CN117674647A - 采用马达位置感测校正机制的马达驱动器 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种采用马达位置感测校正机制的马达驱动器。转子位置侦测电路感测马达的转子的位置以输出换相信号。反电动势侦测电路侦测马达的反电动势信号。实际相位差计算电路计算反电动势信号与换相信号之间的相位差作为一实际相位差。误差相位角计算电路计算实际相位差与参考相位差之间的差值，作为一误差相位角。马达驱动器依据误差相位角以校正换相信号，依据校正后的换相信号以判断马达的转子的位置，据以驱动马达。

Description

采用马达位置感测校正机制的马达驱动器
技术领域
本发明涉及马达，特别是涉及一种采用马达位置感测校正机制的马达驱动器。
背景技术
在电子设备中，风扇的马达用于冷却处理器等发热组件。在风扇的马达冷却发热组件的过程中，需正确感测马达的数据，才能依据感测数据适当地驱动马达运转，使风扇马达表现出最适当的冷却性能，适当地冷却发热组件。然而，在风扇组装的过程中，霍尔传感器或其他传感器设于马达上的位置可能与理想位置有误差，导致传感器感测的数据有误差，造成马达驱动器依据感测数据驱动马达运转，无法使马达展现最佳的运转效率。
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采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，适用于马达。所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器包含转子位置侦测电路、反电动势侦测电路、实际相位差计算电路、误差相位角计算电路以及马达驱动电路。转子位置侦测电路设于马达。转子位置侦测电路配置以感测马达的转子的位置，以输出换相信号。反电动势侦测电路连接马达。反电动势侦测电路配置以侦测马达的反电动势以输出反电动势信号。实际相位差计算电路连接反电动势侦测电路。实际相位差计算电路配置以计算反电动势信号与换相信号之间的相位差作为一实际相位差。误差相位角计算电路连接实际相位差计算电路。误差相位角计算电路配置以计算实际相位差与参考相位差之间的差值，作为误差相位角。马达驱动电路连接转子位置侦测电路以及误差相位角计算电路。马达驱动电路配置以依据误差相位角以校正换相信号，依据校正后的换相信号以判断马达的转子的位置，据以驱动马达。
在实施例中，所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器还包含存储电路。存储电路连接误差相位角计算电路。存储电路配置以存储误差相位角。
在实施例中，马达驱动器连接存储电路。马达驱动器配置以依据从存储电路取得的误差相位角，以校正换相信号。
在实施例中，所述马达为单相马达。
在实施例中，所述马达为三相马达。
在实施例中，反电动势侦测电路侦测马达的第一端的第一反电动势信号、马达的第二端的第二反电动势信号以及马达的第三端的第三反电动势信号中的一者或多者。
在实施例中，转子位置侦测电路包含第一转子位置侦测器、第二转子位置侦测器以及第三转子位置侦测器中的一者或多者。第一转子位置侦测器对应马达的第一端设置。第一转子位置侦测器配置以侦测马达的转子的位置以输出第一换相信号。第二转子位置侦测器对应马达的第二端设置。第二转子位置侦测器配置以侦测马达的转子的位置以输出第二换相信号。第三转子位置侦测器对应马达的第三端设置。第三转子位置侦测器配置以侦测马达的转子的位置以输出第三换相信号。
在实施例中，实际相位差计算电路计算第一反电动势信号与第一换相信号之间的相位差作为第一实际相位差，和/或计算第二反电动势信号与第二换相信号之间的相位差作为第二实际相位差，和/或计算第三反电动势信号与第三换相信号之间的相位差作为第三实际相位差。
在实施例中，实际相位差计算电路计算第一实际相位差、第二实际相位差与第三实际相位差的平均值作为一实际平均相位差。误差相位角计算电路计算实际平均相位差与参考相位差之间的差值作为误差相位角。
在实施例中，误差相位角计算电路计算第一实际相位差与参考相位差之间的差值作为第一误差相位角，和/或计算第二实际相位差与参考相位差之间的差值作为第二误差相位角，和/或计算第三实际相位差与参考相位差之间的差值作为第三误差相位角。
在实施例中，所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器还包含存储电路。存储电路连接误差相位角计算电路。存储电路配置以存储第一误差相位角、第二误差相位角以及第三误差相位角中的一者或多者。
在实施例中，马达驱动电路依据第一误差相位角以校正第一换相信号，和/或依据第二误差相位角以校正第二换相信号，和/或依据第三误差相位角以校正第三换相信号。
在实施例中，马达驱动电路计算第一误差相位角、第二误差相位角与第三误差相位角的平均值，以校正第一换相信号、第二换相信号以及第三换相信号中的一者或多者。
在实施例中，马达驱动电路依据校正后的第一换相信号、校正后的第二换相信号、校正后的第三换相信号或其任意组合，以驱动马达。
如上所述，本发明提供一种采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其依据侦测到的马达的反电动势信号与换相信号之间的相位差，来校正转子位置侦测电路(例如霍尔传感器)因位置设置的偏差所导致侦测到的换相信号的误差。马达驱动器依据校正后的换相信号以驱动马达，使马达的电流信号与反电动势信号对准，进而使马达以最佳效率运转。
为使能更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图式，然而所提供的图式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为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器的马达位置侦测校正电路的方块图。
图2为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器与马达驱动器以及马达的方块图。
图3为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器所侦测的马达的U相的霍尔信号以及马达三相的反电动势信号的波形图。
图4为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器所侦测的马达三相的霍尔信号以及马达三相的反电动势信号的波形图。
图5为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器的理想信号的波形图。
图6为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器校正前的实际信号的波形图。
图7为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器校正前的实际信号和校正后的信号的波形图。
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，在不背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。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。
请参阅图1，其为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器的方块图。
本发明实施例的马达驱动器可包含马达位置侦测校正电路100，适用于侦测马达MT，并校正侦测到的马达MT的数据。
马达位置侦测校正电路100可包含转子位置侦测电路110、反电动势侦测电路120、实际相位差计算电路130以及误差相位角计算电路140。若有需要，马达位置侦测校正电路100更可包含存储电路150。
转子位置侦测电路110设于马达MT。反电动势侦测电路120可电性连接或电性接触马达MT。实际相位差计算电路130可连接转子位置侦测电路110、反电动势侦测电路120以及误差相位角计算电路140。存储电路150可连接误差相位角计算电路140。
转子位置侦测电路110可侦测马达MT的转子的位置，依据侦测到的马达MT的转子的位置以判断马达MT的换相状态，以输出换相信号。反电动势侦测电路120可侦测马达MT的反电动势，以输出反电动势信号。
实际相位差计算电路130可判断转子位置侦测电路110接收到的换相信号与从反电动势侦测电路120接收到的反电动势信号之间的相位差，作为一实际相位差。
误差相位角计算电路140可计算从实际相位差计算电路130取得的一实际相位差与(从外部电路接收到的)一参考相位差之间的差值，作为一误差相位角。
若有需要，存储电路150可存储从误差相位角计算电路140接收到的误差相位角。另外，存储电路150也可存储实际相位差、参考相位差、反电动势信号、换相信号等。
马达位置侦测校正电路100的误差相位角计算电路140或存储电路150可连接马达驱动器。马达驱动器可连接马达MT。马达驱动器可依据从误差相位角计算电路140或存储电路150接收到的误差相位角以校正转子位置侦测电路110输出的换相信号，依据校正后的换相信号判断马达MT的转子的位置，据以驱动马达MT。
请参阅图2至图4，其中图2为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器与马达驱动器以及马达的方块图；图3为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器所侦测的马达的U相的霍尔信号以及马达三相的反电动势信号的波形图；图4为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器所侦测的马达三相的霍尔信号以及马达三相的反电动势信号的波形图。
如图2所示，本发明实施例的马达驱动器包含马达驱动电路200，特别是包含马达位置侦测校正电路100。马达位置侦测校正电路100连接马达驱动电路200。马达驱动电路200连接马达MT。
马达驱动电路200可包含控制电路210、驱动电路220以及输出级电路230。马达驱动电路200的控制电路210可如图2所示连接马达位置侦测校正电路100的存储电路150，或实务上直接连接误差相位角计算电路140。
马达驱动电路200的控制电路210可连接马达位置侦测校正电路100的转子位置侦测电路110。在马达驱动电路200内，驱动电路220连接控制电路210以及输出级电路230。输出级电路230连接马达MT。
马达位置侦测校正电路100的反电动势侦测电路120以及马达驱动电路200的输出级电路230可连接马达MT例如为单相马达的第一端O1以及第二端O2，或例如为三相马达的第一端O1、第二端O2以及第三端O3。
转子位置侦测电路110可包含一或个转子位置侦测器，例如一或多个霍尔传感器。若马达MT为三相马达时，转子位置侦测电路110可包含第一转子位置侦测器、第二转子位置侦测器以及第三转子位置侦测器，分别对应马达MT的第一端O1(例如为马达MT的U相端)、第二端O2(例如为马达MT的V相端)以及第三端O3(例如为马达MT的W相端)设置。
第一转子位置侦测器、第二转子位置侦测器以及第三转子位置侦测器可配置以侦测马达的转子的位置，以分别输出如图3所示的第一换相信号HU、如图3和图4所示的第二换相信号HV以及如图3和图4所示的第三换相信号HW。实务上，转子位置侦测电路110可仅侦测第一换相信号HU、第二换相信号HV以及第三换相信号HW中的一或两者。
如图2所示的反电动势侦测电路120可侦测马达MT的第一端O1例如U相端的反电动势，以输出第一反电动势信号EMSU，此第一反电动势信号EMSU的波形可如图3或图4所示。
另外或替换地，如图2所示的反电动势侦测电路120可侦测马达MT的第二端O2例如V相端的反电动势，以输出第二反电动势信号EMSV，此第二反电动势信号EMSV的波形可如图3或图4所示。
另外或替换地，如图2所示的反电动势侦测电路120可侦测马达MT的第三端O3例如W相端的反电动势，以输出第三反电动势信号EMSW，此第三反电动势信号EMSW的波形可如图3或图4所示。
接着，实际相位差计算电路130可计算第一换相信号HU与第一反电动势信号EMSU之间的相位差，作为第一实际相位差Tha1。另外或替换地，实际相位差计算电路130可计算第二换相信号HV与第二反电动势信号EMSV之间的相位差，作为第二实际相位差Tha2。另外或替换地，实际相位差计算电路130可计算第三换相信号HW与第三反电动势信号EMSW之间的相位差，作为第三实际相位差Tha3。
接着，误差相位角计算电路140可计算第一实际相位差Tha1与参考相位差ThaRef之间的差值，作为第一误差相位角Therr1。另外或替换地，误差相位角计算电路140可计算第二实际相位差Tha2与参考相位差ThaRef之间的差值，作为第二误差相位角Therr2。另外或替换地，误差相位角计算电路140可计算第三实际相位差Tha3与参考相位差ThaRef之间的差值，作为第三误差相位角Therr3。
若有需要，马达位置侦测校正电路100的存储电路150可存储第一误差相位角Therr1、第二误差相位角Therr2以及第三误差相位角Therr3中的一者或多者。
马达驱动电路200的控制电路210可从马达位置侦测校正电路100的存储电路150或误差相位角计算电路140取得第一误差相位角Therr1、第二误差相位角Therr2以及第三误差相位角Therr3中的一者或多者。
马达驱动电路200的控制电路210可从马达位置侦测校正电路100的转子位置侦测电路110取得第一换相信号HU、第二换相信号HV、第三换相信号HW中的一者或多者。
马达驱动电路200的控制电路210可依据第一误差相位角Therr1以校正第一换相信号HU，和/或依据第二误差相位角Therr2以校正第二换相信号HV，和/或依据第三误差相位角Therr3以校正第三换相信号HW。
或者，马达驱动电路200的控制电路210可计算第一误差相位角Therr1、第二误差相位角Therr2与第三误差相位角Therr3的平均值，作为一平均误差相位角。控制电路210可依据此平均误差相位角以校正第一换相信号HU、第二换相信号HV以及第三换相信号HW中的一者或多者。
又或者，实际相位差计算电路130可计算第一实际相位差Tha1、第二实际相位差Tha2与第三实际相位差Tha3的平均值，作为一实际平均相位差。误差相位角计算电路140可计算此实际平均相位差与参考相位差ThaRef之间的差值，作为一误差相位角。马达驱动电路200的控制电路210可依据此误差相位角以校正第一换相信号HU、第二换相信号HV、第三换相信号HW中的一者或多者。
接着，马达驱动电路200的控制电路210可依据校正后的第一换相信号HU、第二换相信号HV以及第三换相信号HW中的一者或多者，判断马达MT的状态(包含马达MT的转子位置)，以输出一或多个控制信号。若有需要，控制电路210可依据马达MT的状态例如马达MT的转子位置等其他数据以输出如图2所示的一马达状态数据DW至存储电路150存储。
接着，马达驱动电路200的驱动电路220可依据从控制电路210接收到的一或多个控制信号，以输出一或多个驱动信号。
最后，马达驱动电路200的输出级电路230可依据从驱动电路220接收到的一或多个驱动信号，以输出一或多个输出级信号至马达MT的一或多个端，进而驱动马达MT。
请参阅图2、图5至图7，其中图5为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器的理想信号的波形图，图6为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器校正前的实际信号的波形图，图7为本发明实施例的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器校正前的实际信号和校正后的信号的波形图。
若转子位置侦测电路110例如霍尔传感器设置于风扇内的理想位置时，霍尔传感器输出的换相信号，为如图5所示的参考换相信号HSref。在理想状况下，马达MT的反电动势信号，为如图5所示的参考反电动势信号EMSref。
在理想状况下，马达MT生成的电流信号，为如图5所示的一参考马达电流信号IMref。在理想状况下，马达MT的第一端O1的输出电压，为如图5所示的第一参考输出电压信号VOUT1ref。在理想状况下，马达MT的第二端O2的输出电压，为如图5所示的第二参考输出电压信号VOUT2ref。
值得注意的是，在理想状况下，如图5所示，参考换相信号HSref与参考反电动势信号EMSref之间的相位差为参考相位差ThaRef。
然而，转子位置侦测电路110例如霍尔传感器设置于风扇的实际位置通常会与理想位置有些许误差。其结果为，如图1所示的转子位置侦测电路110例如霍尔传感器所输出的相位信号，为如图6所示的实际换相信号HSact。反电动势信号侦测电路120侦测到的马达MT的反电动势信号，为如图6所示的实际反电动势信号EMact。马达MT生成的电流信号为如图6所示的实际马达电流信号IMact。马达MT的第一端O1的输出电压为如图6所示的第一实际输出电压信号VOUT1act。马达MT的第二端O2的输出电压为如图6所示的第二实际输出电压信号VOUT2act。
值得注意的是，在实际状态下，如图6所示，实际换相信号HSact与实际反电动势信号EMact之间的相位差不等于参考相位差ThaRef，而是等于实际相位差Thaerr。
马达驱动器依据实际换相信号HSact来判断马达MT的转子的位置以驱动马达MT，将导致如图6所示马达MT的实际反电动势信号EMact未对准实际马达电流信号IMact，造成马达MT的运作效率不佳。
因此，本发明的马达位置侦测校正电路100的转子位置侦测电路110侦测到的如图6和图7所示的马达MT的实际换相信号HSact需进行校正，以输出如图7所示的补偿换相信号HScor。
马达驱动电路200依据校正后的换相信号HScor，能精确地判断马达MT的转子的位置，进而有效率地驱动马达MT。其结果为，马达MT生成的反电动势信号，为如图7所示的补偿反电动势信号EMScor。马达MT生成的电流信号，为如图7所示的一补偿马达电流信号IMcor。马达MT的第一端OT1的输出电压，为如图7所示的第一补偿输出电压信号VOUT1act。马达MT的第二端OT2的输出电压，为如图7所示的第二补偿输出电压信号VOUT2act。补偿反电动势信号EMScor对准补偿马达电流信号IMcor。如此，马达驱动电路200所驱动的马达MT以最佳效率运转。
综上所述，本发明提供一种采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其依据侦测到的马达的反电动势信号与换相信号之间的相位差，来校正转子位置侦测电路(例如霍尔传感器)因位置设置的偏差所导致侦测到的换相信号的误差。马达驱动器依据校正后的换相信号以驱动马达，使马达的电流信号与反电动势信号对准，进而使马达以最佳效率运转。
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，所以凡是运用本发明说明书及图式内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。

Claims (14)

1.一种采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动器包含：
转子位置侦测电路，设于马达，配置以感测所述马达的转子的位置，以输出换相信号；
反电动势侦测电路，连接所述马达，配置以侦测所述马达的反电动势以输出反电动势信号；
实际相位差计算电路，连接所述反电动势侦测电路，配置以计算所述反电动势信号与所述换相信号之间的相位差作为实际相位差；
误差相位角计算电路，连接所述实际相位差计算电路，配置以计算所述实际相位差与参考相位差之间的差值，作为误差相位角；以及
马达驱动电路，连接所述转子位置侦测电路以及所述误差相位角计算电路，配置以依据所述误差相位角校正所述换相信号，依据校正后的所述换相信号判断所述马达的转子的位置，据以驱动所述马达。
2.根据权利要求1所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动器还包含：
存储电路，连接所述误差相位角计算电路，配置以存储所述误差相位角。
3.根据权利要求2所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动电路连接所述存储电路，配置以依据从所述存储电路取得的所述误差相位角校正所述换相信号。
4.根据权利要求1所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达为单相马达。
5.根据权利要求1所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达为三相马达。
6.根据权利要求1所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述反电动势侦测电路侦测所述马达的第一端的第一反电动势信号、所述马达的第二端的第二反电动势信号以及所述马达的第三端的第三反电动势信号中的一者或多者。
7.根据权利要求6所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述转子位置侦测电路包含第一转子位置侦测器、第二转子位置侦测器以及第三转子位置侦测器中的一者或多者；
其中，所述第一转子位置侦测器对应所述马达的第一端设置，配置以侦测所述马达的转子的位置以输出第一换相信号；
其中，所述第二转子位置侦测器对应所述马达的第二端设置，配置以侦测所述马达的转子的位置以输出第二换相信号；
其中，所述第三转子位置侦测器对应所述马达的第三端设置，配置以侦测所述马达的转子的位置以输出第三换相信号。
8.根据权利要求7所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述实际相位差计算电路计算所述第一反电动势信号与所述第一换相信号之间的相位差作为第一实际相位差，和/或计算所述第二反电动势信号与所述第二换相信号之间的相位差作为第二实际相位差，和/或计算所述第三反电动势信号与所述第三换相信号之间的相位差作为第三实际相位差。
9.根据权利要求8所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述实际相位差计算电路计算所述第一实际相位差、所述第二实际相位差与所述第三实际相位差的平均值作为一实际平均相位差，所述误差相位角计算电路计算所述实际平均相位差与所述参考相位差之间的差值作为所述误差相位角。
10.根据权利要求8所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述误差相位角计算电路计算所述第一实际相位差与所述参考相位差之间的差值作为第一误差相位角，和/或计算所述第二实际相位差与所述参考相位差之间的差值作为第二误差相位角，和/或计算所述第三实际相位差与所述参考相位差之间的差值作为第三误差相位角。
11.根据权利要求10所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动器还包含：
存储电路，连接所述误差相位角计算电路，配置以存储所述第一误差相位角、所述第二误差相位角以及所述第三误差相位角中的一者或多者。
12.根据权利要求11所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动电路依据所述第一误差相位角以校正所述第一换相信号，和/或依据所述第二误差相位角以校正所述第二换相信号，和/或依据所述第三误差相位角以校正所述第三换相信号。
13.根据权利要求12所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动电路计算所述第一误差相位角、所述第二误差相位角与所述第三误差相位角的平均值，以校正所述第一换相信号、所述第二换相信号以及所述第三换相信号中的一者或多者。
14.根据权利要求12或13所述的采用马达位置感测校正机制的马达驱动器，其特征在于，所述马达驱动电路依据校正后的所述第一换相信号、校正后的所述第二换相信号、校正后的所述第三换相信号或其任意组合，以驱动所述马达。
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