装置，包括用于获得转子的位置的霍尔传感器以及用于当检测到流入电机线圈的线圈电流的方向反转时声明(assert)零电流检测信号的电流监测电路。使用这种配置，可以基于零电流的时序来检测相位超前量和滞后量，并且基于检测到的相位超前量和滞后量来确定适当的校正量。基于校正量，H桥电路的过渡序列在时间上向前或向后移位。

为了避免对霍尔传感器的需求，开发了无传感器换向方法。这种无传感器方法可以例如监测用于估算转子的位置的BEMF(反电动势)电压。无传感器方法使电机结构更不复杂，因为霍尔传感器的位置对于基于霍尔的换向的操作是关键的。在诸如用于CPU冷却、冰箱通风、功率转换器冷却等的低成本大容量风扇系统中，而且在用于置换液体的低成本泵中，基于霍尔感测的单线圈风扇被应用。在这种低成本系统中可以避免霍尔传感器的情况下，显然的是，单线圈电机控制器可能不再必须被靠近转子应用，或者甚至不再在电机组件(例如风扇或泵)内部应用。在当前的低成本系统中，远程控制器典型地使用PWM输入信号和FG/RD输出引脚作为通信接口来控制集成到远程风扇中的风扇驱动器。在无传感器控制的情况下，通过将风扇驱动器定位成靠近控制器，或者甚至集成到远程控制器中，可以实现显著的系统简化。

另一个问题是只有在线圈中没有电流流动时才能正确地测量BEMF电压。为此目的，必须在驱动波形轮廓中创建在线圈中无电流的窗口。在单线圈电机控制的情况下，相位电流的这种中断可能在由电机生成的扭矩中引入扭矩波动，从而引起可听到的或EMC噪声。

在三相BLDC电机中，被称为梯形控制的公知的第一换向策略是监测未被驱动的第三线圈中的BEMF电压过零点(BEMF_ZC)，同时通过驱动第一线圈和第二线圈来递送扭矩。

在被称为正弦波策略的更高级的三相BLDC控制策略中，当所有三个线圈都被驱动时定义换向。存在方法，其中在每60度或60度的倍数的预定义的时刻，定义转子位置。

在被称为场定向控制(FOC)的甚至更高级的方法中，电流被持续地监测。

随着方法变得更复杂，所需的计算急剧地增加。对于FOC控制，8位、16位甚至32位CPU被应用。此外，这些方法的性能强烈地取决于电机磁性设计。在所有情况下，恒定扭矩的递送需要受控电流量的持续流动。在典型的情况下，电机磁性设计不是最佳的。电流量的控制必须补偿这种电机缺陷，从而导致进一步的驱动复杂度。

在所有正弦波方法中，必要部分是以最小的扭矩波动将扭矩矢量从一个线圈平滑地传递到下一个线圈。在单线圈BLDC控制中，这种平滑的传递是不可能的，因为扭矩在转子北极转运到南极的点处必须经过零点。

在单线圈电机中，因为没有未被驱动的线圈，梯形法不能被应用，并且因为单线圈风扇扭矩每180电角度(electrical degree)的强非线性性质，FOC方法也不是显而易见的。

此外，被传感的梯形三相解决方案使用三个霍尔传感器，它们间隔开60度或120度。这允许确保风扇的启动发生在想要的方向上。类似于单线圈风扇，应用单个霍尔元件或霍尔传感器。由于在多个霍尔传感器之间不需要间隔，这种霍尔传感器可以容易地集成到电机控制器中。这种单线圈电机的启动方向典型地通过电机的磁性设计来确保，其中磁阻零点通过调整定子靴(shoe)设计而稍微偏移。被称为软切换的单线圈电机的智能换向方法需要风扇旋转的速度信息，以便平滑地控制电流的过渡。在启动时，没有速度信息是可用的。因此，在启动单线圈BLDC电动机时，可以将用于驱动单线圈无刷DC电机的驱动方法细分为3个步骤，如图1所图示。首先检测转子的位置，然后加速转子，并且最后电机驱动器进入稳态操作模式。稳态操作通常具有最高的性能要求，例如最低噪声、最高速度、最高效率。当位置检测和加速期间时，性能的某些损失可以是可接受的，以交换增强的稳健性。在稳态操作期间，可以交换一些稳健性以实现最大性能。

图1的左边的流程图示出了在基于霍尔传感器的现有技术的电机驱动器情况下的可能的驱动方法。转子位置由霍尔传感器检测，并且然后转子根据启动程序被加速。启动程序可以被保留，例如一旦霍尔传感器已经切换至少一次。在一些高级的风扇驱动器中，可以存在多个启动程序或加速程序，每个程序都有它们的退出标准。在一个时间点进入稳态操作模式，其中霍尔传感器信号被用于以对于稳态性能优化的方式(诸如例如低噪声运行、高效率等)定义用于控制换向的时序。一些高级的现有技术的基于霍尔传感器的单线圈电机驱动器应用预测控制，其中换向程序在BEMF_ZC之前一段时间被发起。这允许优化用于声学噪声、稳健性、最大扭矩或任何组合的激励波形。同样对于无传感器的电机驱动器，可以区分该三个步骤，其中霍尔传感器输入由替代方法代替，如图1的右边流程图所图示。

一些现有技术的单线圈电机驱动器通过应用具有输出占空比DCout＝100％的脉宽调制驱动信号来启动，直到霍尔传感器已经切换至少一次。如果霍尔传感器在时间T_开内没有切换，则风扇驱动器进入LRP(锁定转子保护)。在时间T_关后，风扇驱动器重新试图开始。典型地，比率T_开/T_关在1/5和1/10之间。

这种启动方法的缺点是可能引起过量的浪涌电流，特别是对于低欧姆线圈电阻应用。当风扇启动时，这种过量的峰值电流也可能导致可听见的噪声。

因此，在更高级的现有技术的电机驱动器中，应用不同的激励波形，其被称为软开始波形。

图2示出了用于基于霍尔传感器的电机驱动器的启动激励波形的典型示例，其中占空比输出DCout从50％逐渐地增加。如果电机驱动器霍尔传感器切换三次，则电机驱动器将通过PWM输入将其输出占空比DCout从其实际值调整为所要求值。在左图中给出了两个示例，其中PWM输入是80％或10％。

在右图中，示出了锁定转子位置(LRP)的情况。DCout增加直到100％，并且然后维持平坦直到T_开。对于技术专家明显的是，可以实现这种激励波形的许多变体。

在初始加速期间，或者在突然的负载变化的情况下，依赖于先前的时序信息的预测算法也是脆弱的。因此，它们应该通过稳健驱动方法来补充，这些方法允许朝向更高性能的预测驱动方法会聚并且无缝地融入更高性能的预测驱动方法。

因此，存在用于以无传感器的方式控制单线圈无刷DC电机的需求，该无传感器的方式更稳健作为在电机的非稳态操作期间对高性能无传感器方法的补充。

发明内容

本发明的实施例的目的是提供特别适合用于但不限于电机的非稳态操作的用于控制单线圈无刷DC电机的稳健的系统和方法。可以理解的是，本专利中描述的稳健方法也可以在稳态操作期间被使用，与其他更具性能方法相比以某些性能为代价。

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，本发明的实施例涉及一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，该方法至少包括第一EHP序列，该序列包括：

-在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动所述电机，以加速所述电机，使得在随后的生成器(generator)模式时段期间相位电流进入生成器模式，

-在所述生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式中，

-在所述生成器模式时段期间监测所述相位电流由此获得相位电流信息，

-以及基于所获得的相位电流信息确定下一个EHP序列的参数。

在本发明的实施例中，所获得的相位电流信息的部分是时序信息，所述时序信息包括所述相位电流的第一过零点时刻和/或所述相位电流的第二过零点时刻和/或在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的时间导数的过零点时刻。

在稳态操作中，下一个EHP序列的参数(诸如下一个EHP序列的驱动信号的形状和时序)基于来自先前EHP的时序信息被确定。由此有利的是，所获得的时序信息指示转子位置和转子动力学并且因此可以用于确定良好的进一步的驱动信号。因为不存在先前的换向所以在启动期间不能从先前的时序信息导出该驱动信号，或者因为EHP变化率不稳定或未知所以在电机的干扰运行期间不能从先前的时序信息得到该驱动信号。本发明的实施例的优点是，通过当电机处于生成器模式(即相位电流为负)时分析相位电流的时序信息，可以在没有或具有限制的预测时间信息的情况下找到进一步的驱动信号的适合的形状以近似BEMF_ZC位置。该生成器模式通过降低驱动信号(足够快地应用下降沿的形状)来实现，使得一方面电机仍然接收充足的能量以保持旋转速度或加速，而另一方面使得驱动强度为足够低，并且优选地已将下降到DC＝0％(即，续流(freewheeling))，诸如以在达到BEMF_ZC之前允许BEMF将电流方向反转为生成器模式。在这种条件下，每次换向将反映至少3个电流过零点。前两个电流ZC由于生成器模式而被感应，第三个则可以是实际的电机换向。在这两个过零点之间，存在电流中的峰值或相位电流的时间导数的ZC。在生成器模式期间所获得的这三个时序信息可以被用来定义进一步的驱动信号的形状。

本发明的实施例的优点是，当启动单线圈无刷DC电机时，生成器模式中的电流的形状指示BEMF电压的过零点。BEMF电压过零点时刻可被用于估算转子位置，并且因此在启动单线圈无刷DC电机时，可以使用生成器模式中的电流的形状，以确定下一个EHP序列的参数(例如，进一步的驱动信号的开始时刻)。

例如，对于US2016118916这是不同的，其中对于每个换向只有一个电流过零点，并且其近似地处于换向点。参见例如图8A，其示出了电流相位超前的情况，以及电流相位滞后的图8B。因为在US2016118916中，电机不被驱动以使得其进入生成器模式，所以在生成器模式时段期间也不监测相位电流以获得相位电流信息。由于没有获得该相位电流信息，所以它也不被用于确定下一个EHP序列的参数。

另一方面，根据US2016118916的电机驱动装置，包括用于获得转子的位置的霍尔传感器以及用于当检测到流入电机线圈的线圈电流的方向反转时声明零电流检测信号的电流监测电路。

在US2016118916中的任何地方没有指示在生成器模式时段期间获得相位电流信息并且使用该信息用于确定下一个EHP序列的参数。

在本发明的实施例中，确定步骤包括基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的驱动信号的上升沿和/或下降沿。

在本发明的实施例中，进一步的驱动信号的上升沿被确定紧接在相位电流的第二过零点时刻之后，或者紧接在相位电流的第一过零点时刻之后或紧接在相位电流的时间导数的过零点时刻之后或者在相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间或者在这些过零点时刻中的两个过零点时刻的任意组合之间。

在本发明的实施例中，确定驱动信号的下降沿的开始时刻，使得相较于对于先前EHP序列，对于下一个EHP序列的相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻彼此更接近。

在本发明的实施例中，监测步骤包括获得在相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的时间导数的过零点时刻的在生成器模式时段期间的相位电流的生成器模式峰值电流值，以及确定步骤包括基于所获得的时序信息以及所获得的生成器模式峰值电流值来确定下一个EHP的参数。

如果BEMF电压较大，与当由于临近的BEMF_ZC而BEMF信号已经正在变弱时相比，生成器模式中的感应相位电流将更大。因此，峰值电流值可以被用作输入来定义BEMF_ZC在第一ZC点附近有多远。由于峰值电流值将取决于BEMF强度，所以它也取决于电机的速度。因此，在本发明的优选实施例中，速度信息被用于解读相位电流的峰值。本发明实施例的优点是，生成器模式峰值电流的绝对值越小，BEMF_ZC位置越接近相位电流的第一过零点时刻。生成器模式峰值电流的绝对值越小，第一过零点时刻、第二过零点时刻和相位电流的时间导数将越接近在一起。相位电流的绝对值越大，BEMF电压过零点将位于朝向相位电流的第二过零点时刻更多。

在本发明的实施例中，监测步骤包括当在扭矩生成时段期间驱动电机时捕获电流信息，其中捕获指示所述相位电流的驱动电流值。随后基于生成器模式峰值电流值和驱动电流值的比率来确定使用进一步的驱动信号来驱动电机的开始时刻，使得当比率的绝对值较小时开始时刻更接近相位电流的第一过零点时刻。

在本发明的实施例中，在扭矩生成时段期间的相位电流指示被驱动电机的速度。因此有利的是，生成器模式峰值电流幅度可以以与驱动电流值相比较的比率来评估，以使峰值电流的解读更少取决于用于确定进一步的EHP序列的驱动信号的电机参数，以及被应用的速度和被应用的占空比DCout。

在本发明的实施例中，该方法包括迭代，其中在扭矩生成时段期间驱动电机的步骤、在生成器模式时段期间驱动电机的步骤、监测相位电流的步骤，和确定下一个EHP序列的参数的步骤被重复，下一个EHP序列包括进一步的驱动信号，其中迭代的进一步的驱动信号与所述下一个迭代的驱动信号相对应。

可以确定进一步的驱动信号的上升沿和下降沿。迭代的进一步的驱动信号的上升沿的开始时刻例如可以紧接在该迭代的相位电流的第二过零点时刻之后。一次迭代的进一步的驱动信号与随后迭代的驱动信号相同。

本发明的实施例的优点在于，通过重复使用驱动信号来驱动电机，监测相位电流并捕获相位电流的第一过零点时刻和/或第二过零点时刻和/或在生成器模式时段期间的相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的导数的过零点的步骤，可以增加电机的旋转速度。在本发明的实施例中，可以重复驱动、监测和捕获步骤以实现预定的旋转速度。

在本发明的实施例中，重复驱动步骤、监测步骤和确定步骤，直到在相位电流的第一过零点和相位电流的第二过零点之间的时间小于预定义的生成器时段，和/或一旦生成器模式峰值电流的绝对值为正或小于预定义的电流阈值。

在本发明的实施例中，基于预定义的信号参数来确定至少一个EHP序列的参数。

本发明的实施例的优点是，例如当使用驱动信号第一次驱动电机时，可以基于预定义的信号参数来确定该驱动信号。这些预定义的信号参数例如可以针对特定的电机和/或针对特定的负载条件来选择。驱动信号可以例如具有预定义的功率电平，和/或预定义的驱动时段，和/或预定义的形状。驱动信号的下降沿的时序可以被预设。预定义的信号参数可以被存储在查找表中。

还可以基于预定义的信号参数来确定至少一个进一步的驱动信号。然而，也可以基于先前的驱动信号并且基于相位电流的先前过零点时刻和相位电流的时间导数的先前过零点时刻来确定。在本发明的实施例中，预定义的信号参数是可配置的。本发明的实施例的优点是，驱动信号可以取决于电机的操作条件来被修改。这例如可以通过电阻器或电容器来实现，和/或其可以通过用于配置到用于驱动电机的电机驱动器芯片的输入的分立部件来实现，和/或其可以通过PWM输入来实现，和/或其可以通过EEPROM输入来实现，和/或其可以基于温度来控制。

在本发明的实施例中，电机从静止状态被驱动，并且重复使用驱动信号来驱动电机和监测相位电流直到电机开始旋转，并且驱动信号被改变使得驱动信号的功率在迭代中被增加。

这可以通过逐渐地增加驱动信号的驱动时段和/或功率电平和/或通过在迭代之间改变驱动信号的形状来实现。本发明实施例的优点是，供应给电机的功率可以逐渐地增加直到电机开始旋转。例如，这允许避免峰值电流并降低启动期间的噪声。

在本发明的实施例中，在每次迭代之后，电机用修改后的第一驱动信号形状来驱动，使得在随后的驱动信号之间存在重试(retrial)时段，其中重试时段是可调整的。

本发明的实施例的优点是，第一驱动信号的形状被修改，例如逐渐地被增加到变得更激进，并且最终甚至从开始时应用完整的100％占空比，或者增加在其上第一驱动信号的形状被应用的时间，例如应用超过0.2秒的驱动形状，并逐渐地增加至1秒或更多。本发明的实施例的优点是可以应用修改驱动信号的形状和时序的组合。

本发明实施例的优点是在迭代之间存在重试时段，并且它的重试时段是可调整的。例如可以基于电机驱动器芯片的芯片结温度来控制重试时段。例如，在冷结温度(例如，-40C)下，重试时段可以被减少到例如0.1秒，而对于热结温度(例如，+125C)，重试时段可以被增加到驱动时段的倍数(例如驱动时段的10倍)或固定的最大值。

在本发明的实施例中，基于先前的驱动信号的信号参数和/或基于在其之间所述相位电流处于生成器模式的先前地被捕获的过零点时刻和/或在生成器模式中的所述相位电流的所述时间导数的先前地被捕获的过零点时刻来确定下一个EHP序列的参数。

例如可以基于先前的驱动信号的驱动时段和/或基于先前的EHP序列(其包括跟随有生成器模式时段(例如，续流时段)的驱动信号)的持续时间来确定进一步的驱动信号的驱动时段。例如可以基于先前的驱动信号的功率电平来确定进一步的驱动信号的功率电平。

可以确定驱动信号的信号参数，使得在驱动信号的迭代中，电机由驱动信号的增加的功率来驱动。由此，有利的是，可以实现电机的增加的速度。

本发明实施例的优点是，可以使用驱动时段和/或先前的EHP序列的序列持续时间来确定用于下一个EHP序列的驱动信号的驱动时段。序列持续时间给出了转子速度的指示，并且因此可以被用于确定进一步的驱动信号的驱动时段。先前的驱动信号的驱动时段和功率电平与序列持续时间一起给出了驱动信号对电机速度的影响的指示，并且因此可以被用于定义进一步的驱动信号。

本发明的实施例的优点是，可以在第一次迭代期间估算风扇的负载和/或机械惯性，并且可以调整随后的驱动信号以匹配负载和/或机械惯性，以便改善控制，并且可能更快地会聚以移出生成器模式。

在本发明的实施例中，该方法包括触发离开该控制方法并启动无刷DC电机的另一种操作方法。

本发明的实施例的一个优点是，提供稳健的方法来捕获初始化较不稳健的控制方法所需要的时序信息，所述较不稳健的控制方法更适用于通过避免生成器模式的需要以较高的性能来驱动电机，诸如较低的噪声和较高的效率。

在本发明的实施例中，可以基于指示电机的旋转速度的旋转信号来获得触发时刻。

指示电机旋转速度的旋转信号例如可以是EHP序列的序列持续时间。触发时刻可以是序列持续时间下降到预定义的(可配置的)持续时间阈值以下的时刻。可以选择持续时间阈值，使得当序列持续时间下降到该阈值以下时，相位电流的过零点时刻不再指示BEMF电压ZC。

在本发明的实施例中，可以将一个EHP序列的序列持续时间t_2x与先前的EHP序列t_2x-1的序列持续时间之间的差值与阈值进行比较。在这种情况下，触发时刻是差值变得小于阈值的时刻。

指示电机的旋转速度的旋转信号替代地可以是第一EHP序列的持续时间。如果该持续时间比阈值短，则可以触发稳态操作。由此，第一EHP序列与跟随生成器模式时段(例如，续流时段)的驱动信号被应用到电机的第一次的序列对应。

在本发明的实施例中，当相位电流的两个过零点时刻之间的时间与完全EHP相比的比率低于阈值时，可以获得触发时刻。

在本发明的实施例中，触发另一种操作方法包括传递至少一个驱动信号的信号参数和/或传递先前地被捕获的过零点时刻给另一种操作方法。

本发明的实施例的优点是，可以实现到另一种操作方法的平滑过渡。

在第二方面，本发明的实施例涉及用于启动单线圈无刷DC电机的设备。该设备包括：

-驱动器，被配置用于在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动所述单线圈无刷DC电机以加速所述电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，并且用于在生成器模式时段期间使用生成器模式信号来驱动所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式，

-电流传感器，被配置用于在所述生成器模式时段期间监测所述相位电流，由此获得相位电流信息，

-其中所述设备被配置用于基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的参数。

本发明的特别和优选方面在所附独立和从属权利要求中阐述。从属权利要求中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，而不仅仅是如在权利要求中明确阐述的。

本发明的这些以及其他方面从下文所描述的(多个)实施例中将变得显而易见并且将参考这些实施例来进行阐明。

附图说明

图1示出了无刷DC电机的可能的现有技术的启动方案。

图2示出了可能的现有技术的时间的函数的驱动信号。

图3示出了当使用根据本发明的实施例的方法从静止状态启动单线圈无刷DC电机时的时序。

图4示出了根据本发明的实施例的当驱动电机时的电机信号的范围绘图。

图5图示了包括根据本发明的实施例的方法的步骤的流程图。

图6图示了根据本发明的实施例的与图5类似的流程图，具有触发另一个操作方法的开始的附加步骤，并且具有用于以驱动信号的序列驱动电机的循环。

图7和图8示出了使用根据本发明的实施例的控制方法驱动的单线圈无刷DC电机的输出占空比、基于霍尔传感器的换向信号FG和时间的函数的相位电流。

图9示出了根据本发明的实施例的设备200的示意图。

权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制范围。

在不同的附图中，相同的附图标记指示相同或相似的元素。

具体实施方式

将针对具体实施例且参考特定附图来描述本发明，但是本发明不限于此而仅由权利要求书来限定。所描述的附图只是示意性的且非限制性的。在附图中，出于图示性目的，可将元素中的一些元素的尺寸放大且不按比例绘制。尺寸和相对尺寸不对应于本发明实践的实际缩减。

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，如此使用的这些术语在合适情况下是可互换的，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他顺序来操作。

此外，说明书和权利要求中的术语顶、下方等等用于描述性的目的，并且不一定用于描述相对位置。应该理解，如此使用的这些术语在合适情况下可以互换，并且本文描述的本发明的实施例能够以除了本文描述或说明的之外的其他取向来操作。

要注意，权利要求中使用的术语“包括”不应被解释为限定于其后列出的装置；它并不排除其他要素或步骤。因此，该术语被解释为指定所陈述的特征、整数、步骤或部件的存在，但不排除一个或多个其他特征、整数、步骤或部件，或其群组的存在或添加。因此，表述“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。这意味着该设备的唯一与本发明有关的部件是A和B。

贯穿本说明书对“一个实施例”或“实施例”的引用意指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，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”贯穿本说明书在各个地方的出现并不一定全部引用同一实施例，而是可以引用同一实施例。此外，在一个或多个实施例中，如从本公开中将对本领域普通技术人员显而易见的，特定特征、结构或特性可以用任何合适的方式进行组合。

类似地，应当领会，在本发明的示例性实施例的描述中，出于精简本公开和辅助对各个发明性方面中的一者或多者的理解的目的，本发明的各个特征有时被一起编组在单个实施例、附图或其描述中。然而，这种公开的方法不应被解释为反映所要求保护的本发明需要比每项权利要求中所明确记载的更多特征的意图。相反，如所附权利要求所反映的，发明性方面存在于比单个前述公开的实施例的全部特征更少的特征。因此，详细描述之后所附的权利要求由此被明确纳入该详细描述中，其中每一项权利要求本身代表本发明的单独实施例。

此外，尽管本文所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旨在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。

在本文所提供的描述中，阐述了众多具体细节。然而应理解，在没有这些具体细节的情况下也可实践本发明的实施例。在其他实例中，公知的方法、结构和技术未被详细示出以免混淆对本描述的理解。

在本发明的实施例中做出对驱动信号参考时，参考的是生成通过单线圈BLDC电机的电机线圈的电流的信号。电流可以由全桥输出驱动器生成的电机线圈上的平均电压差来生成。驱动信号可以是脉宽调制(PWM)信号或线性控制信号。

平均电压差只是在单线圈BLDC电机中产生相位电流的手段。

在具有电源VDD的实施例情况下，跨电机线圈的平均电压差可以在0V和VDD之间的任何地方。电流相应地按比例增加。

在PWM驱动方法中，电压以时间中断的方式来提供，导致在线圈上的平均电压差。当忽略在电桥驱动器和单线圈BLDC电机的电机线圈中的电阻损耗时，当以供应电压VDD＝12V和DCout＝100％PWM驱动电机时，平均电压差为12V。例如，当DCout＝50％PWM驱动信号时，线圈上的平均电压差为6V。而且，当应用PWM驱动方法时，相位电流相应地按比例增加，并且可以表示为I_相位＝(VDD*DCout-BEMF)/Z，其中Z是电桥驱动器和电机线圈的阻抗，并且其中BEMF是由转子上的旋转永磁体感应到线圈中的反电动势。

在线性驱动方法中，平均电压差通过调整电桥驱动器中的电阻损耗并通过耗散电桥驱动器中的多余能量来实现。

线圈中的电流确定单线圈BLDC电机提供的扭矩。取决于电机的机械负载，在开环控制系统中，扭矩将发展到给定速度。在闭环系统中，调节回路将调整电机扭矩以便达到或维持目标速度。

与具有在线圈上的给定电压差和在线圈中所产生的电流的驱动信号无关，在无刷DC电机中，电机必须取决于转子的位置来换向。在单线圈BLDC电机中，在换向方法的使用下单线圈中的电流方向必须改变其极性。

在本发明的实施例中做出对电半周期(EHP)参考时，参考的是180电角度的周期，该周期从驱动信号的上升斜率的开始处开始，并且在下一个驱动信号的上升斜率的开始处结束。

在本发明的实施例中做出对EHP序列参考时，参考的是在跟随有生成器模式(例如，续流)时段的扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动电机的序列。EHP序列在扭矩生成时段开始处开始，包括生成器模式时段，并且在下一个扭矩生成时段的开始处结束。驱动信号可以是电压控制信号，例如使用PWM占空比或通过功率电桥的线性控制。

在本发明的实施例中做出对驱动信号的参数信号参考时，参考的是定义驱动信号所需要的参数中的一些或全部参数。这些参数例如可以是功率电平、驱动时段、驱动信号的形状(例如，驱动信号的上升沿和/或下降沿的特性，该驱动信号可以在通过线圈的电流中被表达或者可以被表达为线圈上的电压，这种电压可以以线性方式或者使用PWM占空比来控制，以调整被应用的DC供应电压到实现目标形状所需要的专用值)等等。

在本发明的实施例中做出对“紧接在”相位电流的第二过零点时刻(t2x)“之后”的驱动信号的开始时刻的参考时，参考的是在第二过零点时刻之后的EHP的20％的、或者甚至EHP的10％内的或者甚至EHP的5％内的开始时刻，或者甚至在第二过零点时刻之后的更短的时段内的开始时刻。在本发明的其它实施例中，驱动信号的开始时刻可以紧接在第一过零点时刻(t1x)之后或紧接在生成器模式期间落下的时间导数过零点时刻(t3x)之后。在这些实施例中，“紧接在...之后”也指在相应时刻t1x或t3x之后的EHP的20％、或者甚至EHP的10％内或者甚至EHP的5％内。

在本发明的实施例中做出对进入生成器模式的相位电流的参考时，参考的是由于由驱动器控制的驱动信号的不存在或者弱存在，通过由永磁体转子的旋转产生的进入转子线圈的被感应的BEMF电压基本上生成或主导的相位电流。弱指例如小于在扭矩时段期间驱动器的平均驱动强度的30％，并且优选地是例如通过应用占空比Dcout＝0％，在扭矩时段期间驱动器的平均驱动强度的0％。

在第一方面，本发明的实施例涉及用于控制单线圈无刷DC电机的方法。该方法至少包括第一EHP序列，该序列包括：

-在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动120电机，以加速该电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，

-在生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动130该电机，该生成器模式信号允许相位电流处于生成器模式中，

-在生成器模式时段期间监测140该相位电流，由此获得相位电流信息，该相位电流信息可以例如包括时序信息，诸如相位电流的第一过零点时刻(t11)和/或相位电流的第二过零点时刻(t21)和/或在相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的时间导数的过零点时刻(t31)，

-以及基于所获得的相位电流信息确定110下一个EHP序列的参数。下一个EHP序列的参数例如可以基于时序信息来确定，该时序信息诸如相位电流的第一过零点时刻和/或相位电流的第二过零点时刻和/或在相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的时间导数的过零点时刻。

监测相位电流也可以暗示监测相位电流的时间导数。

在本发明的实施例中，下一个EHP序列包括使用也被称为进一步的驱动信号的驱动信号来驱动电机。用于使用进一步的驱动信号来驱动120电机的开始时刻可以被确定紧接在第二过零点时刻之后，在第一过零点时刻之后或紧接在相位电流的时间导数的过零点时刻之后或者在这些过零点时刻中的两个的任意组合之间。

在本发明的实施例中，该方法包括初始化步骤100，用于初始化用于EHP序列的参数(诸如驱动信号的时序和形状，以及生成器模式信号的时序和形状)。驱动信号可以被用于从启动来驱动电机因此生成第一EHP。

在其期间使用驱动信号来驱动电机的时段也被称为扭矩生成时段(T_torque)。

在扭矩生成时段T_torque期间，使用驱动信号加速电机。驱动信号的时序和/或形状和/或驱动时段和/或功率电平被确定为使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式。

在生成器模式时段期间，生成器模式信号足够地低(甚至可以没有信号被应用)以允许生成器模式信号处于生成器模式。在生成器模式时段T_gen期间，在由永磁体转子感应到线圈中的BEMF电压(被称为BEMF)达到过零点(BEMF_ZC)之前，部分地或完全地(即，续流或占空比＝0％)减小生成器模式信号(例如被应用的电压)，但符号不改变。在T_gen期间所应用的生成器模式信号被表征为确保生成器模式信号(例如，电压驱动信号)足够地低以允许BEMF相较于在之前的T_torque期间的电流的方向来改变相位电流的方向。

图5和图6中示出的流程图中也图示了这些步骤。在图5和图6的示例中，使用驱动信号来驱动电机包括将激励波形应用到1线圈电机。在这些图中，扭矩驱动步骤120被生成器模式步骤130和其中相位电流被监测的监测步骤140跟随。

在图5中，示出了基本的实现，其中在T_gen期间，DCout＝0％，仅捕获相位电流的两个过零点t1x和t2x。然后基于所捕获的最近的T_gen和/或任何先前的T_gen的时序信息和/或初始时序信息来定义下一个EHP序列。

在图6中，示出了根据本发明的实施例的更高级的实现。

在第一EHP的初始化100(其包括设置T_torque的时序信息以及在T_torque期间要被应用的驱动信号以及在T_gen期间的生成器模式信号)之后，应用以下步骤：

●在扭矩生成时段T_torque期间使用驱动信号来驱动电机120，由此加速电机；

●使用生成器模式信号在生成器模式时段T_gen期间来驱动130电机；

●监测140相位电流以捕获参数t11、t21、t31和在时刻t13处的相位电流：I_峰(t31)；

●基于监测到的相位电流140和/或基于来自初始化100的参数，定义110用于下一个EHP序列的参数(诸如下一个EHP序列的驱动信号的时序和形状，以及生成器模式信号的时序和形状)。可以基于所捕获的参数来完成BEMF_ZC的估算。

在第二EHP期间，重复驱动步骤、监测步骤和确定步骤120/130/140/110，以定义下一个EHP序列的时序参数和激励波形等。在本发明的实施例中，可以组合多个T_gen的参数以定义下一个EHP序列。

在预定义数量的EHP之后，或者作为下一个EHP序列的参数的定义110的结果，可以触发另一个控制算法，该算法可以避免对生成器模式的需要，以便改善噪声和/或效率性能和/或最大化扭矩。

用于初始化下一个EHP序列的参数可以是控制器的固定参数，它们可以被存储在控制器的存储器中，它们可以使用诸如电容器或电阻器之类的外部部件来设置，或者它们可以通过专用感测算法来获得，例如测量电机特性(诸如线圈电阻和/或线圈电感)的感测算法。当驱动单线圈无刷DC电机时，可以使用BEMF(反电动势)电压的过零点来用于估算转子位置并因此用于驱动电机。在本发明的实施例中，BEMF电压过零点可被估算在相位电流的第一过零点时刻和相位电流的第二过零点时刻之间或在相位电流的第二过零点时刻处。这是有利的，因为BEMF电压过零点揭示转子位置并且因此可用于使定子线圈的驱动与转子旋转同步。

发明人发现，在T_gen期间，BEMF电压过零点位于在该T_gen期间的相位电流的第一过零点时刻(tx1)和相位电流的第二过零点时刻(tx2)之间。因此，本发明的实施例的优点是可以基于在T_gen期间的相位电流的这些过零点时刻来估算BEMF电压过零点。

在本发明的改进实施例中，通过另外使用位于相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的时间导数的过零点时刻(tx3)的时序信息来进一步细化BEMF电压过零点时刻BEMF_ZC的位置。BEMF_ZC然后位于tx3和tx1之间。当使用所有这些时序信息(tx1，tx1，tx3)时，可以获得BEMF电压过零点的更精确的估算。

如果t1x与EHP成比例地落到远在BEMF_ZC之前，则t3x将成比例地跟随接近t1x，并且t2x是BEMF_ZC的良好近似。随着t1x逼近BEMF_ZC，t1x将成比例地朝向t2x移位，并且BEMF_ZC将从t2x朝向t3x移位。

在本发明的甚至进一步改进的实施例中，在t3x处的峰值电流I_峰(t3x)也被用于细化BEMF_ZC的预测。在优选的实施例中，使用峰值电流比率。这种峰值电流比率通过将I_峰(t3x)与在T_torque期间的平均供应电流或与在T_torque期间的平均供应电流成比例的其他值进行比较来定义。这种成比例的值的示例可以是在T_torque期间的峰值电流；或被存储的电流值，该电流值根据在T_torque期间所应用的占空比被缩放。随着峰值相位电流比率减小，BEMF_ZC正在移位接近t3x。

这在下面的曲线图中被图示，其中单个线圈电流BLDC电机的不同信号以时间的函数被示出。

图3A)示出了当利用仅一个扭矩时段(T_torque1)(其跟随有一个长的生成器模式时段(T_gen1))从静止状态启动单线圈无刷DC电机时的时序。为了图的简化，在T_torque1期间应用的占空比是恒定的，并且在T_gen1期间被固定为0％。在实际示例中，可以添加软切换斜率以确保更平滑的过渡。尽管不是优选的，但可以想象，在T_gen1期间应用一些Z状态以减小续流的断裂效应或者应用小的占空比，只要占空比显著地小于在T_torque期间应用的占空比，例如5倍或10倍。图3A)示出了紧跟在应用DCout＝0％之后，电流下降到零，并且在时间t11处它转换到生成模式(generation mode)。在t21处，BEMF_ZC与第二电流过零点重合。基本上电流仍处于生成器模式，并与BEMF一起改变符号。

图3B)示出了相同的情况，但是现在为第二扭矩时段T_torque2，其恰在t21处开始应用。该第二EHP进一步加速了风扇。在第二EHP中，T_torque2比T_torque1短。由于在T_torque2开始时的风扇速度高于在T_torque1开始时的(风扇正处于静止状态)，所以可以预期BEMF_ZC更早地到来。就像在T_torque1中，t1x被应用得足够地快，以便确保在T_gen2期间相位电流立即进入生成器模式。在第二过零点时刻t22处发起第三扭矩时段T_torque3。在图3B)中，在每个T_torque中被应用的占空比已经被保持恒定。随着风扇增加速度，且BEMF幅度增加，在T_torque期间的电流增加，并且峰值电流I_峰(t3x)正在增加。就像在现有技术中，也可以应用软启动，其中占空比与增加的风扇速度一致地逐渐地增加，以避免在启动时的高浪涌电流。如图3中所示，EHP在驱动信号的上升斜率处(即在扭矩生成时段的开始处)开始，并且在下一个驱动信号的上升斜率的开始处(即在下一个扭矩生成时段的开始处)结束。

图4示出了对于A)Dcout＝20％和对于B)DCout＝100％的T_torque1和T_gen1的范围绘图。FG信号表示BEMF_ZC，因为它由霍尔传感器检测到。因为在DCout-100％的情况下，更多的扭矩被应用，所有与DC＝20％相比，T_torque1的被应用时间更短。无论在哪种情况，都示出BEMF_ZC与t2x重合。

在图3和图4，时刻t0是电机从静止状态被启动的时刻。这是用于使用扭矩信号来驱动电机的开始时刻。扭矩信号例如可以是PWM驱动信号或线性控制信号。

图4、7和8示出了信号DCOUT 12、I_相位14和BEMF 16。在图4、7和8中，基于霍尔传感器的FG(10)换向信号仅用于说明目的来呈现。它们不是必需用于使用根据本发明的实施例的方法来启动电机。

在图4所图示的示例中，在T_torque1期间由DCout*VDD生成的相位电流一旦在T_gen1期间的DCout＝0％就立即被消耗到扭矩中。在T_gen1期间，来自慢速旋转风扇的线圈中存在的小的BEMF感应跟随BEMF电压的负的生成器模式电流(在相反方向上的电流)。在T_gen1期间流动的“负的”生成器模式电流使电机制动，与加速风扇的在T_torque期间流动的“正的”电流相反。出于这个原因，由于扭矩波动(从加速到制动的变化)，这种生成器模式将产生噪声。在加速之后的这种随后的制动将以负面方式影响效率。因此，尽管这种生成器模式电流可以用作对BEMF电压过零点(t_{BEMF_ZC})的简单估算，但必须在合理的窗口内估算生成模式时段。如果它太小，可能错过BEMF_ZC。如果生成模式时段太长，则启动可能花费很长时间，因为在生成器模式期间的制动可以取消在先前驱动时段期间实现的显著的加速量，最终风扇可能根本不启动。

在图3和图4中图示的示例中，在启动时，相比于电机换相时间，风扇时间常数L_线圈/R_线圈较小，例如L_线圈/R_线圈～200us或500us，甚至2ms，而第一EHP可以是100ms或更多。因此，电流中的任何感应滞后是不可见的。

在图7和图8中，风扇以更高的速度正在旋转。为了说明的目的，T_torque不在估算的BEMF_ZC上开始，而是在t2x之后的固定时间处开始。在图7和图8中，指示了扭矩生成时段和生成器模式时段以及EHP。尽管这是本发明的可能的实施例，但是生成器模式中的延长时间只对增加的噪声和降低的效率做出贡献。在两个图中，T_gen约为EHP的40％。FG(10)信号根据霍尔信号反映BEMF_ZC位置，该信号出于演示BEMF_ZC的位置的目的被集成。该霍尔传感器不是实施本发明所需要的。在图7中，BEMF_ZC_x落在t3x与t2x之间，而在图8中，BEMF_ZC_x几乎与t3x重合。如果t1x更接近BEMF_ZCx，则BEMF_ZCx也将可能落在t1x和t3x之间。然而，在这种情况下，在t3x处的峰值电流(I_峰(t3x))将较小，或者甚至在T_gen期间可能不感应负的生成器模式电流。

在这种情况下，可以使用其他算法以用于检测BEMF_ZC，其更适合于低噪声操作和最佳效率。在EP17179574.3中公开了这种算法的一个示例。

用于修改用于EHP的驱动信号的信号参数可以例如从以下参数中的一个或组合中选择：驱动信号的形状、驱动信号的功率电平、驱动信号的驱动时段。

例如，可以适配驱动信号的上升沿和/或下降沿的形状。下降沿和/或上升沿可以例如具有软斜率或硬切换形状。

功率电平也可以被固定在30％、50％、直到100％，或者可以例如根据软启动序列而变化，例如以每秒占空比(例如每秒100％)的预定义的增加从30％增加到100％。这种软启动也可以基于测得的速度来调整。例如，如果风扇速度低于50％，则占空比可以被限制为50％或70％。

驱动信号可以基于预定义的功率电平、预定义的驱动时段和预定义的形状。预定义的功率电平可以例如由输出占空比(其可以例如被设定为50％)来定义。然而，本发明不限于此。第一扭矩生成时段的驱动信号可以使用诸如电容器和/或电阻器之类的外部部件、使用诸如E2PROM或OTP或闪存之类的可编程存储器来定义，或者可以被固定在状态机逻辑中或者可以以可能的任何其他方式以在t0之前教导风扇驱动器关于适当的驱动时段以确保驱动时段和强度是足够地长以确保风扇正在加速并且没有停止，并且在另一方面在发现BEMF_ZC之前停止驱动信号。典型地，这样的时序取决于风扇机械惯性和/或所应用的负载，被应用到电机叶片的两个外部负载，如由于轴承中的摩擦导致的内部负载。信号参数也可以由控制器从其他信息(诸如最大可实现的风扇速度)导出。替代的方法是按顺序扫描不同的启动时序直到风扇启动。这种顺序方法可以更容易来操作，因为它不需要定制或至少减少对定制的需要。另一方面，启动所需的时间可能对应用不被接受。

在本发明的实施例中，第一EHP序列的驱动信号的驱动时段可以基于预定义的驱动时段来确定。该预定义的驱动时段可以是可配置的，以便与风扇的惯性或泵的负载匹配。取决于设想的运行条件，当制造电机时可以设定预定义的时段。在这种情况下，预定义的时段应该足够大以覆盖生产公差，以及在生命时间上的磨损。与基于霍尔传感器的解决方案相比，根据本发明实施例的控制方法包括生成器模式时段，在其中电机不在加速，但在其中电机正在制动。因此，与基于霍尔传感器的启动和/或加速方法相比，启动时间将增加。这种延迟可以通过增加所应用的电流5％或10％或更多来补偿，而以噪声增加为代价。根据本发明的实施例的方法例如可以被用于启动基于低成本状态机的风扇驱动器，或者用于使用ROM存储器、OTP存储器或闪存的基于微控制器的风扇驱动器。

因为与图4B)中图示的示例相比，在图4A)中的示例中电机仅接收能量的20％，所以在图4A)中BEMF_ZC时刻t21落下显著地晚于在图4B)中。

如所图示，根据本发明的实施例，电流过零点可以被用作为BEMF极性改变的指示。本发明的实施例的优点是，该时刻可以被用于确定用于驱动电机的下一个驱动信号。

这与在T_torque之后启动切换到高阻抗模式的单线圈无刷DC电机的现有技术方法进行比较。在此高阻抗模式时间窗口期间，可以直接监测BEMF电压。本发明的实施例的优点是，它们允许无缝过渡到不需要高阻抗模式时间窗口的高性能方法，该高阻抗模式时间窗口感应扭矩波动并限制输出功率，但是使用类似的电流感测测量电路，这简化了实现。

本发明的实施例的优点是，可以近似特有的第一BEMF_ZC，其可以被用于确定用于驱动电机的下一个驱动信号。本发明的实施例的优点是，由此可以增加单线圈无刷DC电机成功启动的机会。

在本发明的实施例中，可以重复驱动信号直到电机开始旋转。例如可以通过比较被感测的电流与理想/实际记忆电流曲线来检测电机开始旋转。驱动信号可以针对每次迭代被修改。例如，功率电平和/或驱动时段和/或驱动信号的形状可以随每次迭代被修改。在本发明的实施例中，可以修改驱动信号，使得电机在每次迭代之后由增加的能量来驱动。这种能量也被称为启动能量。为了打开感测窗口，并且由于惯性和摩擦力可以根据生产过程、寿命时间和周围运行条件变化，窗口应充分大以确保捕获电流ZC点。因此，驱动信号应该通过在以下两者之间进行权衡来定义：应用充分的扭矩以启动风扇，和应用可以与第一BEMF电压ZC重叠的太长的驱动信号。

替代地，在启动期间，驱动信号的驱动时段T_torque可以例如以预定义的激励波形逐渐地被改变(例如从0.1s到0.2s、到0.3s，……直到2秒)，直到相位电流在随后的生成器模式时段中进入生成器模式。其中可以预期BEMF_ZC的时间窗口(生成器模式时段)也可以在初始化100期间被定义。启动扭矩是充分的替代的判定标准是设定最小I_峰(t31)值，低于该值应该通过增加T_torque的时间或增加幅度或形状以增加的扭矩来重新开始启动程序，使得整体扭矩被增加。

在本发明的实施例中，可以使用这些参数(形状，功率电平，驱动时段)的组合来修改驱动信号。由此电机可以用增加的能量来驱动。驱动信号的功率电平例如可以在1秒内从50％逐渐地增加到100％，并且驱动信号的驱动时段可以从0.1秒调整到0.2秒到2秒。

在本发明的实施例中，电机被驱动使得在随后的驱动信号之间存在重试时段。重试时段是在一个驱动信号的结束和下一个驱动信号的开始之间的时段。该驱动信号和/或重试时段Toff_retrial和/或在驱动时段与重试时段之间的比率可以根据其他操作参数(例如根据电机驱动芯片的芯片结温度)来调整，或者它们可以根据预定义的顺序而变化。

在本发明的实施例中，在相位电流的监测140并且定义下一个EHP序列的参数之后，包括驱动步骤120和130的进一步的驱动信号可以被应用，并且新的监测步骤140，和确定步骤110可以跟随。在图6中图示了这种循环。下一个EHP序列的一些信号参数(诸如例如也被称为进一步的驱动信号的下一个EHP序列的驱动信号)可以被预定义100。该进一步的驱动信号可以基于相位电流的先前的过零点时刻和/或相位电流的导数的过零点时刻来确定，可能结合先前的驱动信号的信息来确定。可能地，诸如预定义功率电平和/或预定义驱动时段和/或预定义形状之类的预定义值也可以被用于定义进一步的驱动信号。先前所获得的相位电流的过零点时刻和/或估算的BEMF电压过零点时刻指示机械时间常数和摩擦和电机的其他负载。随着每次循环，该信息可以被进一步细化。

在本发明的实施例中，该方法可以包括其中无刷DC电机的另一种操作方法被触发150的步骤。这例如可以导致无刷DC电机的稳状操作。例如，当电机已经达到最小速度时，可以触发该另一种操作方法。其他触发事件可以基于先前T_gen的被监测的参数或基于多个先前T_gen的参数来定义。例如，如果I_峰(t3x)值下降到某个阈值以下，或者如果在定义步骤110中分析出BEMF正从t2x移位离开到更接近t3x。该触发可以包括传递必需的输入以用于初始化稳态操作。另一种操作方法可以例如基于适应性地控制驱动信号的预测方法。

例如在EP17179574.3中描述了这种替代操作方法，其中发明人发现如果在T_torque之后峰值电流在特定阈值内，则可以监测该峰值电流附近的相位电流的时间导数来估算BEMF电压ZC。这种预测方法需要初始化，其可以通过诸如本发明中所描述的更稳健的方法来获得。

其他操作方法也可以基于在T_torque之后的高阻抗窗口的应用期间的BEMF电压测量，诸如例如US20060214611中所描述。

在本发明的实施例中，相位电流的两个连续的第一过零点时刻或两个连续的第二过零点时刻是电机的旋转速度的指示，并且可以被用作用于切换到电机的另一种操作方法的触发时刻。随着电机开始旋转，并且来自先前换向的时序信息变得可用，可能存在兴趣以最小化窗口以实现最佳的低噪声操作、最大化效率和/或最大化输出扭矩。为了这样做，必须减少生成模式时段，这可以通过切换到电机的另一种操作方法来实现(例如，使用预测BEMF_ZC，以及下降沿的自适应控制以确保电机电流在预测的BEMF_ZC的时间处已经下降到阈值以下)。从触发时刻起，可以加载自适应算法用于控制电机的稳态操作。

用于触发无刷DC电机的另一种操作方法的触发时刻例如可以仅在第一次迭代之后或甚至在第二次，或者甚至第三次或甚至在第四次迭代之后的进一步的驱动信号之后，其中迭代包括以下步骤：驱动120以生成扭矩，驱动130允许相位电流进入生成器模式，监测140，捕获140和确定110下一EHP序列的参数(例如，用于进一步的驱动信号的开始时刻)。

在本发明的实施例中，驱动信号被应用到电机，使得电流在一定方向上流过线圈。该方向确定转子的旋转方向，并且可以在电机启动之前取决于转子位置来确定。这可以通过初始化步骤100来实现。

如果由于某种干扰，被预测的BEMF_ZC在预设裕度的外面，或者电机电流落在由自适应算法定义的阈值的预设窗口外面，则放弃最佳噪声/效率/扭矩控制并应用根据本发明实施例的控制方法可以是有兴趣的。例如，由于对电机(例如对风扇叶片或风扇轴承)的某些阻挡效应或由于阻挡效应的去除或由于快速地变化的供应而引起的变化的负载可以导致干扰。由于这将增加下降沿，所以可能的结果之一可以是电机电流变为负值。在这种情况下，可以应用根据本发明的实施例的控制方法来获得BEMF_ZC的指示，并且在利用所获得的时序信息的几个步骤之后，控制可以改回到另一种操作方法。

在这种情况下，存在兴趣以通过使用t1x或与t3x相对应的t(dI/dt＝0)的时序信息来细化BEMF_ZC的时间位置。发明人发现，BEMF电压ZC将位于t(dI/dt＝0)和相位电流的第二过零点时刻t2x之间。取决于电流负得有多严重，BEMF电压ZC可以更位于朝向一侧或另一侧。由于dI/dt＝0总是位于在t1x和t2x之间，相位的第一过零点时刻t1x仅仅是比dI/dt＝0更容易的提供相同信息的手段。通过调整随后的迭代x的驱动信号的下降沿的时间，朝向电机的稳态操作会聚的手段是减小在t1x与t2x之间的时间。一旦在t1x与t2x之间的时间小于预定义的生成器时段，或者一旦生成器模式峰值电流的绝对值为正或小于预定义的电流阈值，则另一种操作方法(诸如EP17179574.3中公开的)可被用于驱动电机。在本发明的实施例中，预定义的电流阈值和/或预定义的生成器时段可以是可配置的。

图7和图8图示了当电流改变方向时根据本发明的实施例的控制方法的适用性。

这例如可以是为了确保足够的窗口在切换到预测模式之前的在开环启动序列期间的第二驱动信号或第三驱动信号的情况。例如，这可以是在朝向其中电流不改变方向的状态会聚的期间的情况。它也可以是在导致电机中的突然速度变化的机械干扰(超时触发或其他)之后，在调节回路的校正范围的外面的情况。

在这种情况下，相位电流快速地被转换为扭矩。在达到BEMF电压ZC之前，电流过零点。换句话说，电机进入生成器模式，从而有效地制动电机。电流完全由BEMF控制，并且将在(或稍微滞后，取决于电机的电气时间常数)BEMF电压ZC时刻再次通过零点。在图7的曲线图中，驱动信号具有输出占空比DCout＝20％，导致低相位电流I_相位。在图8的曲线图中，驱动信号具有输出占空比DCout＝100％，导致高I_相位。图7和图8还显示了I_峰(t3x)与在扭矩时段期间的平均电流(I_{相位_扭矩})的比率如何可以被用作BEMF_ZC更接近t3x或更接近t2x的指示。在图7中，I_峰(t3x)/I_{相位_扭矩}的比率～1。在这种情况下，BEMF_ZC更接近t2x。t3x成比例朝向t2x和t1x中间移位的事实指示BEMF_ZC将不会与t2x重合，而是位于在t2x和t3x之间的中间。而图8中，I_峰(t3x)/I_{相位_扭矩}的比率<<1。BEMF_ZC现在由t3x最好地近似。在图7和图8中，t_lag表示t2x相对于实际BEMF_ZC(由FG信号表示)的滞后。

本发明的实施例的优点是它们可以适用于在干扰之后的恢复模式中以会聚回到稳定的其他操作方法(例如预测方法)。

在本发明的实施例中，BEMF电压ZC可被估算在第一相位电流过零点和第二相位电流过零点之间。其甚至可以被更精确地估算在相位电流的时间导数等于零的时刻t(dI/dt＝0)和第二相位电流过零点(t2x)之间。

当电流峰t3x接近t1x时，可以应用以下条件：

(t2x-t1x)*0％<(t3x-t1x)<(t2x–t1x)*10％

这是典型的在加速期间用于低电流的情况。在那种情况下，BEMF电压过零点在t2x和t3x之间，但更接近t2x。

当t3x正在更多地移位到在t2x和t1x之间中间时，以下条件可以应用：

(t2x-t1x)*30％<(t2x-t3x)<(t2x-t1x)*50％

在那种情况下，BEMF电压过零点在t2x和t3x之间，但更接近t3x。所以，随着电流峰值从t1x移位到t2x时，BEMF电压ZC正在从t2x朝向电流峰值移位。

在本发明的实施例中，BEMF电压ZC可被估算在第一相位电流过零点t1x和第二相位电流过零点t2x之间。例如，如果t1x紧跟在T_genx的开始之后，并且与EHP成比例，远离相位电流的第二过零点时刻t2x，则这可以是可能的。在这种情况下，t3x将接近t1x，并且t2x将代表BEMF电压ZC。随着在电机控制期间，t1x朝向t2x移位，BEMF电压过零点可以由(t2x-t1x)/2来估算。在本发明的实施例中，生成器模式峰值电流值I_峰(t3x)可以与指示当驱动电机时的相位电流的驱动电流值进行比较。这例如可以是当使用驱动信号来驱动电机时的相位电流的峰值或相位电流的RMS值。指示相位电流的驱动电流值例如也可以基于所应用的占空比和/或RMS电流，和/或基于在扭矩生成时段内的在任何地方的单个时间点处的相位电流。比率越大，生成器模式时间越长。在那种情况下，t2x最代表BEMF电压ZC。随着比率降低，如果例如电流在驱动信号之后不再改变方向，则可以开始另一种操作模式。

在第二方面，本发明的实施例涉及用于控制单线圈无刷DC电机的设备200。该设备200包括驱动器210，被配置用于在扭矩生成时段期间使用驱动信号来在至少第一EHP序列期间驱动单线圈无刷DC电机以加速电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，并且配置用于在生成器模式时段期间使用生成器模式信号来驱动130电机，该生成器模式信号允许相位电流处于生成器模式；电流传感器220，被配置用于在生成器模式时段期间监测通过单线圈无刷DC电机的线圈的相位电流，由此获得相位电流信息。在本发明的实施例中，该设备200被配置用于捕获时序信息，该时序信息包括相位电流的第一过零点时刻和/或相位电流的第二过零点时刻和/或在相位电流的第一过零点时刻和第二过零点时刻之间的相位电流的时间导数的过零点时刻。在本发明的实施例中，设备200被配置用于基于相位电流信息来确定下一个EHP序列的参数。这可以例如基于先前的EHP的时间信息。这可以例如涉及确定用于在下一个EHP序列中使用驱动信号(也被称为进一步的驱动信号)驱动电机的开始时刻。开始时刻可以被确定紧接在第二过零点时刻之后，紧接在相位电流的时间导数的过零点时刻之后，或者在相位电流的第一过零点时刻之后或者在这些过零点时刻中的两个的任意组合之间。

图9示出了根据本发明的实施例的设备200的示意图。在此示例中，驱动器210是包括晶体管T11、T12、T22、T21的全桥驱动器。在这个示例中，这些是FET(场效应晶体管)。全桥驱动器被配置为这种电流可以被注入通过具有线圈端子OUT1和OUT2的线圈212。线圈端子OUT1被连接在晶体管T12和T11之间，且线圈端子OUT2被连接在晶体管T22和T21之间。两个高侧晶体管T12和T22与电源节点VDD连接，并且两个低侧晶体管T11和T21与地连接。

在本发明的实施例中，通过在本发明的该示例性实施例中被连接在晶体管T21上的电流传感器220来测量相位电流。在本发明的实施例中，在非驱动时段期间测量相位电流。

在图9中，示出了0％占空比的示例，其中电流在两个低侧n沟道晶体管(NFET)上续流。例如，T11和T21被接通。替代地，仅T11可以被接通。在这种情况下，电流将续流(freewheel)通过T21的体二极管。替代地，可以在两个高侧晶体管(其可以是p沟道晶体管(PFET)或NFET型)上完成续流。

从驱动信号的开始直到相位电流的过零点的序列持续时间可以由诸如计时器之类的数字装置或由诸如RC振荡器之类的模拟装置来确定。这样的计时器由图9中的捕获计时器230图示。

在本发明的实施例中，相位电流可以通过其正在流过的FET中的任何FET，或使用必须处于续流路径的分流器来监测。

在本发明的实施例中，控制器240(也在图9中示出)可以被配置为使得驱动信号(驱动信号和/或进一步的驱动信号)的控制是可能的。这可以允许控制启动能量的数量。这可以例如通过驱动信号的脉宽调制来实现。在那种情况下，PWM输入模块可以被配置为控制PWM驱动信号的输出占空比。驱动时段可以例如使用电阻器或电容器或任何其他分立的部件来控制。该设备还可以包括用于控制驱动信号的占空比DCout的PWM输入端口。该设备还可以包括用于控制驱动信号的信号参数的EEPROM。

Claims

1.一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，所述方法包括至少第一EHP序列，所述第一EHP序列包括：

-在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)所述电机，以加速所述电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，

-在所述生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式中，

-在所述生成器模式时段期间监测(140)所述相位电流由此获得相位电流信息，

-以及基于所获得的相位电流信息确定(110)下一个EHP序列的参数。

2.根据权利要求1所述的方法，其中所获得的相位电流信息的一部分是时序信息，所述时序信息包括所述相位电流的第一过零点时刻和/或所述相位电流的第二过零点时刻和/或在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的时间导数的过零点时刻。

3.根据权利要求1所述的方法，其中确定步骤(110)包括基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的驱动信号的上升沿和/或下降沿。

4.根据权利要求2所述的方法，其中确定步骤包括基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的驱动信号的上升沿和/或下降沿，并且其中进一步的驱动信号的所述上升沿被确定(110)紧接在所述相位电流的所述第二过零点时刻之后，或者紧接在所述相位电流的所述第一过零点时刻之后或紧接在所述相位电流的所述时间导数的过零点时刻之后或者在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间或者在这些过零点时刻中的两个过零点时刻的任意组合之间。

5.根据权利要求3所述的方法，其中确定(110)所述驱动信号的所述下降沿的开始时刻，使得相较于对于先前EHP序列，对于下一个EHP序列的所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻彼此更接近。

6.根据权利要求2所述的方法，其中

-监测步骤(140)包括获得在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的所述时间导数的所述过零点时刻的在所述生成器模式时段期间的所述相位电流的生成器模式峰值电流值，

-并且其中确定(110)步骤包括基于所获得的时序信息以及所获得的生成器模式峰值电流值来确定(110)下一个EHP的参数。

7.根据权利要求6所述的方法，其中

-监测步骤(140)包括当在扭矩生成时段期间驱动电机时捕获电流信息，其中捕获指示所述相位电流的驱动电流值，

-基于所述生成器模式峰值电流值和所述驱动电流值的比率来确定使用所述进一步的驱动信号来驱动(120)所述电机的所述开始时刻，使得当所述比率的绝对值较小时所述开始时刻更接近所述相位电流的所述第一过零点时刻。

8.根据权利要求1所述的方法，所述方法包括迭代，其中在所述扭矩生成时段期间驱动(120)所述电机的步骤、在所述生成器模式时段期间驱动(130)所述电机的步骤、监测(140)所述相位电流的步骤、和确定(110)下一个EHP序列的参数的步骤被重复，下一个EHP序列包括进一步的驱动信号，其中迭代的进一步的驱动信号与下一个迭代的驱动信号相对应。

9.根据权利要求8所述的方法，其中重复所述驱动步骤、监测步骤和确定步骤，直到在所述相位电流的所述第一过零点和所述相位电流的所述第二过零点之间的时间小于预定义的生成器时段，和/或一旦所述生成器模式峰值电流的绝对值为正或小于预定义的电流阈值。

10.根据权利要求1所述的方法，其中基于预定义的信号参数来确定(100)至少一个EHP序列的参数。

11.根据权利要求1所述的方法，其中所述电机从静止状态被驱动，并且其中使用所述驱动信号来驱动(120)所述电机以及监测(130)所述相位电流被重复直到所述电机开始旋转，并且其中所述驱动信号被改变使得所述驱动信号的功率在迭代中被增加。

12.根据权利要求1所述的方法，其中基于先前的驱动信号的信号参数和/或基于在其之间所述相位电流处于生成器模式的先前地被捕获的过零点时刻和/或在生成器模式中的所述相位电流的所述时间导数的先前地被捕获的过零点时刻来确定下一个EHP序列的参数。

13.根据前述权利要求中任一项所述的方法，所述方法包括触发(150)离开所述控制方法并且开始所述无刷DC电机的另一个操作方法。

14.一种用于启动单线圈无刷DC电机的设备(200)，所述设备包括：

驱动器(210)，被配置用于在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动所述单线圈无刷DC电机以加速所述电机，使得在随后的生成器模式时段期间，相位电流进入生成器模式，并且用于在生成器模式时段期间使用生成器模式信号来驱动(130)所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式，

-电流传感器(220)，被配置用于在所述生成器模式时段期间监测(140)所述相位电流，由此获得相位电流信息，

-其中所述设备被配置用于基于所获得的相位电流信息来确定(110)下一个EHP序列的参数。

15.根据权利要求14所述的设备，其中所获得的相位电流信息的部分是时序信息，所述时序信息包括所述相位电流的第一过零点时刻和/或所述相位电流的第二过零点时刻和/或在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的时间导数的过零点时刻。