CN1300931C

CN1300931C - 电动机驱动设备

Info

Publication number: CN1300931C
Application number: CNB2004100899894A
Authority: CN
Inventors: 村上真树
Original assignee: 松下电器产业株式会社
Current assignee: Nuvoton Technology Corp Japan
Priority date: 2004-01-28
Filing date: 2004-10-28
Publication date: 2007-02-14
Anticipated expiration: 2024-10-28
Also published as: CN1649250A; KR20050077723A; JP2005218201A; US20050162107A1; JP3874290B2; KR100598644B1; US7061193B2

Abstract

位置检测部分10输出指示电动机绕组L1至L3和转子60之间相对位置的位置信号101。交叉检测部分20a输出指示位置信号101和参考信号102之间大小关系的旋转信号241。激励控制信号发生部分30基于旋转信号241产生用于电动机绕组L1至L3的激励控制信号301。当两个信号的大小关系反转时，输出边沿信号221，并且在边沿信号221从其开始输出的预定时间周期内输出屏蔽信号231。当正在输出屏蔽信号231时，交叉检测部分20a连续输出比较结果信号211作为旋转信号241，比较结果信号211在输出屏蔽信号231之前已经被输入。

Description

电动机驱动设备

技术领域

本发明涉及一种电动机驱动设备，尤其是一种检测电动机绕组和转子之间相对位置并且连续控制电动机旋转的电动机驱动设备。

背景技术

电动机驱动设备获取一个指示电动机绕组和转子之间相对位置的位置信号，获取一个指示该位置信号和该位置信号参考值之间大小关系的旋转信号，并且基于该旋转信号连续控制提供给电动机的功率。此处，电动机驱动设备中产生的噪音可能会干扰位置信号并且在旋转信号中可能发生振荡(chattering)。为了防止在旋转信号中发生的振荡，传统的电动机驱动设备采用一种使用低通滤波器消除位置信号中所包含的噪音的方法，或者采用一种使用具有滞后(hysteresis)的比较器在位置信号和参考值之间进行比较的方法。

图9是显示传统电动机驱动设备结构的图。图9中所示的电动机驱动设备9包括位置检测部分10；交叉检测部分29；激励控制信号发生部分30；脉冲宽度调制(此后称为“PWM”)信号发生部分40；门电路50；以及功率晶体管Q1至Q6。电动机驱动设备9采用一种使用具有滞后的交叉检测部分29在位置信号和参考值之间进行比较的方法。

在图9中，位置检测部分10检测电动机绕组L1至L3和转子60之间的相对位置并且输出指示检测结果的位置信号101。位置信号101和指示位置信号101的参考电平的参考信号102被输入至交叉检测部分29。交叉检测部分29使用比较器21在位置信号101和参考信号102之间进行比较，并且输出指示位置信号101和参考信号102之间大小关系的旋转信号291。当位置信号101和参考信号102之间大小关系反转时，交叉检测部分29在预定方向上以一预定量改变参考信号102的电平。具体来说，当位置信号101大于参考信号102时，使参考信号102的电平减小一预定量，而当位置信号101小于参考信号102时，使参考信号102的电平增加一预定量。

激励控制信号发生部分30基于旋转信号291，输出激励控制信号301用于依次激励电动机绕组L1至L3。PWM信号发生部分40产生具有预定时间宽度的PWM信号401。门电路50计算激励控制信号301和PWM信号401的逻辑与。功率晶体管Q1至Q6基于激励控制信号301和门电路50的输出信号提供功率给电动机绕组L1至L3。

图10是显示交叉检测部分29的输入和输出信号的信号波形图。如图10所示，位置信号101理想地是一种正弦波形式(由图10中短划线所指示)，该正弦波的幅值根据转子60的旋转周期性改变。假定参考信号102为一个恒定电平信号来描述参考信号102。然而，在实际的位置信号101(图10实线所指示)中，包括具有恒定幅值和周期的噪音。

因此，在交叉检测部分29没有滞后的情况下，在位置信号101和参考信号102之间大小关系反转之前和之后的一段时间期间，旋转信号291中发生振荡。另一方面，在交叉检测部分29有滞后的情况下，即便在前述时间周期期间旋转信号291中也没有振荡发生。因此，通过使用具有滞后的交叉检测部分29，有可能防止旋转信号291中发生的振荡。

进一步，作为与本发明相关的另一个传统技术，日本专利公开No.2002-10678公开了一种通过根据来自控制器的控制信号，将外部安装在屏蔽信号发生电路上的电容的容量设置为适合于低速旋转和高速旋转的值来稳定驱动无传感器主轴电动机的技术。

然而，上述传统电动机驱动设备具有如下问题。在使用低通滤波器消除位置信号中所包含的噪音的电动机驱动设备中，如果增加该低通滤波器中所包括的电容的容量以改善噪音消除水平，那么该低通滤波器中的延迟时间就会增加。这会导致旋转信号的输出延迟，其结果是，减慢了对被检测位置信号的响应。特别是，在高速旋转电动机中，微小的延迟时间可能会引起巨大的相位延迟并且因此响应减慢将导致大的问题。

此外，在通过使用具有滞后的比较器在位置信号和参考值之间进行比较的电动机驱动设备中，在经过一预定延迟时间(图10所示时间T1)之后旋转信号发生改变，其中位置信号和参考信号之间的大小关系从该预定延迟时间开始反转。延迟时间是根据比较器的滞后宽度而不是电动机旋转的数目确定的。因此，在位置信号变化缓慢的情况之下，延迟时间变得更长，导致旋转信号输出中的延迟。此外，在比较器的特性(例如，滞后宽度)有变化的情况下，从电容器输出的旋转信号中也发生变化。进一步，在滞后宽度小于噪音水平的情况下，旋转信号中出现振荡，并且因此在确定比较器的滞后宽度时需要预估噪音水平。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种对位置信号具有快速响应并且防止旋转信号中发生的振荡的电动机驱动设备。此外，本发明的另一个目的在于提供一种能够自由改变旋转信号变化的时序的电动机驱动设备。

本发明具有以下特性以达到上述目的。

本发明的电动机驱动设备包括：位置检测部分，用于检测多个相位的电动机绕组和被控制的电动机中所包括的转子之间的相对位置，并且输出位置信号；交叉检测部分，用于对该位置信号和该位置信号的参考电平进行比较，并且输出指示位置信号和参考电平之间大小关系的旋转信号；激励控制信号发生部分，用于为依次激励多个相位的电动机绕组，基于该旋转信号产生激励控制信号；脉冲宽度调制信号发生部分，用于产生具有预定时间宽度的脉冲宽度调制信号；门电路，用于对该激励控制信号和该脉冲宽度调制信号进行逻辑操作；以及多个功率晶体管，用于基于该激励控制信号和该门电路的输出信号提供功率给多个相位的电动机绕组。交叉检测部分包括：比较器，用于对位置信号和参考电平进行比较，并且输出指示位置信号和参考电平之间大小关系的中间旋转信号；屏蔽信号发生部分，用于在从位置信号和参考电平之间大小关系反转时开始的一预定屏蔽时间内输出屏蔽信号；以及输出信号保持部分，用于没有输出屏蔽信号时输出中间旋转信号作为旋转信号，当开始屏蔽信号的输出时保持其中的中间旋转信号，并且当正在输出屏蔽信号时输出其中所保持的信号作为旋转信号。根据这样的电动机驱动设备，当旋转信号中发生振荡时，屏蔽信号被产生以便旋转信号不会改变，并且因此没有减慢对位置信号的响应就能够防止旋转信号中发生的振荡。

在这种情况下，交叉检测部分可以进一步包括用于中间旋转信号改变时输出边沿信号的边沿信号发生部分，并且在从输出边沿信号开始的屏蔽时间内屏蔽信号发生部分可以输出屏蔽信号。由此，可以很容易地设置交叉检测部分。

屏蔽信号发生部分可以使用提供的时钟信号或者一个用于延迟信号预定时间的延迟电路来测量屏蔽时间。由此，可以设置屏蔽时间为任何值。或者，可以根据位置信号的频率设置屏蔽信号发生部分中的屏蔽时间。由此，可以设置屏蔽时间为任何合适的值。

交叉检测部分可以进一步包括用于延迟旋转信号的输出一预定延迟时间的输出信号延迟部分。由此，可以自由地改变旋转信号改变的时间。在这种情况下，输出信号延迟部分可以使用提供的时钟信号或者一个用于延迟信号预定时间的延迟电路来测量延迟时间。由此，可以设置延迟时间为任何值。或者，可以根据位置信号的频率设置输出信号延迟部分中的延迟时间。由此，可以设置延迟时间为任何合适的值。

屏蔽信号发生部分可以在从输出脉冲宽度调制信号之前开始并且到输出脉冲宽度调制信号之后结束的预定时间周期内产生屏蔽信号。由此，甚至在位置信号中包括PWM噪音的情况下，也能够防止旋转信号中发生的振荡。

通过结合附图对本发明进行以下详细描述，本发明的这些和其它目的、特性、方面和优点将会变的更加清楚。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施例的电动机驱动设备的结构的图；

图2是显示电动机驱动设备中激励控制信号的信号波形图；

图3是显示图1所示电动机驱动设备的交叉检测部分的具体示例性结构的图；

图4是显示图1所示电动机驱动设备的交叉检测部分的输入和输出信号的信号波形图；

图5是显示根据本发明第二实施例的电动机驱动设备的结构的图；

图6是显示图5所示电动机驱动设备的交叉检测部分的输入和输出信号的信号波形图；

图7是显示根据本发明第三实施例的电动机驱动设备的结构的图；

图8是显示图7所示电动机驱动设备中产生的屏蔽信号的时序的信号波形图；

图9是显示一个传统电动机驱动设备的结构的图；以及

图10是显示该传统电动机驱动设备的交叉检测部分的输入和输出信号的信号波形图。

具体实施方式

(第一实施例)

图1是显示根据本发明第一实施例的电动机驱动设备的结构的图。图1所示电动机驱动设备1包括位置检测部分10；交叉检测部分20a；激励控制信号发生部分30；PMW信号发生部分40；门电路50；以及功率晶体管Q1至Q6。电动机驱动设备1连续控制电动机的旋转，该电动机具有多个相位的电动机绕组L1至L3和转子60。

在图1中，位置检测部分10检测电动机绕组L1至L3和转子60之间的相对位置并且输出指示检测结果的位置信号101。位置信号101被输入至交叉检测部分20a。除位置信号101外，指示位置信号101的参考电平的参考信号102也被输入至交叉检测部分20a。具体来说，参考信号102是指示位置信号101的交流零点的信号。这里，在不使用传感器驱动电动机的情况下，位置信号101的交流零点是位置信号101的中点电势，并且在使用传感器驱动电动机的情况下，位置信号101的交流零点是从霍尔传感器输出的两个反相位置信号的交叉的电势。参考信号102可以在电动机驱动设备1内部基于位置信号101产生或者可以从电动机驱动设备1外部输入。

交叉检测部分20a在位置信号101和参考信号102之间进行比较并且输出指示位置信号101和参考信号102之间大小关系的旋转信号241。稍后将提供交叉检测部分20a的详细描述。激励控制信号发生部分30基于旋转信号241输出六个激励控制信号301，用于依次激励电动机绕组L1至L3(见图2)。PWM信号发生部分40产生PWM信号401，PWM信号401具有基于平均电动机驱动电流的大小的时间宽度。门电路50计算激励控制信号301和PWM信号401的逻辑与(见图2)。在六个激励控制信号301之中，三个信号被直接输入至功率晶体管Q1、Q3和Q5的控制端。另外三个激励控制信号301通过门电路50被输入至功率晶体管Q2、Q4和Q6的控制端。

功率晶体管Q1至Q6基于激励控制信号301和门电路50的输出信号提供功率给电动机绕组L1至L3。功率晶体管Q1至Q6可以是NPN晶体管或者PNP晶体管，或者其它类型的晶体管比如双极晶体管或者MOS晶体管。注意尽管在电动机驱动设备1中，门电路50的输出信号被输入至功率晶体管Q2、Q4和Q6的控制端，但是也有可能将门电路50的输出信号输入至功率晶体管Q1、Q3和Q5的控制端。可替换地，可以在功率晶体管Q2、Q4和Q6的前面和功率晶体管Q1、Q3和Q5的前面都提供门电路50，并且门电路50的输出信号可以以这样一种在高端和低端功率晶体管之间偏移操作时序的方式被输入至高端和低端功率晶体管两者的控制端(这就是所谓的“高端/低端斩波(chopping)方法”)。

以下将对交叉检测部分20a进行详细描述。如图1所示，交叉检测部分20a包括比较器21；边沿信号发生部分22；屏蔽信号发生部分23；以及输出信号保持部分24。比较器21在位置信号101和参考信号102之间进行比较，并且输出比较结果信号211作为指示位置信号101和参考信号102之间的大小关系的中间旋转信号。比较器21可以有或者可以没有滞后。

当比较结果信号211改变时，边沿信号发生部分22输出边沿信号221。换句话说，当位置信号101和参考信号102之间大小关系反转时，边沿信号发生部分22输出边沿信号221。在从输出边沿信号221开始的一预定时间周期(此后称为“屏蔽时间”)上屏蔽信号发生部分23输出屏蔽信号231。输出信号保持部分24在屏蔽信号231没有输出时直接输出比较结果信号211作为旋转信号241，在屏蔽信号231开始输出时保持其中的比较结果信号211，以及当屏蔽信号231正在输出时，输出其中所保持的信号作为旋转信号241。

屏蔽信号发生部分23可以例如使用所提供的时钟信号测量屏蔽时间。可替换地，屏蔽信号发生部分23可以使用一个将信号延迟预定时间的延迟电路测量屏蔽时间。通过使用这样的屏蔽信号发生部分23，可以设置屏蔽时间为任意值。此外，可以根据位置信号101的频率设置屏蔽信号发生部分23中的屏蔽时间。例如，如果位置信号101的频率是f，则可以设置屏蔽时间为一小于1/(2f)的值。由此，可以设置屏蔽时间为任何合适的值。

图3是显示交叉检测部分20a的一个具体示例性结构的图。如图3所示，输出信号保持部分24具有开关25和触发器26。具有比位置信号101频率高的频率的时钟信号251被馈入开关25的一端。当没有屏蔽信号231输出时，开关25处于连通状态，并且当正在输出屏蔽信号231时，开关25处于开路状态。因此，当没有屏蔽信号231输出时，时钟信号251被馈给触发器26，并且交叉检测部分20a输出一个根据比较结果信号211改变的旋转信号241。另一方面，当正在输出屏蔽信号231时，时钟信号251没有被馈给触发器26，并且因此旋转信号241不发生改变。相应地，当正在输出屏蔽信号231时，交叉检测部分20a连续输出比较结果信号211作为旋转信号241，比较结果信号211在输出屏蔽信号231之前已经被输入。

图4是一个图，其中从交叉检测部分20a输出的旋转信号241被添加至图10所示的信号波形图中。如图4所示，在使用没有滞后的交叉检测部分29的情况下，旋转信号291中发生振荡。在使用有滞后的交叉检测部分29的情况下，旋转信号291改变以被延迟一延迟时间T1，其中位置信号101的理想值和参考信号102之间大小关系反转从该T1开始。另一方面，从交叉检测部分20a输出的旋转信号241在一预定屏蔽时间(图4所示T2)内不发生改变，其中位置信号101的理想值和参考信号102之间大小关系的反转从该预定屏蔽时间开始。因此，在电动机驱动设备1中，旋转信号241中没有发生振荡。此外，当实际位置信号101和参考信号102之间大小关系首次反转时，这一时间位于位置信号101的理想值和参考信号102之间大小关系反转之前，旋转信号241发生改变。

如上所述，依照根据本实施例的电动机驱动设备，屏蔽信号在位置信号和参考信号之间大小关系从其开始反转的一预定屏蔽时间内输出，并且当正在输出屏蔽信号时旋转信号不发生改变。因此，即使位置信号中包括噪音，旋转信号中也不发生振荡，并且旋转信号也比假定旋转信号不包含噪音的情况更早发生改变。因此，根据本实施例的电动机驱动设备，可以防止在旋转信号中发生的振荡，而不会减小对位置信号的响应。

(第二实施例)

图5是显示根据本发明第二实施例的电动机驱动设备的结构的图。图5所示电动机驱动设备2不同于根据第一实施例的电动机驱动设备1(图1所示)之处在于用交叉检测部分20b代替交叉检测部分20a。交叉检测部分20b就是交叉检测部分20a中另外包括输出信号延迟部分27。注意在本实施例的部件之中，与第一实施例中相同的那些部件由相同的参考标号表示，并且将省略对它们的描述。

在输出信号保持部分24和激励控制信号发生部分30之间提供输出信号延迟部分27，并且该输出信号延迟部分27延迟从输出信号保持部分24输出的旋转信号241一预定延迟时间。输出信号延迟部分27中的延迟时间通过一种电动机驱动设备1外部的装置(未显示)被设置为任意值。输出信号延迟部分27的输出信号被用作从交叉检测部分20b输出的旋转信号271。注意输出信号延迟部分27可以设置在位置检测部分10和比较器21之间或者在比较器21和输出信号保持部分24之间。

输出信号延迟部分27可以例如使用所提供的时钟信号测量延迟时间。可替换地，输出信号延迟部分27可以使用一个将信号延迟预定时间的延迟电路测量延迟时间。通过使用这样的输出信号延迟部分27，可以设置延迟时间为任意值。此外，可以根据位置信号101的频率设置输出信号延迟部分27中的延迟时间。例如，如果位置信号101的频率是f，则可以设置延迟时间为一小于1/(2f)的值。由此，可以设置延迟时间为任何合适的值。

图6是一个图，其中从交叉检测部分20b输出的旋转信号271被添加至图4所示的信号波形图中。如图6所示，旋转信号271被从根据第一实施例的交叉检测部分20a输出的旋转信号241延迟了一预定延迟时间T3。因此，通过设置合适的值给延迟时间T3，能够容易地改变旋转信号271所改变时的时间。例如，可以改变旋转信号271改变时的时间，使得当位置信号101的理想值和参考信号102之间大小关系反转时旋转信号271改变。

如上所述，根据本实施例的电动机驱动设备，可以防止在旋转信号中发生的振荡，而不会减小对位置信号的响应，并且能够容易地改变旋转信号所改变时的时间。

(第三实施例)

图7是显示根据本发明第三实施例的电动机驱动设备的结构的图。图7所示电动机驱动设备3不同于根据第二实施例的电动机驱动设备2(图5所示)之处在于用交叉检测部分20c代替了交叉检测部分20b。交叉检测部分20c就是用屏蔽信号发生部分28代替交叉检测部分20b的屏蔽信号发生部分23。注意在本实施例的组件之中，与第二实施例中相同的那些组件由相同的参考标号表示，并且将省略对它们的描述。

如在具有屏蔽信号发生部分23的情况那样，在边沿信号221从其开始输出的一预定屏蔽时间上屏蔽信号发生部分28输出屏蔽信号281。此外，在从输出PWM信号401之前开始并且在输出PWM信号401之后结束的预定时间周期内，屏蔽信号发生部分28输出屏蔽信号281。更具体地，PWM信号发生部分40输出时序信号402，时序信号402指示输出PWM信号401的时序，并且屏蔽信号发生部分28根据该时序信号402输出屏蔽信号281。

图8是显示产生屏蔽信号281的时序的信号波形图。如图8所示，当输出PWM信号401时，位置信号101中包括被称为PWM噪音70的噪音。包括这样的PWM噪音70使得旋转信号271中更可能发生振荡。因此，在从输出PWM信号401之前开始并且在输出PWM信号401之后结束的预定时间周期内，屏蔽信号发生部分28输出屏蔽信号281(见图8)。由此，当位置信号101中包括PWM噪音70时，旋转信号271的变化不会发生。相应地，即使在位置信号101中包括PWM噪音70的情况下，也能够防止旋转信号271中发生的振荡。

如上所述，根据本实施例的电动机驱动设备，即使在位置信号中包括PWM噪音的情况下，也可以防止在旋转信号中发生的振荡，而不会减小对位置信号的响应，并且能够容易地改变旋转信号所改变时的时间。

注意尽管在上述第三实施例中，在从输出PWM信号401之前开始并且在输出PWM信号401之后结束的预定时间周期内输出屏蔽信号281的功能被添加到根据第二实施例的电动机驱动设备2中所包括的屏蔽信号发生部分23中，但是也有可能添加这样的功能到根据第一实施例的电动机驱动设备1中所包括的屏蔽信号发生部分23中。根据第三实施例的这样的变型的电动机驱动设备，即使在位置信号中包括PWM噪音情况下，也可以防止在旋转信号中发生的振荡，而不会减小对位置信号的响应。

本发明的电动机驱动设备具有有利效果，比如防止在旋转信号中发生振荡而不会减小对位置信号的响应的能力，并且因此能够被应用于各种电动机驱动设备诸如例如DVD盘驱动。

虽然已经对本发明进行了详细描述，但从各个方面来说前述描述是说明性的而非限定性的。应该理解在不背离本发明的范围的情况下可以设计大量其它的修改和变化。

Claims

1、一种用于控制电动机旋转的电动机驱动设备，包括：

位置检测部分，用于检测包括在将被控制的电动机中的多个相位的电动机绕组和转子之间的相对位置，并且输出位置信号；

交叉检测部分，用于在该位置信号和该位置信号的一参考电平之间进行比较，并且输出旋转信号；

激励控制信号发生部分，用于基于该旋转信号产生用于依次激励多个相位的电动机绕组的激励控制信号；

脉冲宽度调制信号发生部分，用于产生具有预定时间宽度的脉冲宽度调制信号；

门电路，用于对该激励控制信号和该脉冲宽度调制信号进行逻辑操作；以及

多个功率晶体管，用于基于该激励控制信号和该门电路的输出信号提供功率给多个相位的电动机绕组，

其中该交叉检测部分包括：

比较器，用于在位置信号和参考电平之间进行比较，并且输出比较结果信号；

屏蔽信号发生部分，其与该比较器和该脉冲宽度调制信号发生部分连接，用于从该比较结果信号被反转的一预定屏蔽时间内输出第一屏蔽信号，并且根据表明该脉冲宽度调制信号的时序的信号输出第二屏蔽信号；以及

输出信号保持部分，用于在既没有第一屏蔽信号也没有第二屏蔽信号输出时输出该比较结果信号作为旋转信号，在开始第一屏蔽信号或者第二屏蔽信号的输出时保持输入的该比较结果信号的电平，并且在该第一屏蔽信号或者第二屏蔽信号正被输出时输出基于该保持的电平的比较结果信号作为旋转信号。

2、如权利要求1所述的电动机驱动设备，其中

所述交叉检测部分进一步包括边沿信号发生部分，用于在该比较结果信号被改变时输出边沿信号，以及

所述屏蔽信号发生部分在从边沿信号输出开始的一屏蔽时间内输出第一屏蔽信号。

3、如权利要求1所述的电动机驱动设备，其中所述屏蔽信号发生部分使用所提供的时钟信号测量第一屏蔽信号的屏蔽时间。

4、如权利要求1所述的电动机驱动设备，其中所述屏蔽信号发生部分使用一用于将信号延迟预定时间的延迟电路测量第一屏蔽信号的屏蔽时间。

5、如权利要求1所述的电动机驱动设备，其中根据所述位置信号的频率设置所述第一屏蔽信号的屏蔽时间。

6、如权利要求1所述的电动机驱动设备，其中在从脉冲宽度调制信号被输出之前开始并且在脉冲宽度调制信号被输出之后结束的预定时间周期内，所述屏蔽信号发生部分产生第二屏蔽信号。