CN1204182A - 以脉宽调制模式降低旋转速度的电机驱动装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种电机驱动装置和方法,用PWM(脉冲宽度调制)控制系统控制PWM时间周期的占空因数以改变电机转速。设置有开关SW1至SW4以控制提供到具有第一、第二输入端的电机的电流。这些开关的操作是按激励脉冲电路产生的PWM信号控制的。在PWM周期中前面一个时间周期(A或C)或(B或D),开关SW1至SW4组合为不同的通/断状态,提供电机驱动电流或再生电流,可获得较好加速跟随特性或较好的减速跟随特性。

Description

以脉宽调制模式降低旋转速度的电机驱动装置及方法
本发明涉及一种电机驱动装置和一种电机驱动方法。尤其是，本发明涉及能够控制主轴电机、无刷电机及类似电机的转速的速度控制技术。
通常，为旋转CD-ROM(压缩光盘)和DVD(数字视频光盘)，在此领域中已知的是用三相主轴电机。为驱动三相主轴电机，采用了具有PWM(脉宽调制)控制系统的电机驱动装置。在这样一种PWM控制系统中，电机的转速是使用脉冲宽度调制信号控制的。在图1中给出了一典型的PWM型电机驱动装置。为了简化说明，图中仅示出了对应于单相电机的电路结构。如图1所示，此电机驱动装置是由激励脉冲产生电路40、电机45、及开关S1、S2、S3和S4构成。
激励脉冲产生电路40是由一逻辑电路构成。激励脉冲产生电路40产生用于控制电机45转速的PWM信号501、502、503、及504，然后将这些PWM信号分别提供给开关S1、S2、S3和S4。这些PWM信号501、502、503、及504中的每一个都是一具有时间周期“T”(在后面将称为“PWM时间周期T”)的脉冲信号。这些PWM信号中的每一个的占空因数是对应于将被控制的转速改变的。
电机45具有第一输入端47和第二输入端48。此电机45的转速是由提供到第一输入端47的第一驱动信号和提供到第二输入端48的第二驱动信号控制的。
在由激励脉冲产生电路40产生的PWM信号501、502、503、504居于高电平(“H”电平)时，开关S1、S2、S3、及S4接通，而在这些PWM信号501、502、503、504居于低电平(“L”)时，开关S1、S2、S3、及S4断开。
如图1所示出的，开关S1的一端与加有电源电压的VM端46连接，其另一端与电机45的第一输入端47和开关S2的一端连接。开关S2的另一端接地。开关S3的一端与VM端46连接，其另一端与电机45的第二输入端48和开关S4的一端连接。开关S4的另一端接地。
下面将描述采用上述结构的电机驱动装置的操作。图2A示出了向电机45的第一输入端47提供的第一驱动信号的波形(电位电平)，图2B示出了向电机45的第二输入端48提供的第二驱动信号的波形(电位电平)。第一驱动信号和第二驱动信号的波形是通过接通／断开开关S1、S2、S3和S4确定的。在图2A和图2B中，符号“T”表示时间周期。
图3表示在图2A所示的第一驱动信号的和在图2B所示的第二驱动信号的各个时间周期A、B、C和D中各个开关S1、S2、S3和S4的通／断状态。图4A至图4D显示了在各个不同的时间周期A、B、C、D内电机驱动电流从VM端46经电机45至接地点的流动路径。
在电机45被驱动时，首先对应于由外部电路提供的控制信号(未示出)启动激励脉冲产生电路40。因此，激励脉冲产生电路40输出PWM信号501、502、503和504，以至于以下面将描述的方式控制每个PWM时间周期开关S1、S2、S3、S4的接通／断开操作。
也就是，在某一PWM时间周期的时间周期A，开关S1和S4都接通，而开关S2和S3都断开。结果，电机驱动电流从VM端46经图4A箭头所示的路径流到接地点。此外，电机45被驱动从而沿预选的方向旋转。
在该PWM时间周期中的时间周期B，开关S1被接通，而开关S2、S3、S4被断开。结果，如图4B所示，从VM端46通向接地点的电流路径被中断，致使第二输入端48的电位处于非确定状态。因此，由于没有电流流入电机45，所以电机45不被驱动。然而，由于惯性使电机45继续旋转。
接下来，由于PWM时间周期是以相似的方式重复的，所以电机45沿前面所述的预选方向旋转。在此情况下，电机驱动电流流过电机45的持续时间被延长的越长，换句话说，在各个PWM时间周期中的时间周期A被延长的越长，在电机45的电枢转子中产生的力越大。因此，电机45的转速提高。
当电机45以这种方式以一预先确定的角度旋转时，由于相位被改变，流过电机45的电机驱动电流必须沿与上述方向相反的方向流经电流通道。为此，在相位已改变后的PWM时间周期的时间周期C，开关S1和S4被断开，开关S2和S3被接通。因此，电机驱动电流经图4A中箭头所示的路径从VM端46流到接地点。因此，电机45被驱动，从而沿上述的预选方向旋转。
在此PWM时间周期的时间周期D，开关S3接通，而开关S1、S2和S4断开。结果，如图4D所示，从VM端46通向接地点的电流路径被中断，致使第二输入端48的电位处于非确定状态。因此，由于没有电流流入电机45，所以电机45不被驱动。然而，由于惯性使电机45继续旋转。
接下来，由于PWM时间周期是以相似的方式重复的，所以电机45沿前面所述的预选方向旋转。在此情况下，类似地电机驱动电流流过电机45的持续时间被延长的越长，换句话说，在各个PWM时间周期中的时间周期C被延长的越长，在该电机45的电枢转子中产生的力增加越大。因此，电机45的转速提高。
在上面所述的常规的电机驱动装置中，电机45的旋转速度是以这样一种情况增加的，即，在时间周期A中改变PWM信号的占空因数以至于延长开关S1和S4的接通时间，此外在时间周期C改变PWM信号的占空因数以便于延长开关S2和S3的接通时间。结果，可以得到更好的加速跟随特性。
然而，在常规的电机驱动装置中，存在一个问题，即在较好的情况下，不能得到减速跟随特性。换句话说，为降低电机的转速，激励脉冲产生电路40以这样一种方式改变PWM信号的占空因数，即在时间周期A中各个开关S1和S4以及在时间周期C中各个开关S2和S3的接通时间被缩短。然而，在PWM时间周期的后半部(即，时间周期B和时间周期D)，流经电机45的电枢转子的所有电机驱动电流的电流通路被中断。结果，电机45的减速跟随特性显著的变坏。
还有，例如CD-ROM的主轴电机需要很高的减速跟随特性。为满足这样一种要求，可以提供一种即可以实现缩短制动操作又可以反向旋转操作的减速装置，以便于降低由于惯性力造成的电机继续旋转的转速。然而，另一个问题是当分立地设置这样一个减速装置时，需要有主轴电机的复杂的转速控制序列。
在以基于名称为“以PWM模式降低电机驱动器中能耗的同步整流方法”的美国专利5309078为优先权申请的日本专利公开(JP-A-平5-211780)中披露了相关技术。即，该同步调整方法是与脉冲宽度调制(PWM)技术相关的，经常用于降低多相电机中的电能消耗，斩波电机线圈中电流的峰值电流，以实现最大力矩，以允许快加速并将芯片中消耗的电能降到与占空周期相称的水平。在电流被切断期间，以形成在电机线圈内的电流可以被消耗掉。此外，在PWM模式斩波期间，当有效线圈的开关晶体管被断开时，在驱动线圈中由开关晶体管提供一非整流接地返回通路。这个非整流接地返回通路是由与反馈二极管并联的开关晶体管提供的，并以同步整流的形式操作。
这就为线圈电流提供了变换的电流通路，以减少二极管两端的电压降，从而降低芯片中电能消耗和热。
然而，在日本JP-A-平5211780描述的方法中没有公开能够改善减速跟随特性的技术。
本发明是为解决上述问题完成的，本发明的一个目的是提供一种PWM控制型电机驱动装置和PWM控制型电机驱动方法，能够简单有效的降低电机的转速，同时获得高质量的减速跟随特性。
为实现上述目的，根据本发明的第一方面，用于变化PWM(脉冲宽度调制)时间周期的占空因数以改变电机转速的电机驱动装置包括：
一个包括开关的开关单元，用于接通／断开该开关以控制流过所述电机的电机驱动电流；以及
用于产生一PWM信号的激励脉冲产生单元，该PWM信号用于以这样一种方式控制开关单元，即电机驱动电流可以在所述PWM时间周期的前面的一个时间周期自电源经所述电机流到接地点，且一再生电流能够在所述PWM时间周期的随后的一个时间周期沿与所述电机驱动电流方向相反的方向流动。
还有，根据本发明的第二方面，用于变化PWM(脉冲宽度调制)时间周期的占空因数以改变电机转速的电机驱动方法包括以下步骤：
在所述PWM时间周期的前面的一个时间周期使驱动电流由电源经所述的电机流到接地点；以及
在所述PWM时间周期的随后的一个时间周期使再生电流沿与所述驱动电流的方向相反的方向流动。
为更好的理解本发明，将结合附图进行详细的描述。
图1示出了一常规电机驱动装置的实例；
图2A示出了自图1所示的电机的第一输入端输出的第一驱动信号的波形；
图2B示出了自图1所示的电机的第二输入端输出的第二驱动信号的波形；
图3表示为了产生如图2A所示的第一驱动信号和图2B所示的第二驱动信号，在各个时间周期A、B、C和D中各个开关S1、S2、S3和S4的通／断状态；
图4A示出了在图3所示的时间周期A中电机驱动电流流动的路径；
图4B示出了在图3所示的时间周期B中电机驱动电流流动的路径；
图4C示出了在图3所示的时间周期C中电机驱动电流流动的路径；
图4D示出了在图3所示的时间周期D中电机驱动电流流动的路径；
图5为本发明第一实施例的电机驱动装置的电路结构图；
图6A表示图5所示的电机驱动装置输出的第一驱动信号的波形；
图6B表示图5所示的电机驱动装置输出的第二驱动信号的波形；
图7是为了产生图6A所示的第一驱动信号和图6B所示的第二驱动信号，显示在各个时间周期A至D中各个开关SW1至SW4的通／断状态的状态图；
图8A表示在图7中显示的时间周期A中电机驱动电流流动的路径；
图8B表示在图7中显示的时间周期B中电机驱动电流流动的路径；
图8C表示在图7中显示的时间周期C中电机驱动电流流动的路径；
图8D表示在图7中显示的时间周期D中电机驱动电流流动的路径；
图9为本发明第二实施例的电机驱动装置的电路结构图；
图10A表示图9所示的电机驱动装置输出的第一驱动信号的波形；
图10B表示图9所示的电机驱动装置输出的第二驱动信号的波形；
图10C表示图9所示的电机驱动装置输出的第三驱动信号的波形；
图11A表示图9所示的电机驱动装置在一个时间周期T内，在时间周期A和时间周期B提供给第一输入端U的第一驱动信号的波形；
图11B表示图9所示的电机驱动装置在一个时间周期T内，在时间周期A和时间周期B提供给第三输入端W的第三驱动信号的波形；
图12A示出在图11A中所示的时间周期A中电机驱动电流的路径；
图12B示出在图11B中所示的时间周期B中电机驱动电流的路径。
现将参照附图对本发明的最佳实施例的电机驱动装置进行详细的描述。
第一实施例
本发明的第一最佳实施例的电机驱动装置的电路结构与前面所述的常规电机驱动装置的电路结构基本相同。然而，第一实施例的电机驱动装置具有一特别的技术上的区别点，即，自第一实施例的激励脉冲产生电路1输出的PWM信号的特性。
图5示意地示出本发明第一最佳实施例的电机驱动装置的电路结构图。还有，为了简化说明，在图5中仅示出了与单相相对应的电路结构。如图5所示，第一实施例的该电机驱动装置是由激励脉冲产生电路1、电机6以及开关SW1、SW3和SW4构成的。
激励脉冲产生电路1是由逻辑电路构成的。此激励脉冲产生电路1产生用于控制电机6转速的PWM(脉冲宽度调制)控制信号101、102、103、及104，然后将这些信号分别提供给开关SW1、SW2、SW3和SW4。这些PWM信号101、102、103和104中的每一个均为具有“PWM时间周期”的一脉冲信号。这些PWM信号中每一个的占空因数或占空比是与将被控制的转速相对应改变的。
电机6具有一第一输入端8和第二输入端9。电机6的转速是由提供到第一输入端8的第一驱动信号和提供到第二输入端9的第二驱动信号控制的。
这些开关SW1、SW2、SW3和SW4是由MOS晶体管或双极晶体管等构成的。当激励脉冲产生电路1产生的PWM信号101、102、103和104拥有高电平(“H”电平)时，开关SW1、SW2、SW3和SW4接通，当这些PWM信号101、102、103和104拥有低电平(“L”电平)时，这些开关SW1、SW2、SW3和SW4断开。
如图5中所示，第一开关SW1的一端与提供电源的VW端7连接，其另一端与电机6的第一输入端8和开关SW2的一端连接；第二开关SW2的另一端接地；第三开关SW3的一端与VM端7连接，另一端与电机6的第二输入端9和第四开关SW4的一端连接，开关SW4的另一端接地。
现将描述具有上述电路结构的电机驱动装置的操作。图6A示出向电机6的第一输入端8提供的第一驱动信号的波形(电位电平)；图6B示出了向电机6的第二输入端9提供的第二驱动信号的波形(电位电平)。第一驱动信号和第二驱动信号的波形是由开关SW1、SW2、SW3和SW4的接通／断开确定的。在图6A和6B中，符号“T”代表一个PWM时间周期。
图7表示在图6A所示的第一驱动信号和图6B所示的第二驱动信号的各个时间周期A、B、C和D中各个开关SW1、SW2、SW3和SW4的通／断状态。图8A至图8D表示在各个时间周期A、B、C和D中自VM端7经电机至接地点的电机驱动电流流动的路径。
在电机6被驱动时，首先对应于由外部电路提供的控制信号(未示出)启动激励脉冲产生电路1。因此，激励脉冲产生电路1输出PWM信号101、102、103和104，以至于以下面将描述的方式控制每个PWM时间周期开关SW1、SW2、SW3、SW4的接通／断开操作。
也就是，在某一PWM时间周期的时间周期A，开关SW1和SW4都接通，而开关SW2和SW3都断开。结果，电机驱动电流从VM端7经图8A箭头所示的路径流到接地点。此外，电机6被驱动从而沿预选的方向旋转。
在此PWM时间周期中的时间周期B，开关SW1和SW3被接通，而开关S2、S4被断开。结果，如图8B所示，从VM端7通向接地点的电流路径被中断。然而，由于惯性力旋转电机6所造成的电磁感应，所以产生如图8B箭头所示的从第二输入端9至第一输入端8的一再生电流。由于产生了再生电流，电机6的旋转能量被转换成热。因此，产生热损耗，并且降低了旋转能量，致使电机6的转速可能降低。
接下来，由于PWM时间周期是以相似的方式重复的，所以电机6沿前面所述的预选方向旋转。在此情况下，电机驱动电流流过电机6的持续时间被延长的越长，换句话说，在各个PWM时间周期中的时间周期A被延长的越长，在电机6的电枢转子中产生的力增加的越大。结果，电机6的转速增加。在另一方面，电机驱动电流流过电机6的持续时间被缩短的越短，换句话说，在各个PWM时间周期中的时间周期B被延长的越长，流经电机6的再生电流引起的旋转能量的消耗增加，电机6的转速被降低。因此，按照第一实施例的电机驱动装置，可以在更好的状态下维持电机6的加速跟随特性的同时，也改善了此电机6的减速跟随特性。
当电机6以这种方式以一预先确定的角度旋转时，由于相位变化，流过电机6的电机驱动电流必须沿与上述方向相反的方向流经电流通道。为此，在相位已改变后的PWM时间周期的时间周期C，开关S1和S4被断开，开关S2和S3被接通。因此，电机驱动电流按图8C中箭头所示的路径从VM端7流到接地点。因此，电机6被驱动，从而沿上述的预选方向旋转。
还有，在此PWM时间周期的时间周期D，开关SW1和SW3接通，而开关SW2和SW4断开。结果，如图8D所示，从VM端7指向接地点的电流路径被中断。然而，由于惯性力旋转电机6所造成的电磁感应，所以产生如图8D箭头所示的从第一输入端8至第二输入端9的一再生电流。由于产生的再生电流，电机6的旋转能量被转换成热。因此，产生热损耗，并且降低了旋转能量，致使电机6的转速可能降低。
接下来，由于PWM时间周期是以相似的方式重复的，所以电机6沿前面所述的预选方向旋转。在此情况下，由于相似的原因，可以在更好的状态下维持电机6的加速跟随特性的同时，也改善了此电机6的减速跟随特性。
第二实施例
现将对本发明的第二实施例的电机驱动装置进行描述。在第二实施例中，描述的是用于三相电机操作的最佳电路构成。图9为本发明第二实施例的电机驱动装置的电路结构图。第二实施例的电机驱动装置是由激励脉冲产生电路10、放大器11、基准振荡器12、PWM比较器13、延迟电路14、15、16、17、18、19和驱动缓冲放大器20、21、22、23、24、25组成。第二实施例的电机驱动装置还设有开关SW1’、SW2’、SW3’、SW4’、SW5’、SW6’、电阻32、基准电源33、电流检测比较器34和电机35。
电机35是由具有第一输入端U、第二输入端V、及第三输入端W的三相电机构成。这个三相电机35检测电枢转子的旋转位置，然后将检测的旋转位置作为位置感测信号308馈送到激励脉冲产生电路10。
激励脉冲产生电路10是由一逻辑电路(未详细画出)构成。激励脉冲产生电路10进入其中的是从PWM比较器13得到的一PWM脉冲信号、自电机35得到的位置感测信号308、以及从电流检测比较器34得到的旋转控制停止信号309。然后，激励脉冲产生电路10产生PWM信号302、303、304、305、306和307用于根据这些信号控制电机35的转速，并且将这些PWM信号馈送到延迟电路14、15、16、17、18和19。
延迟电路14至19按特有的延迟时间延迟各个信号302至307。这能够防止馈通电流的产生，该馈通电流是由开关SW1’和SW2’二者同步接通、开关SW3’和SW4’二者同步接通、或开关SW5’和SW6’二者同时接通产生的。来自延迟电路14至19的延迟的PWM信号被加到各个驱动缓冲放大器20至25。
驱动缓冲放大器20至25放大由延迟电路14至19延迟的PWM信号，以获得足以能够驱动开关SW1’至SW6’的PWM信号。由这些驱动缓冲放大器20至25放大的PWM信号被分别提供到开关SW1’至SW6’。
开关SW1’至SW6’的通／断操作是根据自驱动缓冲放大器20至25提供的PWM信号控制的。开关SW1’、SW3’和SW5’是由PMOS晶体管构成的，而开关SW2’、SW4’和SW6’是由NMOS晶体管构成的。结果，当从放大器20、22和24得到的PWM信号拥有L电平时，开关SW1’、SW3’和SW5’接通，当这些PWM信号拥有H电平时，这些开关SW1’、SW3’和SW5’断开。还有，当从放大器21、23和25得到的PWM信号拥有H电平时，开关SW2’、SW4’和SW6’接通，当这些PWM信号拥有L电平时，这些开关SW2’、SW4’和SW6’断开。
构成开关SW1’的PMOS晶体管的源极与加有电源电压的VM端36连接，其栅极与驱动缓冲放大器20连接，其漏极与构成开关SW2’的NMOS晶体管的漏极和电机35的第一输入端U连接。构成此开关SW2’的NMOS晶体管的栅极与驱动缓冲放大器21连接，其源极经电阻32接地。
构成开关SW3’的PMOS晶体管的源极与VM端连接，其栅极与驱动缓冲放大器22连接，其漏极与构成开关SW4’的NMOS晶体管的漏极和电机35的第二输入端V连接。构成此开关SW4’的NMOS晶体管的栅极与驱动缓冲放大器23连接，其源极经电阻32接地。
构成开关SW5’的PMOS晶体管的源极与VM端连接，其栅极与驱动缓冲放大器24连接，其漏极与构成开关SW6’的NMOS晶体管的漏极和电机35的第三输入端W连接。构成此开关SW6’的NMOS晶体管的栅极与驱动缓冲放大器25连接，其源极经电阻32接地。
电阻32、基准电源33和电流检测比较器34构成一安全开关。即，电阻32检测经构成各个开关SW1’至SW6’的PMOS和NMOS晶体管流入接地点的电流。从这个电阻32得到的电压被加到电流检测比较器34的一输入端。基准电源33产生一基准电压，并将这一电压加到电流比较器34的另一输入端。电流检测比较器34将从电阻32上得到的电压与基准电压比较，然后将代表比较结果的信号作为旋转控制停止信号309提供到激励脉冲产生电路10。因此，当一很大的电流流过各MOS晶体管时，激励脉冲产生电路10停止PWM信号302至307的提供。
放大器11放大外部提供的差分信号301。此放大的差分信号提供给PWM比较器13的一输入端。基准振荡器12振荡产生一基准信号，该基准振荡信号提供到PWM比较器的另一输入端。PWM比较器13将放大器11放大的差分信号与基准振荡器12振荡产生的基准信号比较，并输出一表示比较结果的信号作为PWM脉冲信号。这个PWM信号提供到激励脉冲产生电路10。
现将描述采用了上述电路结构的第二实施例的电机驱动装置的操作。在图9中，在控制电机35的驱动时，差分信号301是外部提供的。放大器11放大该差分信号301以使该差分信号301的信号电平变为一预选电平。然后，该放大的差分信号301被提供到PWM比较器13的一输入端。PWM比较器13将基准信号振荡器12输出的基准信号电平与放大器11放大的差分信号的301的电平比较。作为比较的结果，产生一具有与差分信号相对应的占空因数的PWM脉冲信号，然后提供到激励脉冲产生电路10。
激励脉冲产生电路10根据进入的这个PWM信号产生具有与上述差分信号对应的占空因数的PWM信号302、303、304、305、306和307。然后，这个激励信号产生电路10将这些PWM信号302、303、304、305、306、307分别提供到相应的延迟电路14、15、16、17、18、和19。这些PWM信号302至307被延迟电路14至19延迟，且被延迟的PWM信号302至307经相应驱动缓冲放大器20至25提供到开关SW1’至SW6’(即，各MOS晶体管的栅极)。
现假设一电机驱动电流在第一输入端U和第二输入端V之间流动，则电机35的驱动控制顺序如下进行。也就是说，在这样一种情况下，即，在产生从第一输入端U到第二输入端V的电机驱动电流的同时，开关SW1’和SW4’都接通，而开关SW2’和SW3’都断开。还有，在产生方向为从第二输入端V至第一输入端U的再生电流从而降低电机35的转速的同时，开关SW3’的状态变化为接通状态，而开关SW4’的状态变为断开状态。
在这样一种情况下，即，在产生方向为从第二输入端V至第一输入端U的电机驱动电路的同时，开关SW2’和SW3’都接通，而开关SW1’和开关SW4’都断开。还有，在产生方向为从第二输入端V至第一输入端U的再生电流从而降低电机35的转速的同时，开关SW1’的状态变化为接通状态，而开关SW2’的状态变为断开状态。
当电机驱动电流在第二输入端V和第三输入端W之间流动时，还有当电机驱动电流在第三输入端W和第一输入端U之间流动时，各个开关SW1’至SW6’的通／断状态是以与上面说明的方式相似的方式控制的。
在图10A至图10C中，示出了当电机驱动电流和再生电流在从输入端U、V、W中选出的任意两个输入端之间流动以便控制电机35的转速时，被加到电机35的各个输入端U、V、W的驱动信号的波形。即，图10A表示加到电机35的第一输入端U的第一驱动信号的波形；图10B表示加到电机35的第二输入端V的第二驱动信号的波形；图10C表示加到电机35的第三输入端W的第三驱动信号的波形。
在图10A至图10C中，符号“TS”表示电机驱动电流从第三输入端W向第一输入端U馈送的一区段，其代表了“W”至“U”的一电源供电方向。类似地，其它的电源供电方向“V至U”、“V至W”、“U至W”、“U至V”和“W至V”拥有类似的内含。在第二实施例的电机驱动装置中，电机信号被重复地提供到电机35以至于实现这六种电源供电方向。
图11A和图11B部分地表示在上面说明的区段内Ts第一和第三驱动信号的详细波形(电位电平)。具体的说，图11A表示在PWM时间周期T内时间周期A和时间周期B提供给第一输入端U的第一驱动信号的详细波形；类似的，图11B表示在PWM时间周期T内时间周期A和时间周期B提供给第三输入端W的第三驱动信号的详细波形。
另外，图12A示出在时间周期A中从VM端经电机35至接地点的电机驱动电流的路径。图12B示出在时间周期B中从VM端经电机35至另一VM端的电机驱动电流的路径。
在电机35被驱动时，首先对应于由外部提供的差分信号301启动激励脉冲产生电路10。因此，激励脉冲产生电路10产生PWM信号301、302、303和304、305和306，以便于以下面将描述的方式控制每个PWM时间周期T内开关SW1’、SW2’、SW3’、SW4’、SW5’和SW6’的接通／断开操作。
例如，在某一PWM时间周期T的时间周期A，在电源方向“W至U”的情况下，即，如图12A所示，从第三输入端W到第一输入端U的情况下，开关SW2’和开关SW5’接通，而开关SW1’、SW3’、SW4’和SW6’断开。因此，电机35内电机驱动电流可以按图12A箭头指示的电流路径自VM端流到接地点。所以，电机35被驱动从而沿预选的方向旋转。
在该PWM时间周期T的时间周期B，如图12B所示，开关SW1’和开关SW5’接通，而开关SW2’、SW3’、SW4’和SW6’断开。因此，与第一实施例的操作类似，电机35内电机驱动电流可以沿图12B箭头指示的另一电流路径在端之VM间流动，致使电机35的转速降低。
如上所说明的，首先执行的是对应于电源方向“W至U”的旋转控制。在这个旋转控制下，在每个PWM时间周期T，由电机驱动电流执行加速，而由再生电流进行减速，以至实现稳定的转速。
接下来，顺序的进行对应于各个电源方向“W至U”、“V至W”、“U至W”、“U至V”、“W至V”的旋转控制操作。因此，在与占空因数相对的维持稳定的转速的同时，可以得到具有提高的减速跟随特性的三相主轴电机的电机驱动装置。
如前面所描述的，按照本发明，由于旋转控制操作是以这样一种方式重复进行的，即电机的转速是在每一个PWM时间周期内被加速和减速，所以能够实现具有优良的减速跟随特性的电机驱动装置，并能够按照PWM信号的占空因数保持稳定的转速。
还有，当本发明的电机驱动装置应用到需要电机转速控制的CD-ROM时，这个电机的转速可以不采用额外的减速装置进行控制，而是仅改变PWM信号的占空因数进行控制。所以，可以非常容易的控制转速。

Claims (15)

1．一种用于改变PWM(脉冲宽度调制)时间周期的占空因数以改变电机(6或35)的旋转速度的电机驱动装置，其特征在于包括：
一个包括开关的开关单元(SW1至SW4，或SW1’至SW6’)，用于接通／断开该开关以控制流过所述电机(6或35)的电机驱动电流；以及
一个用于产生一PWM信号的激励脉冲产生单元(1或10)，该PWM信号用以控制所述开关单元(SW1至SW4，或SW1’至SW6’)，以使即电机驱动电流在所述PWM时间周期(T)的前面的一时间周期(A或C)自电源(7或36，37和38)经所述电机(6或35)流到接地点，且一再生电流在所述PWM时间周期(T)的随后的一时间周期(B或D)沿与所述电机驱动电流方向相反的方向流动。
2．根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于所述开关单元包括：
一第一开关(SW1)，其一端与电源(7)连接，另一端与所述电机(6)的第一输入端(8)连接；
一第二开关(SW2)，其一端与所述电机(6)的所述第一输入端(8)连接，另一端接地；
一第三开关(SW3)，其一端与电源(7)连接，另一端与所述电机(6)的第二输入端(9)连接；以及
一第四开关(SW4)，其一端与所述电机(6)的所述第二输入端(9)连接，另一端接地。
3．根据权利要求2所述的电机驱动装置，其特征在于：
在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A或C)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
断开所述第三开关(SW3)；
接通所述第四开关(SW4)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B或D)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)。
4．根据权利要求2所述的电机驱动装置，其特征在于：在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A或C)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1)；
接通所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B或D)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)。
5．根据权利要求2所述的电机驱动装置，其特征在于：
当所述电机(6)被定于一预定相位时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
断开所述第三开关(SW3)；
接通所述第四开关(SW4)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)；
当所述电机(6)移到另一相时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(C)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1)；
接通所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(D)，所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)。
6．根据权利要求3至5中任何一项所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述第一开关(SW1)、所述第二开关(SW2)、所述第三开关(SW3)、及所述第四开关(SW4)中的每一个包括一MOS晶体管；
所述激励脉冲产生单元(1)产生的PWM信号提供到各MOS晶体管的栅极，以控制所述第一开关(SW1)、所述第二开关(SW2)、所述第三开关(SW3)、及所述第四开关(SW4)的接通／断开。
7．根据权利要求1所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述电机(6或35)由三相电机(35)构成；
所述激励脉冲产生单元(1)产生PWM信号用于控制所述开关单元(SW1＇至SW6＇)致使下面的电源操作重复地进行：
从所述三相电机(35)的第三输入端(W)到其第一输入端(U)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的第二输入端(V)到其所述第一输入端(U)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第二输入端(V)到其所述第三输入端(W)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)到其所述第三输入端(W)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)到其所述第二输入端(V)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第三输入端(W)到其所述第二输入端(V)的电源供给操作；
在每一个电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的一前面的时间周期(A)，一驱动电流自电源(36、37和38)经所述三相电机(35)流到接地点；
在所述PWM时间周期(T)的一随后的时间周期(B)，一再生电流沿与所述驱动电流方向相反的方向流动。
8．根据权利要求7所述的电机驱动装置，其特征在于所述开关单元包括：
一第一开关(SW1’)，其一端与电源(36)连接，另一端与所述三相电机(35)的第一输入端(U)连接；
一第二开关(SW2’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)连接，另一端接地；
一第三开关(SW3’)，其一端与所述电源(37)连接，另一端与所述三相电机(35)的第二输入端(V)连接；
一第四开关(SW4’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第二输入端(V)连接，另一端接地；
一第五开关(SW5’)，其一端与所述电源(38)连接，另一端与所述三相电机(35)的第三输入端(W)连接；
一第六开关(SW6’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第三输入端(W)连接，另一端接地。
9．根据权利要求8所述的电机驱动装置，其特征在于：
在自所述的三相电机(35)的第三输入端(W)向其第一端(U)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
接通所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第二输入端(V)向其所述第一端(U)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
接通所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第二输入端(V)向其所述第三端(W)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
接通所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第一输入端(U)向其所述第三端(W)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
接通所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第一输入端(U)向其所述第二端(V)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
接通所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第三输入端(W)向其所述第二端(V)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
接通所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)，所述激励脉冲产生单元(10)产生PWM信号用于：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)。
10．根据权利要求8或9所述的电机驱动装置，其特征在于：
所述第一开关(SW1’)、所述第三开关(SW3’)、及所述第五开关(SW5’)中的每一个包括一PMOS晶体管；
所述第二开关(SW2’)、所述第四开关(SW4’)、及所述第六开关(SW6’)中的每一个包括一NMOS晶体管；
所述激励脉冲产生单元(10)产生的PWM信号提供到每个PMOS晶体管的栅极，以控制所述第一开关(SW1’)、所述第三开关(SW3’)及所述第五开关(SW5’)的接通／断开；并提供到每个所述NMOS晶体管的栅极，以控制所述第二开关(SW2’)、所述第四开关(SW4’)及所述第六开关(SW6’)的接通／断开。
11．根据权利要求10所述的电机驱动装置，其特征在于还包括：
延迟装置(14至19)，其延迟所述激励脉冲产生单元(10)产生的各个PWM信号，致使所述第一开关(SW1’)和所述第二开关(SW2’)不同步地接通，所述第三开关(SW3’)和所述第四开关(SW4’)不同步地接通，所述第五开关(SW5’)和所述第六开关(SW6’)不同步地接通；以及
由所述延迟装置(14至19)延迟的所述PWM信号被提供到构成所述第一开关(SW1’)、所述第三开关(SW3’)和所述第五开关(SW5’)的各个PMOS晶体管的栅极，并被提供到构成所述第二开关(SW2’)、所述第四开关(SW4’)和所述第六开关(SW6’)的各个NMOS晶体管的栅极。
12．一种用于改变PWM(脉冲宽度调制)时间周期的占空因数以改变电机(6或35)的旋转速度的电机驱动方法，其特征在于包括如下步骤：
在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A或C)使驱动电流由电源(7或36、37和38)经所述的电机(6或35)流到接地点；以及
在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A或C)使再生电流沿与所述驱动电流的方向相反的方向流动。
13．根据权利要求12所述的电机驱动方法，其特征在于：
PWM时间(T)的所述占空因数是通过控制开关单元(SW1至SW4)的开关操作改变的，该开关操作包括：
一第一开关(SW1)，其一端与电源(7)连接，另一端与所述电机(6)的第一输入端(8)连接；
一第二开关(SW2)，其一端与所述电机(6)的所述第一输入端(8)连接，另一端接地；
一第三开关(SW3)，其一端与电源(7)连接，另一端与所述电机(6)的第二输入端(9)连接；
一第四开关(SW4)，其一端与所述电机(6)的所述第二输入端(8)连接，另一端接地；
当所述电机(6)被定于一预定相位时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述再生电流流动，所述电机驱动方法为：
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
断开所述第三开关(SW3)；
接通所述第四开关(SW4)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)；
当所述电机(6)移到另一相时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(C)为使所述再生电流流动，所述的电机驱动方法为：
断开所述第一开关(SW1)；
接通所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(D)为使所述再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1)；
断开所述第二开关(SW2)；
接通所述第三开关(SW3)；
断开所述第四开关(SW4)。
14．根据权利要求13所述的电机驱动方法，其特征在于：
所述电机(6或35)由三相电机(35)构成；
并重复地进行下面的供电操作：
从所述三相电机(35)的第三输入端(W)到其第一输入端(U)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的第二输入端(V)到其所述第一输入端(U)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第二输入端(V)到其所述第三输入端(W)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)到其所述第三输入端(W)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)到其所述第二输入端(V)的电源供给操作；
从所述三相电机(35)的所述第三输入端(W)到其所述第二输入端(V)的电源供给操作；
在每一个电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的一前面的时间周期(A)，造成一驱动电流自电源(36、37和38)经所述三相电机(35)流到接地点；以及
在所述PWM时间周期(T)的一随后的时间周期(B)，一再生电流沿与所述驱动电流方向相反的方向流动。
15．根据权利要求14所述的电机驱动方法，其特征在于：
PWM时间(T)的所述占空因数是通过控制开关单元(SW1＇至SW6＇)的开关操作改变的，其包括：
一第一开关(SW1’)，其一端与电源(36)连接，另一端与所述三相电机(35)的第一输入端(U)连接；
一第二开关(SW2’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第一输入端(U)连接，另一端接地；
一第三开关(SW3’)，其一端与所述电源(37)连接，另一端与所述三相电机(35)的第二输入端(V)连接；
一第四开关(SW4’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第二输入端(V)连接，另一端接地；
一第五开关(SW5’)，其一端与所述电源(38)连接，另一端与所述三相电机(35)的第三输入端(W)连接；
一第六开关(SW6’)，其一端与所述三相电机(35)的所述第三输入端(W)连接，另一端接地；
在自所述的三相电机(35)的第三输入端(W)向其第一端(U)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述驱动电流流动，所述电机驱动方法为：
断开所述第一开关(SW1’)；
接通所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第二输入端(V)向其所述第一端(U)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述的驱动电流流动，所述电机驱动方法为：
断开所述第一开关(SW1’)；
接通所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第二输入端(V)向其所述第三端(W)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)，所述电机驱动方法：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
接通所述第六开关(SW6’)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第一输入端(U)向其所述第三端(W)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述的驱动电流流动，所述电机驱动方法：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
接通所述第六开关(SW6’)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第一输入端(U)向其所述第二端(V)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述的驱动电流流动，所述电机驱动方法为：
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
接通所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
接通所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
断开所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
在自所述的三相电机(35)的第三输入端(W)向其所述第二端(V)的电源供给操作被执行时，在所述PWM时间周期(T)的所述前面的时间周期(A)为使所述的驱动电流流动，所述电机驱动方法为：
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
断开所述第三开关(SW3’)；
接通所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)；
而在所述PWM时间周期(T)的所述随后的时间周期(B)为使所述的再生电流流动，
断开所述第一开关(SW1’)；
断开所述第二开关(SW2’)；
接通所述第三开关(SW3’)；
断开所述第四开关(SW4’)；
接通所述第五开关(SW5’)；
断开所述第六开关(SW6’)。
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