CN203206157U

CN203206157U - 马达控制装置

Info

Publication number: CN203206157U
Application number: CN 201320084209
Authority: CN
Inventors: 陈威志; 刘锦鸿; 李燈辉
Original assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd
Current assignee: JINGZHI SEMICONDUCTOR CO Ltd; Amtek Semiconductor Co Ltd
Priority date: 2013-02-25
Filing date: 2013-02-25
Publication date: 2013-09-18
Anticipated expiration: 2023-02-25

Abstract

本实用新型是一种马达控制装置，其由一微控制器、序列周边接口、从属电路、负载驱动电路与电压与温度补偿电路所组成，其中通过序列周边接口作为微控制器与从动电路之间数据的传输，当从动电路接收由微控制器传来的控制信号，可直接透过从动电路内的译码单元产生驱动信号至负载驱动电路直接驱动马达，而无须再经由转换电路转换信号，可简化元件所占用芯片的资源，并透过电压与温度补偿电路，可减少电压与温度变化影响马达输出的稳定性，因此通过本实用新型的设计可达到良好的输出表现以及较佳的系统稳定性。

Description

马达控制装置

技术领域

本实用新型系有关于一种控制装置，特别是有关于一种马达控制装置；本实用新型的马达控制装置系通过序列周边接口作为数据传输以驱动马达，并透过检测目前电路的电压以及温度的变化调整马达驱动，以达成马达输出的稳定性。

背景技术

一般常见的序列周边界面(Serial Peripheral Interface，SPI)被广泛应用于元件与元件之间的数据传输，其元件之间的关系为一种主/从关系，由于此接口所要求的传输线较少，因此可以减少芯片的体积，且简单易用只须知道时序便能进行读写，故常用于计算机、通讯、消费电子产品等领域所需的传输接口。

而马达控制装置乃上述领域常见的结构设置，随着科技的高度发展，为达到产品的功能要求，使用的元件数量也就越为增加，相对驱动马达控制装置的驱动芯片所需体积亦随的增加，为了简化元件所占用芯片的资源，适合短距传输的序列周边界面从而开始被应用。

然而，现有的SPI接口的马达驱动装置架构图，如图1所示，从动电路(Slave Circuit)12会有四个端口(1201、1202、1203、1204)与微控制器10(Micro-Computer Unit，MCU)内SPI接口101的4条信号线(1011、1012、1013、1014)连接，当从动电路12接收由微控制器10传来的控制信号，经过处理会产生一数字信号输出到数字/模拟转换器暨脉冲调变电路(DAC-PWM₁、…、DAC-PWMm)，再将数字信号转换为模拟信号，进而产生PWM信号输出到驱动电路(Driver1、…、Driverm)以驱动马达负载(RL1、RL2、…、RLm)，之后回授电路(Feedback1、…、Feedbackm)会从驱动电路接收回授信号回传到数字信号输出到数字/模拟转换器暨脉冲调变电路(DAC-PWM1、…、DAC-PWMm)以达到增益稳定；其中，因为马达会有多个，故使得数字/模拟转换器暨脉冲调变电路及回授电路也会有多个；然而，数字/模拟转换器暨脉冲调变电路和回授电路会占据较大的芯片面积，因此会造成整体电路过于庞大而没有经济效益。

基于上述说明，本实用新型提供一种马达控制装置，通过序列周边接口作为微控制器与从动电路之间数据的传输，当从动电路接收由微控制器传来的控制信号，可直接透过从动电路内的译码单元产生驱动信号至驱动电路直接驱动马达，而无须再经由数字/模拟转换电路转换信号及回授电路，可简化元件所占用芯片的资源，并透过电压与温度补偿电路，可补偿电压与温度变化影响马达输出的稳定性。

实用新型内容

为了解决上述有关的问题，本实用新型的一主要目的在于提供一种马达控制装置，通过序列周边接口(Serial Peripheral Interface；SPI)作为微控制器(Micro-Computer Unit，MCU)与从动电路(Slave Circuit)的间的数据传输，当微控制器传送输出控制信号时，可直接透过从动电路(Slave Circuit)内的译码单元产生驱动信号至驱动电路直接驱动马达，再透过电压与温度补偿电路检测目前电路的电压以及温度的变化进而调整以驱动马达。故本实用新型由此控制装置，不仅可以简化元件所占用芯片的资源，还可以达到较佳的系统稳定性。

依据上述的目的，本实用新型提供一种马达控制装置，用于控制及驱动至少一马达负载，包括：一微控制器；一传输接口，内嵌于微控制器，其中传输接口具有一芯片选择端口、一频率产生端口、一数据输入端口及一数据输出端口；一从属电路，具有一译码单元、四个输入端口与多组输出端口，其中四个输入端口中的一第一输入端口耦接于传输接口中的芯片选择端口，用以接收一致能信号，四个输入端口中的一第二输入端口耦接于传输接口中的频率产生端口，用以接收一频率信号，四个输入端口中的一第三输入端口系耦接于传输端口中的数据输入端口，用以接收微控制器输出的一输入信号经从属电路内的译码单元进行译码，并透过多组输出端口用以输出多组驱动信号，四个输入端口中的一第四输入端口系耦接于传输接口中的数据输出端口，用以将马达负载输出的一回授信号回传至微控制器；多个负载驱动电路，电性连接于从属电路的多组输出端口，用以接收多组驱动信号，而这些负载驱动电路会个别传送输出一致动信号驱动与其相连的马达负载；以及一电压与温度补偿电路，电性连接于从属电路用以检测马达控制装置于运作时产生的电压与温度的变化。

本实用新型的有益效果：经由本实用新型所提供的马达控制装置，通过序列周边接口作为微控制器与从动电路之间数据的传输，当从动电路接收由微控制器传来的控制信号，可直接透过从动电路内的译码单元产生驱动信号至驱动电路直接驱动马达，而无须再经由数字/模拟转换电路转换信号，可简化元件所占用芯片的资源，并透过电压与温度补偿电路，可减少电压与温度变化影响马达输出的稳定性，因此可达到良好的输出表现以及较佳的系统稳定性。

附图说明

图1是现有SPI接口的马达驱动装置架构图。

图2是本实用新型的马达控制装置架构图。

图3是本实用新型的序列周边接口于马达控制装置运作时的波形图。

图4是本实用新型的负载驱动电路控制马达负载的示意图。

图5是本实用新型的负载驱动电路控制马达负载的波形图。

图6是本实用新型的电压与温度补偿电路内部架构图。

图7是本实用新型的电压与温度补偿电路波形图。

【符号说明】

〔现有〕

10微控制器

12从动电路

101SPI界面

1201、1202、1203、1204端口

1011、1012、1013、1014信号线

DAC-PWM1、…、DAC-PWMm数字/模拟转换器暨脉冲调变电路

Driver1、…、Driverm驱动电路

RL1、RL2、…、RLm马达负载

Feedback1、…、Feedbackm回授电路

〔本实用新型〕

具体实施方式

于本实用新型主要揭露一种马达控制装置，以序列周边接口作为数据传输进而驱动马达，并透过检测目前电路的电压以及温度的变化进一步调整而驱动马达。而与本实用新型有关的马达的基本原理与功能，已为相关技术领域具有通常知识者所能明了，故以下文中的说明，仅针对与本实用新型马达控制装置其特征处进行详细说明。此外，于下述内文中的图式，亦并未依据实际的相关尺寸完整绘制，其作用仅在表达与本实用新型特征有关的示意图。

首先，请参阅图2，为本实用新型的马达控制装置架构图。如图2所示，马达控制装置2，用于控制及驱动至少一马达负载(RL1、RL2、…、RLm)，包括：一个微控制器20；一个传输接口201是内嵌于微控制器20中，其中传输接口201具有一个芯片选择端口2011、一个频率产生端口2012、一个数据输入端口2013及一个数据输出端口2014，而传输接口为一序列周边接口(Serial Peripheral Interface，SPI)；一个从属电路22，具有一个译码单元221、四个输入端口(2201、2202、2203、2204)与多组输出端口，其中四个输入端口中的一第一输入端口2201系耦接于传输接口201中的芯片选择端口2011，用以接收一致能信号(En)，四个输入端口中的一第二输入端口2202耦接于传输接口201中的频率产生端口2012，用以接收一频率信号(CLK)，四个输入端口中的一第三输入端口2203耦接于传输接口201中的数据输入端口2013，用以接收微控制器20输出的一输入信号经从属电路22内的译码单元221进行译码，并透过多组输出端口用以输出多组驱动信号，其中多组驱动信号中每一组驱动信号由一第一控制信号(亦即脉冲周期调变信号)(PWM1～m)与一第二控制信号(亦即输出方向信号)(Dir1～m)所组成，四个输入端口中的一第四输入端口2204耦接于传输接口201中的数据输出端口2014，用以将马达负载输出的一回授信号回传至微控制器20；多个负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)，电性连接于从属电路22的多组输出端口，用以接收多组驱动信号(PWM1～m/Dir1～m)，而这些负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)会个别传送输出一致动信号驱动与其相连的马达负载(RL1、RL2、…、RLm)；以及一电压与温度补偿电路24，电性连接于从属电路22用以检测马达控制装置2于运作时产生的电压与温度的变化，其中电压与温度补偿电路24由从属电路的一第一控制开关信号(VSWV)与第二控制开关信号(VSWT)控制启动，经内部转换产生一n位控制电压与温度的数字信号至从属电路22，用以调整至少一负载驱动电路进而驱动至少一马达负载，可使马达具有良好的输出表现。

当马达控制装置2运作时，可通过序列周边接口作为微控制器20与从动电路22之间数据的传输，而序列周边接口具有4个接口端口，分别为芯片选择端口2011、一个频率产生端口2012、一个数据输入端口2013及一个数据输出端口2014用以与从属电路22的四个输入端口(2201、2202、2203、2204)连接作数据的传输。其中芯片选择端口2011会与四个输入端口中的第一输入端口2201连接，用以传输一致能信号，并依此致能信号决定微控制器20是否有致能从动电路22，而致能信号包含一高电压电平(H)与一低电压电平(L)，通常于低电压电平(L)时微控制器20与从动电路22才能进行数据的传输；频率产生端口2012会与四个输入端口中的第二输入端口2202连接，会产生一频率信号，微控制器20会根据此频率信号控制从动电路22进行数据读写；数据输入端口2013会与四个输入端口中的第三输入端口2203连接，用以将一输入信号从微控制器20传送至从动电路22内的译码单元221进行译码，并透过多组输出端口用以输出多组驱动信号，而多组驱动信号当中的每一组驱动信号由一第一控制信号(亦即脉冲周期调变信号)(PWM1～m)与一第二控制信号(亦即输出方向信号)(Dir1～m)所组成；而所输出的多组驱动信号(PWM1～m/Dir1～m)可输入至多个负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)内，而该些负载驱动电路会个别传送输出一致动信号驱动与其相连的马达负载(RL1、RL2、…、RLm)；数据输出端口2014会与四个输入端口中的第四输入端口2204连接，用以将马达负载输出的一回授信号由从动电路22传回至微控制器20；然而，该些负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)驱动与其相连的马达负载(RL1、RL2、…、RLm)时，装置系统电压与温度的变化会影响马达输出的稳定性，连带造成马达驱动的增益值也会受到影响，电压愈大增益愈大，反之电压愈小增益也愈小，而温度也会影响马达驱动，当温度变化时，驱动马达的功率晶体的导通阻抗也会变化进而影响增益值，因此为了减少电压与温度变化影响马达输出的稳定性，可透过电压与温度补偿电路24检测马达控制装置2于运作时产生的电压与温度的变化。

接着，请参阅图3，为本实用新型的序列周边接口于马达控制装置运作时的波形图。如图3所示，当马达控制装置2运作时，可通过微控制器20内的序列周边接口中的芯片选择端口2011传送致能信号至从动电路22，由于致能信号包含一高电压电平(H)与一低电压电平(L)(如图3的致能信号波形图)，必须于低电压电平(L)时微控制器20与从动电路22才能进行数据的传输；等到确认致能信号于低电压电平(L)且可进行微控制器20与从动电路22之间数据的传输后，微控制器20内的序列周边接口中的频率产生端口2012会产生一频率信号，并根据致能信号的低电压电平(L)的大小，决定传输多少位(bits)的频率信号(如图3的频率信号波形图)，而每一频率信号(CLK)的上升或下降触发(Trigger)，微控制器20内的序列周边接口中的数据输入端口就会传送一输入信号(如图3的输入信号波形图，D0～D11、C0～C3即代表输入信号)，进一步由从动电路22接收并经内部译码单元221进行译码，而输出驱动信号至负载驱动电路进而驱动与其相连的马达负载，同时马达负载运作的状态会通过回授信号(如图3的回授信号波形图，D0～D7即代表回授信号)回传至微控制器20，因此可进一步透过回传的回授信号得知马达运作的各种变化进而调整并驱动马达。

请继续参阅图4，为本实用新型的负载驱动电路控制马达负载的示意图。依据图2所述并配合图4所示，当微控制器将输入信号传送至从动电路内的译码单元进行译码时，会透过从动电路的多组输出端口用以输出多组驱动信号，将其输入至多个负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)内，而多组驱动信号当中的每一组驱动信号由一脉冲周期调变信号(PWM1～m)与一输出方向信号(Dir1～m)所组成，如图4所示举多个负载驱动电路中的第一负载驱动电路(Driver1)为例，当第一负载驱动电路(Driver1)接收从动电路所输出的第一组驱动信号，包含一个脉冲周期调变信号(PWM1)与一个输出方向信号(Dir1)，会驱动与其相连的马达负载，而一个马达负载包含了一第1驱动晶体管对(如图4的晶体管P1、P4)、一第2驱动晶体管对(如图4的晶体管P2、P3)与一感应线圈L，其中第1驱动晶体管对与感应线圈L连接且依据输出方向信号(Dir1)提供给感应线圈L一个A方向的驱动电流，并产生一第一换相信号(Von)；第2驱动晶体管对也会与感应线圈L连接同样依据输出方向信号(Dir1)提供给感应线圈L与A方向相反的B方向驱动电流，并产生一第二换相信号(Vop)，因此第1驱动晶体管对及第2驱动晶体管对会进行互补地导通与不导通，以驱动马达旋转。

请继续接着参阅图5，为本实用新型的负载驱动电路控制马达负载的波形图。依据图4所述并配合图5所示，当第一负载驱动电路(Driver1)接收一个脉冲周期调变信号(PWM1)(如图5的脉冲周期调变信号波形图)与一个输出方向信号(Dir1)(如图5的输出方向信号波形图)后，会驱动与其相连的马达负载，其中脉冲周期调变信号(PWM1)的载波频率为Δf，而马达负载会依据输出方向信号(Dir1)，提供给感应线圈L一个A方向的驱动电流以及与A方向相反的B方向驱动电流，因而分别产生第一换相信号(Von)(如图5的第一换相信号波形图)与第二换相信号(Vop)(如图5的第二换相信号波形图)，以驱动马达旋转。

再接着，请参阅图6，为本实用新型的电压与温度补偿电路内部架构图。如图6所示，电压与温度补偿电路包括：一个电压传感器241，用以感测马达控制装置2于运作时所产生的电压，并输出一电压感测信号(VSV)，且于从属电路22的一第一控制开关信号(VSWV)启动一第一开关(S1)时，将电压感测信号(VSV)输出；一个温度传感器242，用以感测马达控制装置2于运作时所产生的温度，并输出一温度感测信号(VST)，且于从属电路22的一第二控制开关信号(VSWT)启动一第二开关(S2)时，将温度感测信号(VST)输出；一个控制处理单元243，用以处理电压感测信号(VSV)与温度感测信号(VST)且输出一控制电压与温度的感测信号(VSEN)；一个带隙电路244，用以产生一带隙电压信号(VBG)；以及一个n位(n-bit)模拟/数字转换器245，用以接收控制电压与温度的感测信号(VSEN)及带隙电压信号(VBG)，以转换并输出一个n位(n-bit)控制电压与温度的数字信号至从属电路22，而n位(n-bit)控制电压与温度的数字信号会经由从属电路的第四输入端口回授至微控制器作为参考，故可依照马达运作时的电压与温度变化，调整该些负载驱动电路进而驱动与其相连的马达负载，使其能在符合其需求的电压与温度下输出适当的转速。

请继续参阅图7，为本实用新型的电压与温度补偿电路波形图。如图7所示，当这些负载驱动电路(Driver1、Driver2、…、Driverm)驱动与其相连的马达负载(RL1、RL2、…、RLm)时，装置系统电压与温度的变化会影响马达输出的稳定性，因此为了减少电压与温度变化影响马达输出的稳定性，可透过电压与温度补偿电路检测马达控制装置于运作时产生的电压与温度的变化。而电压与温度补偿电路是透过内部一个电压传感器与一个温度传感器检测马达控制装置于运作时产生的电压与温度的变化，将此电压与温度变化的信息作为一参考信号(VDD)(如图7的参考信号波形图)，于从属电路的第一控制开关信号(VSWV)启动一第一开关(S1)以及第二控制开关信号(VSWT)启动一第二开关(S2)时(如图7的第一控制开关信号与第二控制开关信号波形图)，电压传感器与温度传感器会分别产生一个电压感测信号(VSV)(如图7的压感测信号波形图)与一个温度感测信号(VST)(如图7的温度感测信号波形图)，再通过控制处理单元输出一个控制电压与温度的感测信号(VSEN)(如图7的控制电压与温度的感测信号波形图)，此时带隙电路也会产生一个带隙电压信号(VBG)，一同输入至一个n位模拟/数字转换器以转换产生一n位(n-bit)控制电压与温度的数字信号(如图7的第一位(bit0)、第二位(bit1)、…、第n位(bitn)波形图)，而n位(n-bit)控制电压与温度的数字信号会经由从属电路的第四输入端口回授至微控制器作为参考，故可依照马达运作时的电压与温度变化，调整该些负载驱动电路进而驱动与其相连的马达负载，以达到稳定的马达驱动。

虽然本实用新型以前述的较佳实施例揭露如上，然其并非用以限定本实用新型，任何熟悉相像技艺者，在不脱离本实用新型的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，因此本实用新型的专利保护范围须视本说明书所附的申请专利范围所界定的为准。

Claims

1.一种马达控制装置，用于控制及驱动至少一马达负载，其特征在于包括：

一微控制器；

一传输接口，内嵌于该微控制器，其中该传输接口具有一芯片选择端口、一频率产生端口、一数据输入端口及一数据输出端口；一从属电路，具有一译码单元、四个输入端口与多组输出端口，其中该四个输入端口中的一第一输入端口耦接于该传输接口中的该芯片选择端口，用以接收一致能信号，该四个输入端口中的一第二输入端口耦接于该传输接口中的该频率产生端口，用以接收一频率信号，该四个输入端口中的一第三输入端口耦接于该传输接口中的该数据输入端口，用以接收该微控制器输出的一输入信号经该从属电路内的该译码单元进行译码，并透过该些输出端口用以输出多组驱动信号，该四个输入端口中的一第四输入端口耦接于该传输接口中的该数据输出端口，用以将马达负载输出的一回授信号回传至该微控制器；

多个负载驱动电路，电性连接于该从属电路的该些输出端口，用以接收该些驱动信号，而该些负载驱动电路会分别传送输出一致动信号驱动与其相连的马达负载；以及

一电压与温度补偿电路，电性连接于该从属电路用以检测该马达控制装置于运作时产生的电压与温度的变化。

2.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，该传输接口为一序列周边接口。

3.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，该致能信号进一步包含一高电压电平与一低电压电平，用以决定该微控制器是否有致能该从动电路。

4.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，该微控制器会根据该频率信号控制该从动电路进行数据读写。

5.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，该些输出端口所输出的该组驱动信号包含一第一控制信号与一第二控制信号。

6.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，该第一控制信号为一脉冲周期调变信号。

7.根据权利要求5所述的马达控制装置，其特征在于，该第二控制信号为一输出方向信号。

8.根据权利要求1所述的马达控制装置，其特征在于，该电压与温度补偿电路包括：

一电压传感器，用以感测该马达控制装置于运作时所产生的电压，并输出一电压感测信号，且于该从属电路的一第一控制开关信号启动一第一开关时，将该电压感测信号输出；

一温度传感器，用以感测该马达控制装置于运作时所产生的温度，并输出一温度感测信号，且于该从属电路的一第二控制开关信号启动一第二开关时，将该温度感测信号输出；

一控制处理单元，用以处理该电压感测信号与该温度感测信号且输出一控制电压与温度的感测信号；

一带隙电路，用以产生一带隙电压信号；以及

一n位模拟/数字转换器，用以接收该控制电压与温度的感测信号及该带隙电压信号，以转换产生一n位控制电压与温度的数字信号至该从属电路。

9.根据权利要求8所述的马达控制装置，其特征在于，该n位控制电压与温度的数字信号会经由该从属电路的该第四输入端口回授至该微控制器作为参考，用以调整该些负载驱动电路进而驱动该些马达负载。