CN114123875A

CN114123875A - 马达控制器

Info

Publication number: CN114123875A
Application number: CN202010877719.9A
Authority: CN
Inventors: 朱健纶
Original assignee: Global Mixed Mode Technology Inc
Current assignee: Global Mixed Mode Technology Inc
Priority date: 2020-08-27
Filing date: 2020-08-27
Publication date: 2022-03-01
Anticipated expiration: 2040-08-27
Also published as: CN114123875B

Abstract

一种马达控制器，用以降低马达噪音。该马达控制器用以驱动一马达，其中该马达具有一马达线圈与一转子。该转子是由4个磁极区域N1、S1、N2以及S2进行相位切换。该4个磁极区域具有一制造公差且该磁极区域N1具有一时间区间T1。该马达控制器具有一开关电路、一控制单元、一相位侦测单元以及一电流侦测单元。该开关电路用以供应一驱动电流至该马达线圈。根据该制造公差与该时间区间T1，将侦测该驱动电流的时间点设成相位切换前提早一比例时间PT，其中PT/T1大于该制造公差。

Description

马达控制器

技术领域

本发明关于一种马达控制器，特别是关于一种用以降低马达噪音的马达控制器。

背景技术

一般马达于转动过程中会受到槽极不对称的影响而造成相位切换时马达线圈仍有残余电流，使得马达转动时会发出机械式的噪音。现有技术中，可于相位切换时通过侦测流经马达线圈的电流，用以决定是否对下一周期所输出的多个驱动信号的时序进行调整，其中多个驱动信号用以控制一驱动电路。驱动电路可为一H桥式(H-bridge)结构的电路。然而，一般马达的转子可区分成多个磁极区域。当多个磁极区域的大小因制造公差而不同时，此做法可能使得马达线圈于相位切换时仍有残余电流而产生马达噪音。

发明内容

有鉴于前述问题，本发明的目的在于提供一种可降低马达噪音的马达控制器。

依据本发明提供该马达控制器。该马达控制器用以驱动一马达，其中该马达具有一马达线圈与一转子。该转子是由4个磁极区域N1、S1、N2以及S2进行相位切换。该4个磁极区域具有一制造公差且该磁极区域N1具有一时间区间T1。该马达控制器具有一开关电路、一控制单元、一相位侦测单元以及一电流侦测单元。该开关电路用以供应一驱动电流至该马达线圈。根据该制造公差与该时间区间T1，将侦测该驱动电流的时间点设成相位切换前提早一比例时间PT，其中PT/T1大于该制造公差。接着根据一提早控制机制以降低后续相位切换时的该驱动电流。如此，即可降低因该制造公差而产生的马达噪音。

附图说明

图1为本发明一实施例的马达控制器的示意图。

图2A为本发明一实施例的转子的示意图。

图2B为本发明另一实施例的转子的示意图。

图3为本发明一实施例的时序图。

附图标记说明：10-马达控制器；100-开关电路；110-控制单元；120-相位侦测单元；130-电流侦测单元；101-第一晶体管；102-第二晶体管；103-第三晶体管；104-第四晶体管；Vm-电压源；GND-地面电位；L-马达线圈；O1-第一端点；O2-第二端点；IL-驱动电流；C1-第一控制信号；C2-第二控制信号；C3-第三控制信号；C4-第四控制信号；Vps相位信号；Vd侦测信号；N1,S1,N2,S2-磁极区域；T1,T2,T3,T4-时间区间；Td1,Td2,Td3-时间点；Tr参考时间；T-周期。

具体实施方式

下文中的说明将使本发明的目的、特征、与优点更明显。兹将参考图式详细说明依据本发明的较佳实施例。

图1为本发明一实施例的马达控制器10的示意图。马达控制器10用以驱动一马达，其中马达具有一马达线圈L与一转子。图2A为本发明一实施例的转子的示意图。本实施例的转子是由4个磁极区域N1、S1、N2、以及S2在进行相位切换，但本发明不为所限。在理想情形下，磁极区域N1、S1、N2以及S2的大小应该是各占转子的四分之一。如图2A所示，因为实际制程时会有误差，磁极区域N1、S1、N2以及S2的大小并不会各占转子的四分之一。因此，不论转子是由2个磁极区域、4个磁极区域、或4个以上磁极区域所组成时，皆可定义一制造公差(Manufacturing Tolerance)来代表实际制程时所允许的误差。图2B为本发明另一实施例的转子的示意图。当转子是由2个磁极区域N1与S1进行相位切换时，亦可定义出另一制造公差。

如图1所示，马达线圈L具有一第一端点O1与一第二端点O2。马达控制器10具有一开关电路100、一控制单元110、一相位侦测单元120以及一电流侦测单元130。开关电路100具有一第一晶体管101、一第二晶体管102、一第三晶体管103以及一第四晶体管104，用以供应一驱动电流IL至马达线圈L。第一晶体管101耦合至一电压源Vm与第一端点O1而第二晶体管102耦合至第一端点O1与一地面电位GND。第三晶体管103耦合至电压源Vm与第二端点O2而第四晶体管104耦合至第二端点O2与地面电位GND。第一晶体管101、第二晶体管102、第三晶体管103以及第四晶体管104可为一P型金氧半晶体管或一N型金氧半晶体管。于图1中，第一晶体管101与第三晶体管103以两个P型金氧半晶体管为例。第二晶体管102与第四晶体管104以两个N型金氧半晶体管为例。

控制单元110产生一第一控制信号C1、一第二控制信号C2、一第三控制信号C3以及一第四控制信号C4，用以分别控制第一晶体管101、第二晶体管102、第三晶体管103以及第四晶体管104的开关情形。控制单元110轮流由一第一驱动模式与一第二驱动模式以提供电能给马达。于第一驱动模式下，控制单元110通过控制第一控制信号C1与第四控制信号C4，用以导通第一晶体管101与第四晶体管104。此时电流从电压源Vm依序流经第一晶体管101、马达线圈L以及第四晶体管104，以此模式将电能传送给马达。于第二驱动模式下，控制单元110通过控制第二控制信号C2与第三控制信号C3，用以导通第二晶体管102与第三晶体管103。此时电流从电压源Vm依序流经第三晶体管103、马达线圈L以及第二晶体管102，以此模式将电能传送给马达。通过重复地于第一驱动模式与第二驱动模式中切换，即可使马达正常运转。

相位侦测单元120产生一相位信号Vps至控制单元110，其中相位侦测单元120为一霍尔感测元件或一反电动势侦测电路。举例而言，霍尔感测元件可用以感测转子于各磁极区域N1、S1、N2以及S2的位置变化而产生相位信号Vps。因此，通过相位信号Vps可得知目前转子切换至磁极区域N1、S1、N2以及S2的哪一相位。电流侦测单元130耦合至第一端点O1与第二端点O2，用以侦测驱动电流IL且产生一侦测信号Vd至控制单元110。

图3为本发明一实施例的时序图。磁极区域N1具有一时间区间T1。磁极区域S1具有一时间区间T2。磁极区域N2具有一时间区间T3。磁极区域S2具有一时间区间T4。磁极区域N1、S1、N2以及S2具有一周期T，其中T＝T1+T2+T3+T4。根据制造公差用以决定侦测驱动电流IL的时间点Td1，其中Td1<T1。本发明中(T1-Td1)/T1可被设计成大于制造公差。因此，当制造公差为N％时，时间点Td1可被设定在小于(1-N％)×T1处，其中N>0。当电流侦测单元130于时间点Td1时侦测到驱动电流IL大于0时，控制单元110可于后续相位切换时提早一参考时间Tr去控制开关电路100，以降低相位切换时的驱动电流IL。也就是说，控制单元110会去执行一提早控制机制。具体而言，若电流侦测单元130于时间点Td1时侦测到驱动电流IL大于0时，控制单元110可通过控制开关电路100使得第一端点O1的电压在(T1+T2+T3-Tr)时间点从一高位准H改成一低位准L且使得第二端点O2的电压在(T1+T2+T3+T4-Tr)时间点从高位准H改成低位准L。此外，本发明亦可选择从下一周期后控制单元110才于相位切换时提早参考时间Tr去控制开关电路100。换言之，若电流侦测单元130于时间点Td1时侦测到驱动电流IL大于0时，控制单元110可通过控制开关电路100使得第一端点O1的电压在(T+T1-Tr)时间点从高位准H改成低位准L。

本发明依据不同的设计考虑，可选择下一次侦测驱动电流IL的时间点为Td2或Td3，其中时间点Td2可被设定在小于T1+T2+(1-N％)×T3处而时间点Td3可被设定在小于T+(1-N％)×T1处。若下一次侦测到驱动电流IL仍大于0时，可重复提早控制机制，直到最后侦测到驱动电流IL等于0时，即可降低因制造公差而产生的马达噪音。

本发明的马达控制器10可应用于一单相马达或一多相马达。此外，本发明可适用于有电感性的致动器，例如无刷马达、直流马达、音圈马达、或电磁致动器。本发明根据制造公差与时间区间T1，将侦测驱动电流IL的时间点设成相位切换前提早一比例时间PT，其中PT/T1大于制造公差。接着根据提早控制机制以降低后续相位切换时的驱动电流IL。如此，即可降低因制造公差而产生的马达噪音。

虽然本发明业已通过较佳实施例作为例示加以说明，应了解者为：本发明不限于此被揭露的实施例。相反地，本发明意欲涵盖对于本领域技术人员而言为明显的各种修改与相似配置。因此，申请专利范围应根据最广的诠释，以包含所有此类修改与相似配置。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种马达控制器，用以驱动一马达，该马达具有一马达线圈与一转子，该转子具有一第一磁极区域与一第二磁极区域以进行相位切换，该第一磁极区域与该第二磁极区域具有一制造公差，该第一磁极区域具有一第一时间区间T1，其特征在于，该马达控制器包含：

一开关电路，用以提供一驱动电流至该马达线圈；

一控制单元，用以控制该开关电路；

一相位侦测单元，用以产生一相位信号至该控制器；以及

一电流侦测单元，用以侦测该驱动电流且产生一侦测信号至该控制单元，其中根据该制造公差以决定侦测该驱动电流的一第一时间点Td1，其中Td1<T1。

2.如权利要求1所述的马达控制器，其特征在于，当该制造公差为N％时，Td1<(1-N％)×T1且N>0。

3.如权利要求2所述的马达控制器，其特征在于，该马达控制器应用于一单相马达或一多相马达。

4.一种马达控制器，用以驱动一马达，该马达具有一马达线圈与一转子，该转子具有一第一磁极区域、一第二磁极区域、一第三磁极区域以及一第四磁极区域以进行相位切换，该第一磁极区域、该第二磁极区域、该第三磁极区域以及该第四磁极区域具有一制造公差，该第一磁极区域具有一第一时间区间T1，该第二磁极区域具有一第二时间区间T2，该第三磁极区域具有一第三时间区间T3，该第四磁极区域具有一第四时间区间T4，该马达线圈具有一第一端点与一第二端点，其特征在于，该马达控制器包含：

一开关电路，用以提供一驱动电流至该马达线圈；

一控制单元，用以控制该开关电路；

一相位侦测单元，用以产生一相位信号至该控制器；以及

5.如权利要求4所述的马达控制器，其特征在于，当该制造公差为N％时，Td1<(1-N％)×T1且N>0。

6.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，根据该制造公差以决定侦测该驱动电流的一第二时间点Td2且Td2<T1+T2+(1-N％)×T3。

7.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，根据该制造公差以决定侦测该驱动电流的一第三时间点Td3且Td3<T1+T2+T3+T4+(1-N％)×T1。

8.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，当该电流侦测单元于第一时间点Td1时侦测到该驱动电流大于0时，该控制单元通过控制该开关电路使得该第一端点的电压在(T1+T2+T3-Tr)时间点从一高位准改成一低位准，其中Tr为一参考时间。

9.如权利要求8所述的马达控制器，其特征在于，当该电流侦测单元于第一时间点Td1时侦测到该驱动电流大于0时，该控制单元通过控制该开关电路使得该第二端点的电压在(T1+T2+T3+T4-Tr)时间点从该高位准改成该低位准。

10.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，当该电流侦测单元于第一时间点Td1时侦测到该驱动电流大于0时，该控制单元通过控制该开关电路使得该第一端点的电压在(T1+T2+T3+T4+T1-Tr)时间点从一高位准改成一低位准，其中Tr为一参考时间。

11.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，该开关电路包含：

一第一晶体管，耦合至一电压源与该第一端点；

一第二晶体管，耦合至该第一端点与一地面电位；

一第三晶体管，耦合至该电压源与该第二端点；以及

一第四晶体管，耦合至该第二端点与该地面电位。

12.如权利要求11所述的马达控制器，其特征在于，该第一晶体管与该第三晶体管分别为一P型金氧半晶体管，且该第二晶体管与该第四晶体管分别为一N型金氧半晶体管。

13.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，该电流侦测单元耦合至该第一端点与该第二端点。

14.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，该相位侦测单元为一霍尔感测元件。

15.如权利要求5所述的马达控制器，其特征在于，该马达控制器应用于一单相马达或一多相马达。