CN112398380B - 马达启动装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种马达启动装置及方法，该马达启动装置包括启动单元、驱动单元、浮接点选择单元、反电动势检测单元及控制单元。在启动模式下，启动单元依据换相顺序产生具有多个相位的初始启动信号，驱动单元以初始启动信号中的第一相位驱动马达，浮接点选择单元根据驱动单元的驱动状况，选择马达上未被导通的浮接相，反电动势检测单元检测浮接相的反电动势具有第一电压电平或第二电压电平，以产生检测结果，控制单元根据检测结果，输出换相信号至驱动单元。

Description

马达启动装置及方法

技术领域

本发明涉及一种马达启动装置及方法，特别是涉及一种用于无传感器三相马达的马达启动装置及方法。

背景技术

直流无刷马达(direct current brushless motor)为一种常见的马达，具有高效率、轻、薄、短、小等优点，因而广泛地被应用于各种领域。在现今的电子产品中，如个人计算机、笔记本电脑、通信装置及家用电器等等皆会使用到直流无刷马达，例如各种电子产品的风扇马达、计算机储存装置的主轴马达皆是使用直流无刷马达。一般来说，在驱动直流无刷马达时，必须检测马达转子的位置，以正确地驱动换相开关来进行换相程序。

现有的无刷直流马达系统通常包含三相无刷直流马达、霍尔传感器及驱动器。然而，由于霍尔传感器容易受外界环境的影响，造成感测准确度降低，甚至在某些环境下无法正常工作(例如温度过高的环境)，另一方面，于无刷直流马达系统中多了霍尔传感器的设计，除了会增加系统的体积外，还提高了制造成本，因此，不使用传感器的无感测驱动方法进而被提出。

在现有的无传感器驱动方法中，在马达以开回路方式驱动后，设定一激发相位，将马达的转子带到某一定点位置附近，再设定换相时间，并设定对应的变短速度，使马达换相加速，直到某一设定转速进入闭回路模式进行驱动。

然而，在上述的方法中，开回路启动需要设定一些马达的惯性参数，导致设定复杂，且需要多个脚位来控制上述的参数，或需要内存进行刻录，进而导致马达设计成本及量产成本提升。再者，当马达老化时，开回路的驱动方式容易在过程中产生失步的风险。

因此，急需一种不需调整惯性参数来节省马达设计时间及量产成本的马达启动装置及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种用于无传感器三相马达的马达启动装置及方法。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种马达启动装置，用于启动一马达，所述马达启动装置包括：一启动单元，经配置以在一启动模式及一运转模式之间切换，其中在所述启动模式下，所述启动单元依据一换相顺序产生具有多个相位的一初始启动信号，且所述换相顺序是依据所述马达的一预定转动方向所设定；一驱动单元，耦接于所述启动单元及所述马达，经配置以所述初始启动信号中的一第一相位驱动所述马达；一浮接点选择单元，耦接于所述驱动单元及所述马达，用来根据所述驱动单元的驱动状况，选择所述马达上未被导通的一浮接相；一反电动势检测单元，耦接于所述浮接点选择单元，经配置以检测所述浮接相的反电动势具有一第一电压电平或一第二电压电平，以产生一检测结果；以及一控制单元，耦接于所述反电动势检测单元及所述驱动单元，经配置以依据所述换相顺序控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有所述第一电压电平或所述第二电压电平，并根据所述检测结果，输出一换相信号至所述驱动单元；其中在所述马达由所述初始启动信号的所述第一相位驱动后，所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第二电压电平，若是，则产生所述检测结果，所述控制单元经配置以输出所述换相信号至所述驱动单元，其中当所述驱动单元接收到所述换相信号，经配置以依据所述换相顺序，以所述第一相位后的一第二相位驱动所述马达，所述控制单元控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第一电压电平，若是，则产生所述检测结果，所述控制单元经配置以依据所述检测结果输出所述换相信号至所述驱动单元，其中所述控制单元经配置以判断所述检测结果是否在一预定时间内产生，若否，则产生一强制换相信号，以控制所述驱动单元依据所述换相顺序，以所使用的所述初始启动信号的一当前相位的下一相位驱动所述马达。

优选地，所述控制单元经配置以计算所述检测结果的数量，并经配置以判断所述检测结果的数量是否超过一预定数量，若是，则控制所述启动单元进入所述运转模式，以产生一运转信号，所述驱动单元依据所述运转信号驱动所述马达。

优选地，所述反电动势检测单元包括一迟滞比较器，经配置以检测所述浮接相的反电动势大于一迟滞电压的正值或小于所述迟滞电压的负值，以产生一高电压电平或一低电压电平作为所述检测结果。

优选地，所述控制单元经配置以依据多个所述相位的所述换相顺序将所述迟滞比较器设定为所述第一电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值，或将所述迟滞比较器设定为所述第二电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值。

优选地，当所述迟滞比较器被设定为所述第一电压电平并判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值时，若判断所述浮接相的反电动势小于所述迟滞电压的负值时，则产生所述低电压电平以作为所述检测结果。

优选地，当所述迟滞比较器被设定为所述第二电压电平以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值时，若判断所述浮接相的反电动势大于所述迟滞电压的正值时，则产生所述高电压电平以作为所述检测结果。

优选地，所述控制单元进一步经配置以在产生所述换相信号或所述强制换相信号后，控制所述反电动势检测单元在一屏蔽时间后才检测所述浮接相的反电动势。

优选地，当所述驱动单元接收所述换相信号或所述强制换相信号后，将所述初始启动信号中用于驱动所述马达的所述当前相位的下一相位转换为一软切换信号以驱动所述马达。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种马达启动方法，所述马达启动方法用于启动一马达，所述马达启动方法包括下列步骤：配置一启动单元进入一启动模式，以依据一换相顺序产生具有多个相位的一初始启动信号，其中所述换相顺序是依据所述马达的一预定转动方向所设定；配置一驱动单元以所述初始启动信号中的一第一相位驱动所述马达；配置一浮接点选择单元根据所述驱动单元的驱动状况，选择所述马达上未被导通的一浮接相；配置一反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有一第一电压电平或一第二电压电平，以产生一检测结果；配置一控制单元依据所述换相顺序控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有所述第一电压电平或所述第二电压电平，并根据所述检测结果，输出一换相信号至所述驱动单元；以及配置所述控制单元以判断所述检测结果是否在一预定时间内产生，若否，则配置所述控制单元产生一强制换相信号，以控制所述驱动单元依据所述换相顺序，以所使用的所述初始启动信号的一当前相位的下一相位驱动所述马达，其中在所述马达由所述初始启动信号的所述第一相位驱动后，配置所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第二电压电平，若是，则产生所述检测结果，并配置所述控制单元输出所述换相信号至所述驱动单元，其中当所述驱动单元接收到所述换相信号，配置所述驱动单元以依据所述换相顺序，以所述第一相位后的一第二相位驱动所述马达，且配置所述控制单元控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第一电压电平，若是，则配置所述反电动势检测单元产生所述检测结果，并配置所述控制单元依据所述检测结果输出所述换相信号至所述驱动单元。

优选地，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元计算所述检测结果的数量，并判断所述检测结果的数量是否超过一预定数量，若是，则配置所述控制单元控制所述启动单元进入所述运转模式，以产生一运转信号，且配置所述驱动单元依据所述运转信号驱动所述马达。

优选地，所述反电动势检测单元包括一迟滞比较器，且所述马达启动方法还包括配置所述迟滞比较器检测所述浮接相的反电动势大于一迟滞电压的正值或小于所述迟滞电压的负值，以产生一高电压电平或一低电压电平作为所述检测结果。

优选地，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元依据多个所述相位的所述换相顺序将所述迟滞比较器设定为所述第一电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值，或将所述迟滞比较器设定为所述第二电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值。

优选地，当所述迟滞比较器被设定为所述第一电压电平并判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值时，若判断所述浮接相的反电动势小于所述迟滞电压的负值时，则产生所述低电压电平以作为所述检测结果。

优选地，当所述迟滞比较器被设定为所述第二电压电平以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值时，若判断所述浮接相的反电动势大于所述迟滞电压的正值时，则产生所述高电压电平以作为所述检测结果。

优选地，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元以在产生所述换相信号或所述强制换相信号后，控制所述反电动势检测单元在一屏蔽时间后才检测所述浮接相的反电动势。

优选地，当所述驱动单元接收所述换相信号或所述强制换相信号后，配置所述驱动单元将所述初始启动信号中用于驱动所述马达的所述当前相位的下一相位转换为一软切换信号以驱动所述马达。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达启动装置及方法，不需调整惯性参数，只需加入强制换相参数以避免0力矩的死点，可节省马达设计时间及其它刻录成本，并且适用性高，对于少量多样的风扇产品极具优势。

为使能进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例的马达启动电路的电路架构图。

图2为本发明实施例的马达及驱动单元的电路架构图。

图3为本发明实施例的马达产生的力矩对应上正转时浮接相的反电动势电压示意图。

图4为依据本发明实施例的马达启动第一范例示出的力矩对反电动势电压示意图。

图5为依据本发明实施例的马达启动第一范例示出的马达转子及定子的相对位置示意图。

图6为依据本发明实施例的马达启动第二范例示出的力矩对反电动势电压示意图。

图7为依据本发明实施例的马达启动第二范例示出的马达转子及定子的相对位置示意图。

图8为依据本发明实施例的马达启动第三范例示出的力矩对反电动势电压示意图。

图9A及图9B为依据本发明实施例的马达启动第三范例示出的马达转子及定子的相对位置示意图。

图10为依据本发明实施例的马达启动第四范例示出的力矩对反电动势电压示意图。

图11A及图11B为依据本发明实施例的马达启动第四范例示出的马达转子及定子的相对位置示意图。

图12及图13为根据本发明实施例的马达启动方法的流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“马达启动装置及方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

请一并参阅图1至图3，图1为本发明实施例的马达启动电路的电路架构图，图2为本发明实施例的马达及驱动单元的电路架构图，图3为本发明实施例的马达产生的力矩对应上正转时浮接相的反电动势电压示意图。

参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种马达启动装置1，用于启动一马达11，马达启动装置1包括启动单元10、驱动单元12、浮接点选择单元14、反电动势检测单元16及控制单元18。其中，马达11可为一三相无刷直流马达。

启动单元10可在启动模式及运转模式之间切换，其中在启动模式下，启动单元10依据换相顺序产生具有多个相位的初始启动信号S1，且换相顺序是依据马达的预定转动方向所设定。

如图2所示，驱动单元12耦接于启动单元10及马达11，经配置以初始启动信号S1中的第一相位驱动马达。驱动单元12可接收初始启动信号S1，以分别输出开关信号UH、UL、VH、VL、WH、WL来控制驱动单元12内的各个开关单元的导通或截止状态。

一般而言，马达12具有三个绕组，分别为U线圈绕组U、V线圈绕组V与W线圈绕组W。由图2的电路架构可知，驱动单元12包括晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6，当晶体管M1与晶体管M5开启时，此时马达运转的电流，由电源端经晶体管M1、马达12的U线圈绕组U、V线圈绕组V，并再经由晶体管M5流到地端。

一般正常的马达电流控制是由U线圈绕组U流向V线圈绕组V，U线圈绕组U流向W线圈绕组W，之后换向由U线圈绕组U流向W线圈绕组W，换向电流由V线圈绕组V流向W线圈绕组W，再由V线圈绕组V流向U线圈绕组U，V线圈绕组V流向W线圈绕组W。接着，其他的换相持续的控制U线圈绕组、V线圈绕组、W线圈绕组的电流流向，进而控制马达的转向，上述是马达的换相方式，但这只是控制马达换相的一种，其它的马达的换相方式，于此不加以赘述。

再者，换相顺序可例如图3所示，为依序排列的UV、UW、VW、VU、WU及WV，依据此顺序，启动单元10可产生具有多个相位的初始启动信号S1，且换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV是依据马达的预定转动方向，例如正转所设定。图3亦绘示了在换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV中，所产生的力矩及对应的反电动势。其中，U线圈绕组U作为浮接相时产生的反电动势为Emf_A，V线圈绕组V作为浮接相时产生的反电动势为Emf_B，W线圈绕组W作为浮接相时产生的反电动势为Emf_C。

进一步，浮接点选择单元14耦接于驱动单元12及马达11，用来根据驱动单元12的驱动状况，选择马达11上未被导通的浮接相。例如，以换相顺序中的UV而言，即是U线圈绕组U及V线圈绕组V导通，而此时马达11上未被导通的浮接相为W线圈绕组W，以换相顺序中的UW而言，即是U线圈绕组U及W线圈绕组W导通，而此时马达11上未被导通的浮接相为V线圈绕组V。

进一步，反电动势检测单元16耦接于浮接点选择单元14，经配置以检测浮接相的反电动势具有第一电压电平或第二电压电平，以产生检测结果。举例来说，以换相顺序中的UV而言，即是U线圈绕组U及V线圈绕组V导通，而此时反电动势检测单元16检测马达11上未被导通的浮接相为W线圈绕组W具有第一电压电平或第二电压电平。其中，第一电压电平可为大于0的高电位，而第二电压电平可为小于0的低电位，据此以产生检测结果。

再者，控制单元18耦接于反电动势检测单元16及驱动单元14，经配置以依据换相顺序，例如换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV，来控制反电动势检测单元16对浮接相的反电动势进行检测，以判定反电动势具有第一电压电平或第二电压电平，并根据检测结果，输出换相信号S2至驱动单元12。

其中，在马达11由初始启动信号S1的第一相位驱动后，例如，第一相位可为控制U线圈绕组U及V线圈绕组V导通的开关信号，而反电动势检测单元16检测浮接相(此时为W线圈绕组W)的反电动势(此时为反电动势Emf_C)电压是否具有第二电压电平，若是，则产生检测结果，控制单元18经配置以输出换相信号S2至驱动单元12。

当驱动单元12接收到换相信号S2，可依据换相顺序，以第一相位后的第二相位驱动马达11。举例来说，当第一相位为控制U线圈绕组U及V线圈绕组V导通的开关信号，依据换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV，第二相位为控制U线圈绕组U及W线圈绕组W导通的开关信号。接着，控制单元18控制反电动势检测单元16检测浮接相(此时为V)的反电动势(此时为反电动势Emf_B)电压是否具有第一电压电平，若是，则产生检测结果，控制单元18经配置以依据检测结果输出换相信号S2至驱动单元14。更具体而言，控制单元18是依据换相顺序，决定反电动势检测单元16此时要检测的是第一电压电平或第二电压电平(例如大于0的高电位或小于0的低电位)。例如，依据换相顺序UV及UW，以及预期要在U线圈绕组U、V线圈绕组V、W线圈绕组W上产生的反电动势的趋势，可决定反电动势检测单元16于换相顺序UV时检测第二电压电平(小于0的低电位)，且于换相顺序UW时检测第一电压电平(大于0的高电位)。

再者，控制单元18可包括计数器，用于判断检测结果是否在预定时间内产生，若否，则产生强制换相信号S3，以控制驱动单元12依据换相顺序，以所使用的初始启动信号S1的当前相位的下一相位驱动马达11，例如，当当前相位为控制U线圈绕组U及V线圈绕组V导通的开关信号，依据换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV，下一相位为控制U线圈绕组U及W线圈绕组W导通的开关信号。换言之，当在预定时间内，反电动势检测单元16没有检测到对应的反电动势信号，则强制由UV切换为UW。详细而言，强制换相时间是避免激磁时，转子停在合成总力矩接近于0的点，并且，强制启动设定的时间不能小于启动时转子惯性换相的时间。

此后，以三相无传感器马达为例，以三相六步为一个循环检测浮接相的反电动势电压的高低电平，其目的在于，通过检测浮接相的反电动势电压电平，可使换相点趋近于反电动势零点，以正确启动马达11，进而稳定后可进入运转模式。再者，无须针对反电动势零点进行检测，而省去了对马达惯性参数设定的必要性。

在一些实施例中，控制单元18还可计算检测结果的数量，并经配置以判断检测结果的数量是否超过预定数量，若是，则控制16启动单元进入运转模式，以产生运转信号S4，使驱动单元12依据运转信号S4驱动马达11。

在一些实施例中，反电动势检测单元16可为一迟滞比较器，经配置以检测浮接相的反电动势大于迟滞电压的正值，或小于迟滞电压的负值，以产生高电压电平H或低电压电平L作为检测结果。

例如，控制单元18可依据换相顺序UV、UW、VW、VU、WU及WV，将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势是否小于迟滞电压的负值，或将迟滞比较器设定为第二电压电平，以判断浮接相的反电动势是否大于迟滞电压的正值。

详细而言，在换相顺序为UV时，控制单元18可将迟滞比较器设定为高电位，此时，迟滞比较器检测浮接相的反电动势(此时为W线圈绕组W的反电动势Emf_C)是否小于迟滞电压的负值。在换相顺序为UW时，控制单元18可将迟滞比较器设定为低电位，此时，迟滞比较器检测浮接相的反电动势(此时为V线圈绕组V的反电动势Emf_B)是否大于迟滞电压的正值。如此，将可避免电压小幅扰动造成比较器误判反电动势电压的电平的情形，进而提升检测的精确度。

在一些实施例中，当迟滞比较器被设定为第一电压电平并判断浮接相的反电动势是否小于迟滞电压的负值时，若判断浮接相的反电动势小于迟滞电压的负值时，则产生低电压电平以作为检测结果。另一方面，当迟滞比较器被设定为第二电压电平以判断浮接相的反电动势是否大于迟滞电压的正值时，若判断浮接相的反电动势大于迟滞电压的正值，则产生高电压电平以作为检测结果。

在一些实施例中，控制单元18还可在产生换相信号S2或强制换相信号S3后，控制反电动势检测单元16在一屏蔽时间后才检测浮接相的反电动势。其目的在于避免浮接相在换相时，刚切换而未达到稳定电压时，会造成反电动势电压电平的误判情形。

在一些实施例中，当驱动单元12接收换相信号S2或强制换相信号S4后，将初始启动信号S1中用于驱动马达11的当前相位的下一相位转换为一软切换信号以驱动马达11。举例而言，对于马达线圈与转子而言，在接近换相时点的时候，因为马达线圈与转子的相对位置逐渐接近，会导致感应电动势的变化使得线圈电流增加；不过，在换相的时候，开关组件切换又会造成线圈电流急速下降。此电流的剧烈变化除了会产生噪音，由于转子磁极接近马达线圈时，马达线圈所产生的磁场对于马达转动并没有太大的帮助，因此，在转子磁极接近马达线圈时，线圈电流增加并不会对于驱动马达有明显的帮助。此部分的电流可理解为马达驱动的无效电流，所伴随产生的功耗及磁场形同浪费。因此，软切换信号可定义出固定的提早切换区间，以调整原本的初始启动信号S1的时序，以产生新的控制信号，使线圈电流提早放电到零，避免无效电流的产生。

进一步，请参照图4及图5，为依据本发明实施例的马达启动第一范例示出的力矩对反电动势电压示意图及马达转子及定子的相对位置示意图。

如图所示，假设马达11的初始位置为位置P1，转子及定子示意如图5所示，马达11为一四极六槽马达，转子的磁极N、S及感应产生的磁极N、S如图所示。其中，控制单元18可依据换相顺序UV将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_C)是否小于迟滞电压的负值。此时，由于U相产生S极，V相产生N极，使转子正转，而转子的N极靠近浮接相，而产生N极的反电动势，使反电动势Emf_C产生正值。直到转子的N极远离浮接相，而产生S极的反电动势，使反电动势Emf_C转为负值，迟滞比较器检测到过零点zc1，产生检测结果，控制单元18进而于位置P2产生换相信号S2，使换相顺序由UV进入UW。

在进入UW后，控制单元18可依据换相顺序UW将迟滞比较器设定为第二电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_B)是否大于迟滞电压的负值。此时，由于转子的S极接近浮接相，产生S极的反电动势，使反电动势Emf_B产生负值。直到转子的S极远离浮接相，而产生N极的反电动势，使反电动势Emf_B转为正值，迟滞比较器检测到过零点zc2，产生检测结果，控制单元18进而于位置P3产生换相信号S2，使换相顺序由UW进入VW。在此范例中，由于迟滞比较器可完整检测到反电动势由正转为负或由负转为正的完整趋势，因此换相信号S2产生的时机即为正确的换相时机，检测结果将对应于理想的换相点，当马达11稳定启动后，可进入运转模式。

进一步，请参照图6及图7，为依据本发明实施例的马达启动第二范例示出的力矩对反电动势电压示意图及马达转子及定子的相对位置示意图。

如图所示，假设马达11的初始位置为位置P1，转子及定子示意如图7所示，控制单元18可依据换相顺序UV将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_C)是否小于迟滞电压的负值。此时，由于U相产生S极，V相产生N极，使转子正转，而转子的N极由靠近浮接相转为远离浮接相，而产生N极转为S极的反电动势，使反电动势Emf_C由正值转为负值，此时，迟滞比较器于启动后马上检测到过零点zc1，产生检测结果，控制单元18进而于位置P1产生换相信号S2，使换相顺序由UV进入UW。

在进入UW后，控制单元18可依据换相顺序UW将迟滞比较器设定为第二电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_B)是否大于迟滞电压的负值。此时，由于转子的S极接近浮接相，产生S极的反电动势，使反电动势Emf_B产生负值。直到转子的S极远离浮接相，而产生N极的反电动势，使反电动势Emf_B转为正值，迟滞比较器检测到过零点zc2，产生检测结果，控制单元18进而于位置P3产生换相信号S2，使换相顺序由UW进入VW。在此范例中，由于迟滞比较器可在进入UW后完整检测到反电动势由由负转为正的完整趋势，因此换相信号S2产生的时机即为正确的换相时机，检测结果将对应于理想的换相点，当马达11稳定启动后，可进入运转模式。

进一步，请参照图8、图9A及图9B，为依据本发明实施例的马达启动第三范例示出的力矩对反电动势电压示意图及马达转子及定子的相对位置示意图。

如图所示，假设马达11的初始位置为位置P1，转子及定子的起始示意如图9B所示，控制单元18可依据换相顺序UV将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_C)是否小于迟滞电压的负值。此时，由于U相产生S极，V相产生N极，使转子反转，将会产生一惯性使转子移动到位置P2，而转子及定子的停止转动的示意如图9A所示，而在此过程中，虽然反电动势Emf_C似乎感应出负电动势，然而，由于此时转子方向为反转，因此感应出的反电动势Emf_C实质上为正值。当惯性消失，转子开始正转，反电动势Emf_C由正值转为负值，此时，迟滞比较器于正转后马上检测到反电动势Emf_C小于迟滞电压的负值，进而产生检测结果，控制单元18进而于位置P2产生换相信号S2，使换相顺序由UV进入UW。

在进入UW后，控制单元18可依据换相顺序UW将迟滞比较器设定为第二电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_B)是否大于迟滞电压的负值。此时，由于转子的S极接近浮接相，产生S极的反电动势，使反电动势Emf_B产生负值。直到转子的S极远离浮接相，而产生N极的反电动势，使反电动势Emf_B转为正值，迟滞比较器检测到过零点zc2，产生检测结果，控制单元18进而于位置P3产生换相信号S2，使换相顺序由UW进入VW。在此范例中，由于迟滞比较器可在进入UW后完整检测到反电动势由由负转为正的完整趋势，因此换相信号S2产生的时机即为正确的换相时机，检测结果将对应于理想的换相点，当马达11稳定启动后，可进入运转模式。

进一步，请参照图10、图11A及图11B，为依据本发明实施例的马达启动第四范例示出的力矩对反电动势电压示意图及马达转子及定子的相对位置示意图。

如图所示，假设马达11的初始位置为位置P1，转子及定子的起始示意如图11A所示，控制单元18可依据换相顺序UV将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_C)是否小于迟滞电压的负值。此时，由于U相产生S极，V相产生N极，使转子反转，将会产生一惯性使转子反转，而在此过程中，由于此时转子方向为反转，因此感应出的反电动势Emf_C实质上为负值，迟滞比较器检测到反电动势Emf_C小于迟滞电压的负值，进而产生检测结果，控制单元18进而于位置P2产生换相信号S2，使换相顺序由UV进入UW。

在进入UW后，控制单元18可依据换相顺序UW将迟滞比较器设定为第二电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_B)是否大于迟滞电压的正值。此时，转子仍在反转。直到惯性消失，转子开始正转，反电动势Emf_B由负值转为正值，而转子及定子的停止转动的示意如图11B所示，此时，此时，迟滞比较器于正转后马上检测到反电动势Emf_B大于迟滞电压的正值，进而产生检测结果，控制单元18进而于位置P2产生换相信号S2，使换相顺序由UW进入VW。

在进入VW后，控制单元18可依据换相顺序VW将迟滞比较器设定为第一电压电平，进而判断浮接相的反电动势(此时为反电动势Emf_A)是否小于迟滞电压的负值。此时，由于转子的S极接近浮接相，产生S极的反电动势，使反电动势Emf_A产生负值。直到转子的S极远离浮接相，而产生N极的反电动势，使反电动势Emf_A转为正值，迟滞比较器检测到过零点zc3，产生检测结果，控制单元18进而于位置P3产生换相信号S2，使换相顺序由UW进入VW。在此范例中，由于迟滞比较器可在进入UW后完整检测到反电动势由负转为正的完整趋势，因此换相信号S2产生的时机即为正确的换相时机，检测结果将对应于理想的换相点，当马达11稳定启动后，可进入运转模式。

换言之，依据上述第一范例至第四范例，可知不论马达11中的转子与定子的相对位置为何，均可通过检测浮接相的反电动势电平，进而使换相点趋近反电动势过零点，最终获得理想的换相点。此外，本发明所提供的马达启动装置不需调整惯性参数，只需加入强制换相参数，以避免0力矩的死点，可节省马达设计时间及其它烧录成本，并且适用性高，对于少量多样的风扇产品极具优势。

请参照图12及图13，为根据本发明实施例的马达启动方法的流程图。本实施例所述的方法可以在图1所示的马达启动装置1上执行，因此请一并照图1至图11B以利理解，而马达启动方法包括以下步骤：

步骤S100：配置启动单元进入启动模式，以依据换相顺序产生具有多个相位的初始启动信号，其中换相顺序是依据马达的一预定转动方向所设定；配置一驱动单元以初始启动信号中的一第一相位驱动马达。

步骤S101：配置浮接点选择单元根据驱动单元的驱动状况，选择马达上未被导通的浮接相。

步骤S102：配置反电动势检测单元检测浮接相的反电动势具有第一电压电平或第二电压电平，以产生检测结果。

步骤S103：配置控制单元依据换相顺序控制反电动势检测单元检测浮接相的反电动势具有第一电压电平或第二电压电平，并根据检测结果，输出换相信号至驱动单元。

步骤S104：配置控制单元以判断检测结果是否在预定时间内产生，若是，则回到步骤S101，若否，则进入步骤S105，配置控制单元产生强制换相信号，以控制驱动单元依据换相顺序，以所使用的初始启动信号的当前相位的下一相位驱动马达。

其中在步骤S101中，当马达由初始启动信号的第一相位驱动后(步骤S200)，进入步骤S201：配置反电动势检测单元检测浮接相的反电动势电压是否具有第二电压电平。

若浮接相的反电动势电压具有第二电压电平(步骤S202)，则进入步骤S203，产生检测结果，并配置控制单元输出换相信号至驱动单元，当驱动单元接收到换相信号，进入步骤S204：配置驱动单元以依据换相顺序，以第一相位后的一第二相位驱动马达，且配置控制单元控制反电动势检测单元检测浮接相的反电动势电压是否具有第一电压电平。

若浮接相的反电动势电压具有第一电压电平(步骤S205)，则进入步骤S206：配置反电动势检测单元产生检测结果，并配置控制单元依据检测结果输出换相信号至驱动单元，并回到步骤S101。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达启动装置及方法，不需调整惯性参数，只需加入强制换相参数以避免0力矩的死点，可节省马达设计时间及其它烧录成本，并且适用性高，对于少量多样的风扇产品极具优势。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (16)

1.一种马达启动装置，其特征在于，所述马达启动装置用于启动一马达，所述马达启动装置包括：

一启动单元，经配置以在一启动模式及一运转模式之间切换，其中在所述启动模式下，所述启动单元依据一换相顺序产生具有多个相位的一初始启动信号，且所述换相顺序是依据所述马达的一预定转动方向所设定；

一驱动单元，耦接于所述启动单元及所述马达，经配置以所述初始启动信号中的一第一相位驱动所述马达；

一浮接点选择单元，耦接于所述驱动单元及所述马达，用来根据所述驱动单元的驱动状况，选择所述马达上未被导通的一浮接相；

一反电动势检测单元，耦接于所述浮接点选择单元，经配置以检测所述浮接相的反电动势具有一第一电压电平或一第二电压电平，以产生一检测结果；以及

一控制单元，耦接于所述反电动势检测单元及所述驱动单元，经配置以依据所述换相顺序控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有所述第一电压电平或所述第二电压电平，并根据所述检测结果，输出一换相信号至所述驱动单元；

其中在所述马达由所述初始启动信号的所述第一相位驱动后，所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第二电压电平，若是，则产生所述检测结果，所述控制单元经配置以输出所述换相信号至所述驱动单元，

其中当所述驱动单元接收到所述换相信号，经配置以依据所述换相顺序，以所述第一相位后的一第二相位驱动所述马达，所述控制单元控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第一电压电平，若是，则产生所述检测结果，所述控制单元经配置以依据所述检测结果输出所述换相信号至所述驱动单元，

其中所述控制单元经配置以判断所述检测结果是否在一预定时间内产生，若否，则产生一强制换相信号，以控制所述驱动单元依据所述换相顺序，以所使用的所述初始启动信号的一当前相位的下一相位驱动所述马达。

2.根据权利要求1所述的马达启动装置，其特征在于，所述控制单元经配置以计算所述检测结果的数量，并经配置以判断所述检测结果的数量是否超过一预定数量，若是，则控制所述启动单元进入所述运转模式，以产生一运转信号，所述驱动单元依据所述运转信号驱动所述马达。

3.根据权利要求1所述的马达启动装置，其特征在于，所述反电动势检测单元包括一迟滞比较器，经配置以检测所述浮接相的反电动势大于一迟滞电压的正值或小于所述迟滞电压的负值，以产生一高电压电平或一低电压电平作为所述检测结果。

4.根据权利要求3所述的马达启动装置，其特征在于，所述控制单元经配置以依据多个所述相位的所述换相顺序将所述迟滞比较器设定为所述第一电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值，或将所述迟滞比较器设定为所述第二电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值。

5.根据权利要求4所述的马达启动装置，其特征在于，当所述迟滞比较器被设定为所述第一电压电平并判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值时，若判断所述浮接相的反电动势小于所述迟滞电压的负值时，则产生所述低电压电平以作为所述检测结果。

6.根据权利要求4所述的马达启动装置，其特征在于，当所述迟滞比较器被设定为所述第二电压电平以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值时，若判断所述浮接相的反电动势大于所述迟滞电压的正值时，则产生所述高电压电平以作为所述检测结果。

7.根据权利要求1所述的马达启动装置，其特征在于，所述控制单元进一步经配置以在产生所述换相信号或所述强制换相信号后，控制所述反电动势检测单元在一屏蔽时间后才检测所述浮接相的反电动势。

8.根据权利要求1所述的马达启动装置，其特征在于，当所述驱动单元接收所述换相信号或所述强制换相信号后，将所述初始启动信号中用于驱动所述马达的所述当前相位的下一相位转换为一软切换信号以驱动所述马达。

9.一种马达启动方法，其特征在于，所述马达启动方法用于启动一马达，所述马达启动方法包括下列步骤：

配置一启动单元进入一启动模式，以依据一换相顺序产生具有多个相位的一初始启动信号，其中所述换相顺序是依据所述马达的一预定转动方向所设定；

配置一驱动单元以所述初始启动信号中的一第一相位驱动所述马达；

配置一浮接点选择单元根据所述驱动单元的驱动状况，选择所述马达上未被导通的一浮接相；

配置一反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有一第一电压电平或一第二电压电平，以产生一检测结果；

配置一控制单元依据所述换相顺序控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势具有所述第一电压电平或所述第二电压电平，并根据所述检测结果，输出一换相信号至所述驱动单元；以及

配置所述控制单元以判断所述检测结果是否在一预定时间内产生，若否，则配置所述控制单元产生一强制换相信号，以控制所述驱动单元依据所述换相顺序，以所使用的所述初始启动信号的一当前相位的下一相位驱动所述马达，

其中在所述马达由所述初始启动信号的所述第一相位驱动后，配置所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第二电压电平，若是，则产生所述检测结果，并配置所述控制单元输出所述换相信号至所述驱动单元，

其中当所述驱动单元接收到所述换相信号，配置所述驱动单元以依据所述换相顺序，以所述第一相位后的一第二相位驱动所述马达，且配置所述控制单元控制所述反电动势检测单元检测所述浮接相的反电动势电压是否具有所述第一电压电平，若是，则配置所述反电动势检测单元产生所述检测结果，并配置所述控制单元依据所述检测结果输出所述换相信号至所述驱动单元。

10.根据权利要求9所述的马达启动方法，其特征在于，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元计算所述检测结果的数量，并判断所述检测结果的数量是否超过一预定数量，若是，则配置所述控制单元控制所述启动单元进入运转模式，以产生一运转信号，且配置所述驱动单元依据所述运转信号驱动所述马达。

11.根据权利要求9所述的马达启动方法，其特征在于，所述反电动势检测单元包括一迟滞比较器，且所述马达启动方法还包括配置所述迟滞比较器检测所述浮接相的反电动势大于一迟滞电压的正值或小于所述迟滞电压的负值，以产生一高电压电平或一低电压电平作为所述检测结果。

12.根据权利要求11所述的马达启动方法，其特征在于，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元依据多个所述相位的所述换相顺序将所述迟滞比较器设定为所述第一电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值，或将所述迟滞比较器设定为所述第二电压电平，以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值。

13.根据权利要求12所述的马达启动方法，其特征在于，当所述迟滞比较器被设定为所述第一电压电平并判断所述浮接相的反电动势是否小于所述迟滞电压的负值时，若判断所述浮接相的反电动势小于所述迟滞电压的负值时，则产生所述低电压电平以作为所述检测结果。

14.根据权利要求12所述的马达启动方法，其特征在于，当所述迟滞比较器被设定为所述第二电压电平以判断所述浮接相的反电动势是否大于所述迟滞电压的正值时，若判断所述浮接相的反电动势大于所述迟滞电压的正值时，则产生所述高电压电平以作为所述检测结果。

15.根据权利要求9所述的马达启动方法，其特征在于，所述马达启动方法还包括配置所述控制单元以在产生所述换相信号或所述强制换相信号后，控制所述反电动势检测单元在一屏蔽时间后才检测所述浮接相的反电动势。

16.根据权利要求9所述的马达启动方法，其特征在于，当所述驱动单元接收所述换相信号或所述强制换相信号后，配置所述驱动单元将所述初始启动信号中用于驱动所述马达的所述当前相位的下一相位转换为一软切换信号以驱动所述马达。

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