TW201513556A - 用於在操作之起動模式和操作之普通模式之間同步電動馬達驅動信號的電子電路和方法 - Google Patents

用於在操作之起動模式和操作之普通模式之間同步電動馬達驅動信號的電子電路和方法 Download PDF

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Abstract

一種馬達控制電路及相關技術可驅動電動馬達於操作之起動模式及之後的操作之普通模式。馬達控制電路及技術可接收由使用者所提供之選擇信號，其可選擇判定其供應至該馬達之驅動信號的特性之複數組參數值，於操作之該起動模式期間。馬達控制電路及相關技術可同步介於操作之起動模式與操作之普通模式之間的操作。

Description

用於在操作之起動模式和操作之普通模式之間同步電動馬達驅動信號的電子電路和方法
本發明一般而言係有關電動馬達控制電路，及更特別地，係有關一種可依據使用者輸入以於操作之起動模式期間調整其供應至電動馬達之起動驅動信號特性並且可同步操作之起動模式與其後發生的操作之普通模式的電動馬達控制電路。
用以控制及驅動無刷DC(BLDC)電動馬達的電路是已知的。於某些配置中，電路提供電動馬達之速度的特別衝刺，當電動馬達被首次發動時。然而，此類電路僅能夠提供一種特別預定類型的衝刺。
一些已知的電動馬達驅動電路係描述於美國專利編號7,590,334(2009年九月15日)、美國專利編號7,747,146(2010年六月29日)、美國專利申請案號13/271,723(2011年十月12日)、美國專利申請案號 13/599,225(2012年八月30日)、美國專利申請案號13/599,234(2012年八月30日)，其均被併入文中以參考其完整性且為本案申請人所擁有的。
BLDC電動馬達可被使用於不同應用中。例如，相同的BLDC電動馬達可於不同應用中被使用以不同的風扇葉片配置。不同類型的BLDC電動馬達亦可展現不同的負載行為相對於速度。
馬達噪音、振動、及效率係由多種特性所影響。
針對無感應器馬達驅動配置(亦即，不仰賴霍爾效應元件以感應馬達軸之位置的馬達驅動器)，可靠的起動是設計的一個重要部分。某些無感應器馬達驅動配置仰賴所謂的「反電動勢」或簡稱「BEMF」，其係產生於馬達繞組上以感應馬達軸之位置。為了感應BEMF，電動馬達需以某最小速度自旋且送至電動馬達之驅動信號通常需被關閉，而因此，BEMF不被傳統地用來感應馬達位置於馬達之起動的最開始時。
各種方法已被用以起動電動馬達。例如，一種所謂的「梯形驅動」配置已被使用，其中電動馬達之馬達繞組被驅動以梯形(trap)驅動信號，以預定的固定速率經過六個狀態於起動期間。於起動期間，於某些實施例中，起動馬達電流係由梯形驅動信號之脈寬調變(PWM)所控制，而於其他實施例中，起動馬達電流係由梯形驅動信號之電流限制所控制。BEMF被檢查於起動程序期間，且梯形驅動信號之相位的換向被同部與BEMF零交叉。
在電動馬達以上述梯形驅動信號起動時，於某些實施例中，馬達控制電子持續以梯形驅動信號運作電動馬達於操作之普通模式中。
於起動期間及/或於起動後之操作的普通模式期間使用梯形驅動信號的缺點之一在於：梯形驅動信號由於振動而導致來自電動馬達之可聽到的噪音。即使當梯形驅動信號被使用為具有極低工作循環及電流位準之PWM驅動信號的包封時，噪音仍可能是極明顯的。針對許多應用，噪音是不可接受的。
導致馬達繞組中之正弦電流的正弦驅動是已知的。正弦驅動較梯形驅動更為安靜。
如上所述，BEMF信號是不可得的直到電動馬達已達到某最小旋轉速度。因此，於電動馬達之起動期間，一種常見的方法係緩慢的加速馬達，無BEMF馬達位置資訊，並使用固定且預定的正弦驅動衝刺速率及技術。然而，不同的電動馬達(例如，具有不同慣性質量及耦合負載的馬達)需要不同的馬達驅動信號起動輪廓。
一種馬達控制器積體電路僅具有有限數目的管腳。一種馬達控制器積體電路亦需針對低成本來建造。
將希望提供一種使用少數管腳之馬達控制器電子電路(積體的或非積體的)，其為低成本的(例如，小的矽表面區域)，其可產生正弦驅動信號而非梯形驅動信號以提供低噪音，其可被用以驅動多種類型的電動馬達，而同時提供與操作之正弦驅動普通模式同步的適當正弦驅動起動 輪廓給各類型的電動馬達。
本發明提供一種使用少數管腳之馬達控制器電子電路(積體的或非積體的)，其為低成本的(例如，小的矽表面區域)，其可產生正弦驅動信號而非梯形驅動信號以提供低噪音，其可被用以驅動多種類型的電動馬達，而同時提供與操作之正弦驅動普通模式同步的適當正弦驅動起動輪廓給各類型的電動馬達。
依據一可用於瞭解本發明之一形態的範例，一種以馬達控制電路驅動一具有複數馬達繞組之多相馬達的方法，包括以該馬達控制電路產生複數包含用以起動多相馬達自旋之已判定的起動信號特性之驅動信號。該些複數驅動信號之該些已判定的起動信號特性包含於操作之起動模式期間的衝刺時間週期期間之電動馬達的衝刺起動。該些複數驅動信號導致由該些複數馬達繞組所攜載之相應的複數正弦電流信號。該產生包含產生該些複數驅動信號，以致於衝刺時間週期之結束時，該正弦電流信號之複數循環的最後一者在零電流處結束。該方法進一步包括停止該些複數驅動信號於該衝刺時間週期之結束後的惰轉時間週期。該方法進一步包括檢測反EMF信號，其係指示當該些複數驅動信號被停止時該些複數馬達繞組之選定一者上的零反EMF電壓，該測得的反EMF信號係指示該惰轉時間週期之結束。該方法進一步包括以該些複數正弦電流信號驅動 該些複數馬達繞組於操作之普通模式中來回應該檢測。
於實施例中，上述方法可包括一或更多以下形態於任何組合中。
於上述方法之某些實施例中，在操作之普通模式的開始時，該些複數馬達繞組之該選定一者上的該些複數正弦電流信號之第一循環係開始於該零電流；並且開始於一與該些複數馬達繞組之該選定一者上的該些正弦電流信號之複數循環的最後一者之相位連續的相位，在該衝刺時間週期之結束時。
於某些實施例中，上述方法進一步包含：在操作之該普通模式的開始時，調整該些複數驅動信號以導致相較於在該衝刺時間週期之結束時的該些複數正弦電流信號之較小的振幅。
於上述方法之某些實施例中，該產生該些複數驅動信號包含：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
於上述方法之某些實施例中，該惰轉時間週期具有相 應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的惰轉歷時。
於上述方法之某些實施例中，該產生該些複數驅動信號包含：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
於上述方法之某些實施例中，該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的週期之總和的惰轉歷時。
依據另一可用於瞭解本發明之一形態的範例，一種用以驅動一具有複數馬達繞組之多相馬達的馬達控制電路組態成產生複數包含用以起動多相馬達自旋之已判定的起動信號特性之驅動信號。該些複數驅動信號之該些已判定的起動信號特性包含於操作之起動模式期間的衝刺時間週期期間之電動馬達的衝刺起動。該些複數驅動信號導致由該些複數馬達繞組所攜載之相應的複數正弦電流信號。該些複數驅動信號被產生以致，於衝刺時間週期之結束時，該正弦電流信號之複數循環的最後一者在零電流處結束。該 馬達控制電路進一步組態成停止該些複數驅動信號於該衝刺時間週期之結束後的惰轉時間週期。該馬達控制電路進一步組態成檢測反EMF信號，其係指示當該些複數驅動信號被停止時該些複數馬達繞組之選定一者上的零反EMF電壓，該測得的反EMF信號係指示該惰轉時間週期之結束。該馬達控制電路進一步組態成以該些複數正弦電流信號驅動該些複數馬達繞組於操作之普通模式中來回應該檢測。
於實施例中，上述馬達控制電路可包括一或更多以下形態於任何組合中。
於上述馬達控制電路之某些實施例中，在操作之普通模式的開始時，該些複數馬達繞組之該選定一者上的該些複數正弦電流信號之第一循環係開始於該零電流；並且於一與該些複數馬達繞組之該選定一者上的該正弦電流信號之複數循環的最後一者之相位連續的相位，在該衝刺時間週期之結束時。
於某些實施例中，上述馬達控制電路進一步組態成：在操作之該普通模式的開始時，調整該些複數驅動信號以導致相較於在該衝刺時間週期之結束時的該些複數正弦電流信號之較小的振幅。
於上述馬達控制電路之某些實施例中，該馬達控制電路組態成藉由下列方式以產生該些複數驅動信號：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個 別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
於上述馬達控制電路之某些實施例中，該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的惰轉歷時。
於上述馬達控制電路之某些實施例中，該馬達控制電路組態成藉由下列方式以產生該些複數驅動信號：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
於上述馬達控制電路之某些實施例中，該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的週期之總和的惰轉歷時。
102‧‧‧馬達控制電路
102a-102h‧‧‧節點
104‧‧‧電動馬達
104a,104b,104c‧‧‧繞組
106‧‧‧外部速度需求信號
107‧‧‧速度需求產生器
107a‧‧‧普通模式需求信號
108‧‧‧脈寬調變(PWM)產生器
108a‧‧‧PWM信號
110‧‧‧閘極驅動電路
110a,110b,110c,110d,110e,110f‧‧‧PWM閘極驅動信號
112,114,116,118,120,122‧‧‧電晶體
124,126,128‧‧‧馬達驅動信號
130‧‧‧電感
131‧‧‧電阻
136‧‧‧反EMF電壓源VA
140‧‧‧馬達
140a‧‧‧繞組A
142‧‧‧位置測量模組
142a‧‧‧位置參考信號
142b‧‧‧控制信號
144‧‧‧電流測量模組
144a‧‧‧零電流信號
146‧‧‧調變信號產生模組
146a,146b,146c‧‧‧調變波形
148‧‧‧起動控制模組
148a‧‧‧起動模式需求信號
148b‧‧‧模式控制信號
148c‧‧‧起動模式theta信號
150‧‧‧反EMF信號
152‧‧‧電阻分壓器
152a‧‧‧選擇信號
154‧‧‧分壓器
154a‧‧‧馬達電壓信號
156‧‧‧2：1開關
156a‧‧‧選定的需求信號
202‧‧‧反EMF信號
208‧‧‧時間
242,244,246‧‧‧調變波形
262,264,266‧‧‧電流信號
302‧‧‧反EMF信號
304‧‧‧電流信號
306‧‧‧電流信號
308‧‧‧時間差
402‧‧‧調變信號產生模組
404‧‧‧theta斜坡產生器
404a‧‧‧未調整的theta信號
406‧‧‧加總模組
406a‧‧‧普通模式theta信號
408‧‧‧調變輪廓查找表及處理器
408a‧‧‧調變信號
408b,408c‧‧‧調變輪廓
410‧‧‧時序/相位誤差檢測器
410a‧‧‧誤差信號
412a‧‧‧調整信號
414‧‧‧測得的位置參考信號
416‧‧‧系統時脈信號
418‧‧‧測得的零電流信號
420‧‧‧2：1開關
422‧‧‧模式控制信號
424‧‧‧起動模式theta信號
502,504,506‧‧‧半橋電路
602‧‧‧電流信號
604a,604b,604c,604d‧‧‧時間週期或相位
622‧‧‧調變信號
622a,622b‧‧‧峰值
642‧‧‧PWM信號
642a,642b‧‧‧高工作循環
702,704‧‧‧PWM信號
722,742‧‧‧信號
802‧‧‧零電流檢測模組
804‧‧‧可選擇開關
806‧‧‧可選擇開關
808‧‧‧第一比較器
808a‧‧‧輸出信號
810‧‧‧第二比較器
810a‧‧‧輸出信號
812‧‧‧多工器
812a‧‧‧輸出信號
814‧‧‧控制信號
902‧‧‧電流信號
902a,902b,902c,902d‧‧‧部分
904‧‧‧曲線
904a‧‧‧第一衝刺時間週期
904c‧‧‧惰轉時間週期
906a‧‧‧第一衝刺時間週期
906b‧‧‧第二衝刺時間週期
1000‧‧‧信號
1002‧‧‧反EMF信號
1100‧‧‧起動控制模組
1102‧‧‧脈寬過濾器
1102a‧‧‧零電流信號
1104‧‧‧起動theta及需求模組
1104a,1104b,1104c‧‧‧信號
1106‧‧‧參數值
1108‧‧‧多工器
1108a‧‧‧信號
1110‧‧‧開關
1112‧‧‧類比至數位轉換器
1112a‧‧‧數位輸出信號
1114‧‧‧解碼邏輯
1114a‧‧‧控制信號
1116‧‧‧電阻分壓器
1116a‧‧‧馬達電壓信號
1118‧‧‧電阻分壓器
1118a‧‧‧選擇信號
1120‧‧‧零電流信號
1122‧‧‧反EMF信號
1124‧‧‧系統時脈信號
本發明之前述特徵，以及本發明本身，可從圖式之以下詳細描述而被更完整地瞭解，其中：圖1為一範例馬達控制電路之方塊圖，該馬達控制電路具有調變信號產生模組、電流測量模組、位置測量模組、及起動控制模組；圖2為一圖表，其顯示與圖1之範例馬達控制電路關聯的多種波形，特別地，當該馬達控制電路被用以提供正弦驅動至馬達時；圖3為另一圖表，其顯示與圖1之範例馬達控制電路關聯的多種波形，特別地，當該馬達控制電路被用以提供正弦驅動至馬達時，並顯示介於電流信號與位置參考信號之間的相位差；圖4為一可被使用為圖1之範例馬達控制電路的調變信號產生模組的範例調變信號產生模組之方塊圖；圖5及5A為方塊圖，其顯示圖1之範例馬達控制電路的範例半橋輸出級，並顯示在操作之不同相位上的馬達繞組電流之方向；圖6為一圖表，其顯示與該馬達繞組關聯的波形，特別地，正弦電流、與該馬達繞組之正弦驅動關聯的調變波形、及依據該調變波形以驅動馬達的脈寬調變(PWM)信號；圖7為顯示圖6之PWM信號的正及負狀態的細節之圖形；圖7A為一圖表，其顯示一供應至電動馬達之PWM 驅動信號，並顯示一與該PWM驅動信號關聯之正弦電流；圖8為一可使用為圖1之電流測量模組的範例電流測量模組之方塊圖；圖9為一圖表，其顯示依據第一衝刺時間週期、第二衝刺時間週期、惰轉時間週期、及普通模式時間週期的馬達繞組之一中的起動模式需求信號之特性及電流之特性，其中該些第一及第二衝刺時間週期一起相應於起動時間週期及操作之起動模式；圖10為另一圖表，其顯示相應於該第二衝刺時間週期中、該惰轉時間週期、及該普通模式時間週期中之三個馬達繞組的三個電流之特性；圖11為一可被使用為圖1之起動控制模組之範例起動控制模組的方塊圖，該起動控制模組中留存有複數組的起動參數值；圖12為一表，其顯示可被使用為圖11之該些組起動參數值的範例組起動參數值；圖13為顯示一特定邏輯的表，該邏輯可被使用以結合由使用者所提供之選擇值與馬達電壓來選擇該些複數組參數值之哪一者將被使用於該起動時間週期期間；及圖14及14A一起形成一流程圖，其顯示可由圖1之起動控制模組所使用以起動馬達轉動之程序。
在描述本發明之前，解釋一些介紹性概念及術語。如文中所使用，術語「調變波形」被用以描述包封(亦即，調變包封)或者另一信號(例如，脈寬調變(PWM)信號)之特性函數。
文中係一般性地描述馬達控制電路之範例的操作之普通模式。於操作之該普通模式期間，馬達控制電路產生普通模式馬達驅動信號，以造成電動馬達一旦起動後便持續轉動。範例的操作之普通模式的進一步細節可見於美國專利申請案編號13/599,225(2012年八月30日申請)及美國專利申請案編號13/599,234(2012年八月30日申請)。
操作之該起動模式(其係在操作之普通模式前)亦被描述於文中。於操作之該起動模式期間，馬達控制電路產生起動模式馬達驅動信號，以造成電動馬達從零速度開始轉動。
介於操作之該起動模式與操作之該普通模式之間的馬達驅動信號之同步亦被描述於文中。
雖然於文中描述操作之一特定普通模式，但應理解其文中所述之操作之該起動模式可接續以任何類型的操作之普通模式。亦應理解其文中所述之同步技術可應用於其他類型的操作之普通模式。
參考圖1，一範例馬達控制電路102被耦合以驅動電動馬達104。
馬達104被顯示為包括三個繞組104a,104b,104c， 其常各被描繪為具有一與電阻串連並與反EMF電壓源串連之電感的個別等效電路。例如，繞組A 104a被顯示為包括一與電阻131串連並與反EMF電壓源VA 136串連之電感130。反EMF電壓源VA 136之電壓非直接可觀察在當電流流動於一關聯的馬達繞組時，但是其為直接可觀察在當其經過關聯繞組之電流為零時。
通常，跨越馬達繞組(例如，跨越繞組A 140a)之電壓係由下列方程式所調節：VoutA-Vcommon=VA+IR+LdI/dt，其中：VoutA=於繞組A之一端上可觀察的電壓；Vcommon=於繞組104a,104b,104c之接面上的電壓；R=電阻131之電阻值；L=電感130之電感值；I=經過繞組之電流；及VA=反EMF電壓
因此，可看出：假如經過繞組104a之電流為零，則VoutA=VA，其為可觀察的電壓。
馬達控制電路102可包括節點102a-102h。於某些實施例中，節點102a-102h之每一者係相應於個別的積體電路管腳。
馬達控制電路102可包括起動控制模組148。起動控制模組148可被耦合以從馬達控制電路102之外部接收選 擇信號152a。於某些實施例中，選擇信號152a係由使用者所提供之電阻分壓器152來產生。分壓器152可被耦合以接收參考電壓，VREF，其(於某些實施例中)可由節點102f上之馬達控制電路102所提供。然而，於其他實施例中，分壓器152可被耦合以接收另一電壓，例如，從馬達控制電路102之外部所提供電壓。
於其他實施例中，選擇信號152a可由其他機構所提供並可具有其他特性。例如，於某些其他實施例中，選擇信號152a可被提供自馬達控制電路102之外部的放大器。於某些實施例中，選擇信號152a為二元信號，例如，其中具有資訊之PWM信號或數位信號。
於某些實施例中，起動控制模組148亦可被耦合以接收由分壓器154所產生之電壓信號154a。分壓器154可被耦合以接收馬達電壓，VMOT，而因此，電壓信號154a代表馬達電壓。
起動控制模組148亦被耦合以從節點102b,102c,102d之個別一或更多者接收一或更多反EMF信號150。
起動控制模組148亦被耦合以接收一測得的零電流信號144a，其係指示通過馬達繞組之零電流。測得的零電流信號144a之功能係配合圖8及9而被更完整地描述於下。
起動控制模組148可組態成產生起動模式需求信號148a、起動模式theta信號148c、及模式控制信號148b。
起動控制模組148組態成提供具有至少兩狀態之模式 控制信號148b。模式控制信號148b之第一狀態導致馬達控制電路102執行上述操作之起動模式，而模式控制信號148b之第二不同狀態導致馬達控制電路102執行上述操作之普通模式。
起動控制模組148之進一步細節係參考圖11而被描述於下。然而，於此可以說：於操作之該起動模式期間，馬達控制電路102使用起動模式需求信號148a及起動模式theta信號148c，並使用其他類似信號於操作之該普通模式期間。
馬達控制電路102包括速度需求產生器107，其被耦合以從馬達控制電路102之外部接收外部速度需求信號106於節點102h上。外部速度需求信號106可為多種格式之一。通常，外部速度需求信號106係指示從馬達控制電路102之外部所請求的馬達104之速度。外部速度需求信號106被使用於操作之該普通模式。
速度需求產生器107組態成產生普通模式需求信號107a。2：1開關156被耦合以接收普通模式需求信號107a以及起動模式需求信號148a。2：1開關156亦被耦合以接收模式控制信號148b。模式控制信號148b之普通模式狀態造成2：1開關156將普通模式需求信號107a傳遞通過2：1開關156以成為選定的需求信號156a，而模式控制信號148b起動模式狀態造成2：1開關156將起動模式需求信號148a傳遞通過2：1開關156以成為選定的需求信號156a。
選定的需求信號156a係由脈寬調變(PWM)產生器108所接收。PWM產生器108組態成產生PWM信號108a，其最大工作循環係由選定的需求信號156a(亦即，由操作之該普通模式期間的普通模式需求信號107a、或者由操作之該起動模式期間的起動模式需求信號148a)所控制。
PWM產生器108亦被耦合以從調變信號產生模組146接收調變波形146a,146b,146c。PWM信號108a依據調變波形146a,146b,146c而被產生以調變特性(亦即，相對的時變工作循環)。調變波形及相關的PWM信號係配合圖6而被更完整地描述於下。從以下的討論將清楚明白其操作之普通模式下的調變波形具有與操作之起動模式下的調變波形不同的特性。
調變信號產生模組146亦被耦合以接收模式控制信號148b及起動模式theta信號148c，其被更完整地描述於下。
馬達控制電路102亦包括閘極驅動電路110，其被耦合以接收PWM信號108a並組態成產生PWM閘極驅動信號110a,110b,110c,110d,110e,110f來驅動其被配置為三個半橋電路112/114,116/118,120/122之六個電晶體112,114,116,118,120,122。六個電晶體112,114,116,118,120,122以飽和操作來個別地提供三個馬達驅動信號(VoutA,VoutB,VoutC)124,126,128，個別於節點102d,102c,102b。
馬達控制電路102亦可包括位置測量模組142，其可被耦合以接收反EMF信號(例如，可被耦合至節點102d,102c,102b之一或更多者，於其上包括反EMF信號為直接可觀察的在當馬達繞組104a,104b,104c非由馬達驅動信號124,126,128所驅動、且個別繞組電流為零時)。位置測量模組142組態成產生位置參考信號142a，其係指示馬達104之轉動參考位置。
馬達控制電路102亦可包括電流測量模組144，其可被耦合以接收馬達驅動信號124,126,128之一。電流測量模組144組態成產生零電流信號144a，其係指示馬達繞組之一或更多者中的電流之零交叉。一範例電流測量模組係配合圖8而被更詳細地描述於下。
調變信號產生模組146被耦合以接收位置參考信號142a及零電流信號144a。於操作之該普通模式期間，調變信號產生模組146組態成產生調變波形146a,146b,146c，其具有依據介於位置參考信號142a與零電流信號144a間之相位差的相位。一範例調變信號產生模組146係配合圖4而被描述於下。
相對地，於操作之該起動模式期間，調變信號產生模組146組態成產生調變波形146a,146b,146c於起動模式theta信號148c之控制下。
馬達控制電路102可被耦合以接收節點102a上之馬達電壓VMOT(或簡稱VM)，其係經由電晶體112,116,120而被供應至馬達在當上電晶體112,116,120被開啟時 的時刻。應理解其可能有小的壓降(例如，0.1伏特)經過電晶體112,116,120，當其被開啟並供應電流至馬達104時。
如上所述，於操作之該普通模式期間，馬達控制電路102可自動地調整相關於馬達104之感應轉動位置的驅動信號124,126,128之時序(亦即，相位)。
從上述說明，應瞭解：於操作之該起動模式期間，馬達控制電路102係使用起動模式需求信號148a及起動模式theta信號148c來操作。於操作之該普通模式期間，馬達控制電路係使用普通模式需求信號107a及使用調變信號產生模組146內所產生之theta信號來操作，其係配合圖4而被更完整地描述於下。
通常，供應至PWM產生器108之選定的需求信號156a係最接近地關聯與其供應至馬達104之馬達驅動信號124,126,128的振幅。相對地，調變波形146a 146b,146c之頻率(亦即，速率)係最接近地關聯與其供應至馬達之馬達驅動信號124,126,128的頻率。驅動信號124,126,128之振幅及頻率兩者均影響馬達140之轉動速度。
亦將理解其選擇信號152a僅需要一個管腳於馬達控制電路102上。
現在參考圖2，圖表200,240及260具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸。圖表200,220及240具有以任意單位之電壓單位為標度的垂直軸。圖表260具有以任意單位之電流單位為標度的垂直軸。
信號202代表圖1之馬達104的馬達繞組(例如，繞組A 104a)之一者上的反EMF信號(亦即，電壓信號)，當馬達104正自旋時。反EMF電壓202通常是正弦的。將理解其反EMF信號202僅為完全可觀察於馬達繞組上在當馬達繞組非由圖1的驅動信號124,126,128之一所驅動時。
於圖1之馬達控制電路102的某些實施例中，反EMF信號202之零交叉可由位置測量模組142所使用以識別馬達104之參考轉動位置。特別於操作之該普通模式期間，希望在時間208上之反EMF信號202的零交叉與其通過馬達繞組(在該馬達繞組上產生反EMF信號202)的零電流為一致的或幾乎一致的。此一關係將導致最有效率的馬達操作。
信號242,244,246通常係代表圖1之上述調變波形146a,146b,146c，於操作之普通模式及起動模式兩者期間。調變波形242,244,246係代表用以產生PWM信號來驅動馬達104之調變包封。介於調變波形242,244,246與PWM信號之間的對應係配合圖6而被更完整地描述於下。
將理解其調變波形242係關聯與圖1之繞組A 104a且通常係匹配與其和相同繞組關聯的反EMF信號202。其他調變波形244,246係個別地關聯與圖1之馬達104的其他繞組B,C 104b,104c。
信號262,264,266係代表個別地出現在圖1之馬達 104的繞組A,B,C 104a,104b,104c上之電流，於操作之普通模式及起動模式期間。將理解其馬達繞組上之實際電流信號可能較那些信號262,264,266中所示者更為複雜。然而，電流信號262,264,266係代表經過三個馬達繞組之平均電流相對於時間。將理解其馬達繞組A 104a上之電流262通常係與反EMF信號202為同相。然而，可能有介於電流信號262與相關反EMF信號202之間的相位差，如配合圖3而更完整地描述於下者。
馬達104之電氣旋轉可被劃分為六個狀態(或時間週期)201a,201b,201c,201d,201e,201f。
現在參考圖3，圖表300具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸。圖表300亦具有以任意單位之電壓及電流單位為標度的垂直軸。圖表320具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸。圖表320亦包括以任意單位之電壓單位為標度的垂直軸。
圖表300及320被用以指示於操作之範例普通模式期間所執行的相位調整。然而，其他的操作之普通模式(包括其中未調整相位的操作之普通模式)亦是可能的。
信號304係代表圖1之繞組A 104a上的電流信號。因此，信號304係相應於圖2之信號262。信號302係代表圖1之繞組A 104a上的反EMF信號136。因此，信號302係相應於圖2之信號202。信號302,304之零交叉將是很明顯的。時間差308係指示介於反EMF信號302的零交叉與電流信號304的零交叉之間的時間差。因此，時 間差308係代表介於轉動位置參考(亦即，反EMF信號302的零交叉)與其通過相關馬達繞組的零電流之間的時間差。
信號306係代表圖1之繞組A 104a上的電流信號，於其馬達104的轉動速度正加速或者於其馬達104正以高速度轉動之時間週期期間。可看出其相對相位已偏移。電流信號306之零交叉被延緩相對於反EMF信號302之零交叉。反EMF信號302之零交叉係指示馬達104之參考轉動位置。電流信號306之零交叉係代表通過馬達繞組A 104a之零電流。希望其零交叉在時間及相位上均一致。時間一致性之缺乏將導致增加的馬達噪音及振動，以及減少的馬達效率。
調變波形322係相同於或類似於圖2之調變波形242。因此，當馬達正加速或快速地轉動時，可看出其電流信號306被延遲相對於調變波形322。將希望推進調變波形322(亦即，移動調變波形322至左邊)來推進電流信號306以致電流信號306之零交叉可與反EMF信號302之零交叉一致或幾乎一致地發生，其係指示馬達104之轉動參考位置。
通常，於操作之範例普通模式中，圖1之調變信號產生模組146能夠依據所接收的轉動位置參考信號142a及依據零電流信號144a而推進或延緩各個調變波形146a,146b,146c，反EMF信號302及電流信號304,306係代表上述信號。
針對習知的正弦馬達驅動信號，諸如以上配合圖2及3所描述者，為了如上配合圖1所述之原因，無法輕易地觀察或檢測反EMF信號302之零交叉，因為馬達繞組104a,104b,104c之每一者被恆定地驅動。為了觀察反EMF信號，必須短暫地停止其送至馬達繞組之驅動信號。因此，利用正弦馬達驅動信號配置，於某些實施例中，送至馬達104之繞組104a,104b,104c的至少一者之正弦驅動信號可被停止一段小的時間窗以觀察反EMF信號之零交叉。至此，於圖1之馬達控制電路102中，用於操作之該普通模式中的控制信號142b可由位置測量模組142提供給閘極驅動器110。以下將描述之停止驅動信號的其他機構被使用於操作之該起動模式期間。
現在參考圖4，調變信號產生模組402可被使用為圖1之調變信號產生模組146。
調變信號產生模組402被耦合以接收測得的位置參考信號414及測得的零電流信號418。測得的位置參考信號414可相同於或類似於圖1之位置參考信號142a。測得的零電流信號418可相同於或類似於圖1之零電流信號144a。
如上所述，測得的位置參考信號414可使用正弦驅動波形而配合反EMF信號之零交叉來產生，藉由使用一短時間週期(於此期間係停止其送至繞組之正弦驅動)。
調變信號產生模組402亦被耦合以接收一具有固定高頻率的系統時脈信號416。
一種所謂的「theta斜坡產生器」404(其被使用於操作之範例普通模式中)被耦合以接收測得的位置參考信號414及系統時脈信號416。theta斜坡產生器404組態成產生未調整的theta信號404a，其可為包括一系列代表其週期性地到達終端值並重設為零之斜坡信號的值之數位信號。斜坡信號之重設時間被固定相關於測得的位置參考信號414所指示之位置參考(亦即，馬達104之固定轉動位置)。
操作時，theta斜坡產生器404可識別一藉由計算數個系統時脈變遷而測量的時間週期，介於測得的位置參考信號414所識別的位置參考之間。換言之，theta斜坡產生器404可識別其馬達104轉經過一電氣轉動所花的時間(亦即，系統時脈信號416之數個變遷)。theta斜坡產生器404可將系統時脈416之已識別數目的變遷除以一固定純量(例如，除以256)。因此，馬達電氣旋轉可被劃分為256個部分。因此，時脈信號402可具有一頻率，其係於馬達之一電氣旋轉期間達成(例如)256個變遷。時脈信號402可由theta斜坡產生器404所產生並使用，以產生其未調整的theta信號404a之斜坡值所被遞增的速率，且被輸出於未調整的theta信號404a內。因此，將理解其於未調整的theta信號404a中重設至斜坡信號之零被達成一次於馬達之每個電氣旋轉，而可能有(例如)256個步進於該斜坡中。
時序/相位誤差檢測器410(使用於操作之範例普通模 式中)被耦合以接收測得的零電流信號418；被耦合以接收測得的位置參考信號414；及被耦合以接收時脈信號402。
於操作之範例普通模式期間，時序/相位誤差檢測器410組態成識別其介於由測得的位置參考信號414所識別的位置參考與由測得的零電流信號418所識別的零電流交叉之間的時間差(亦即，相位差)。
再次簡短地參考圖3，換言之，時序/相位誤差檢測器410可操作以識別介於電流信號304或306的零交叉與反EMF電壓信號302的零交叉之間的時間差。
再次參考圖4，時序/相位誤差檢測器410組態成產生誤差信號410a，其(於某些實施例中)可為代表已識別時間(亦即，相位)差之數位值。
比例積分器微分器(PID)或者(於其他實施例中)比例積分器(PI)可被耦合以接收誤差信號410a，並組態成本質上過濾誤差信號410a以產生調整信號412a。於某些實施例中，調整信號412a可為正比於時序/相位誤差檢測器410所識別之時間差的數位值。
加總模組406被耦合以接收未調整的theta信號404a(亦即，代表固定相位上之重設斜坡信號的一系列組的數位值)；被耦合以接收調整信號412a；及組態成產生普通模式theta信號406a。
調變信號產生模組402亦可被耦合以接收起動模式theta信號424及模式控制信號422。起動模式theta信號 424可相同於或類似於圖1之起動模式theta信號148c，而模式控制信號422可相同於或類似於圖1之模式控制信號148b。
2：1開關420可被耦合以接收普通模式theta信號406a以及起動模式theta信號424。模式控制信號422之狀態判定其送至2：1開關420之輸入信號的哪一者變為選定theta信號420a。
如上所述，普通模式theta信號406a被使用於操作之該普通模式，而起動模式theta信號424被使用於操作之該起動模式期間。
於操作之該普通模式中，應理解持選定theta信號420a(亦即，普通模式theta信號406a)是如同未調整的theta信號404a之重設斜坡信號，但斜坡信號之重設時間係依據調整信號412a之值而被移動於時間上(亦即，調整的相位)。於操作之該起動模式中，應理解其選定theta信號420a(亦即，起動模式theta信號424)亦重設斜坡信號，其重設速率係由圖1之起動控制模組148所控制，且調整信號412a未被使用。
調變輪廓查找表及處理器408被耦合以接收選定theta信號420a。調變輪廓查找表及處理器408組態成於其中儲存代表一或更多調變輪廓(例如，圖2之調變輪廓242)之值。
操作時，選定theta信號420a(亦即，普通模式theta信號406a或起動模式theta信號424之任一者)被用以於 調變輪廓查找表及處理器408內之已儲存調變信號的值之間排序。
將理解：於操作之該普通模式中，其普通模式theta信號406a之重設部分所代表的選定theta信號420a之相位為依據介於測得的位置參考信號414內所識別的位置參考與如測得的零交叉信號418所識別的馬達繞組中之電流的零交叉之間的時間差而可調整的。因此，由調變輪廓查找表及處理器408所產生之調變信號408a的相位(亦即，時序)是可調整的。
於操作之該起動模式中，相位調整無法被執行。然而，於其他實施例中，類似的電路亦可被用以執行相位調整於操作之該起動模式期間。
調變輪廓查找表及處理器408之處理器部分可自動地產生其他固定相位之其他調變輪廓408b,408c(例如，圖2之調變輪廓244,246)，其可於相對於調變輪廓408a(例如，圖2之調變輪廓242)之固定相位。
用以檢測通過馬達繞組之零電流的範例電路及方法係配合圖5-8而被描述於下。然而，應理解：其他的方法亦可被用以檢測其通過馬達繞組之零電流。
以下配合圖5,5A,6,7及7A之討論適用於操作之範例普通模式及操作之該起動模式兩者。圖5,5A,6,7及7A被用以描述範例機構，圖1之電流測量模組144係藉由該些機構而可檢測馬達繞組中之零電流。然而，於其他實施例中，其他的技術亦可被用以檢測零電流。
現在參考圖5，三個半橋電路502,504,506係相應於圖1之三個半橋電路112/114,116/118,120/122，且被顯示驅動三個馬達繞組。通過半橋電路502及通過馬達繞組之一的電流係由畫圈的數字1,2，及3所識別的虛線來指示。電流1,2及3係指示通過半橋電路502之不同時刻的電流，於馬達繞組中之電流信號的正極性期間，例如，於圖2之電流信號262的正部分期間。電流1係指示上FET為開；電流3係指示下FET為開；而電流2係指示兩FET均關閉。將理解其電流2係通過下FET之本質二極體，而因此，電壓VoutA(參見，例如，圖1之信號124)達到低於接地約0.7伏特之電壓，開始在當半橋502之兩個FET被關閉時，並回到當下FET開啟時之接地電壓。因此，將理解：藉由檢測到電壓VoutA低於接地並回到接地，則可識別一通過半橋502及通過相關馬達繞組之實際零電流。
現在參考圖5A，其中圖5之類似元件被顯示為具有類似的參考指定，通過半橋電路502及通過馬達繞組之一的電流係再次由畫圈的數字1,2，及3所識別的虛線來指示。電流1,2及3係指示通過半橋電路502之不同時刻的電流，於馬達繞組中之電流信號的負極性期間，例如，於圖2之電流信號262的負部分期間。電流1係指示上FET為開；電流3係指示下FET為開；而電流2係指示兩FET均關閉。將理解其電流2係通過上FET之本質二極體，而因此，電壓VoutA達到高於電壓VM約0.7伏特之電 壓，開始在當半橋502之兩個FET被關閉時，並回到當上FET開啟時之電壓VM。因此，將理解：藉由檢測到電壓VoutA高於電壓VM並回到電壓VM，則可識別一通過半橋502及通過相關馬達繞組之實際零電流。
現在參考圖6，圖表600具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸及以任意單位之電流單位為標度的垂直軸。圖表620具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸及以任意單位之電壓單位為標度的垂直軸。圖表640具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸及以任意單位之電壓單位為標度的垂直軸。
信號602係代表當使用正弦驅動信號時之馬達繞組A中的電流信號。電流信號602可相同於或類似於圖2之電流信號262。如上所述，當使用PWM驅動信號時，電流信號602可呈現為更複雜的，但信號602通常係代表通過繞組A之平均電流。電流信號具有零交叉於時刻606,608。
調變信號622可相同於或類似於圖2之調變信號242。調變信號622可具有六個時間週期或相位，其中四個被顯示為604a,604b,604c,604d。
PWM信號642可(例如)依據調變波形622而由圖1之PWM產生器108所產生；並可具有高工作循環642a,642b之時刻於調變波形622的峰值622a,622b之時刻以及較低工作循環之時刻於調變波形622的其他部分之時刻，依據調變波形622之值。PWM信號642可為實際地 供應至圖1之馬達104的馬達繞組A 104a之信號，以供正弦驅動。
現在參考圖7，PWM脈衝702,702'係指示圖6之PWM脈衝642於電流信號602之負極性部分。PWM脈衝704係指示圖6之PWM脈衝642於電流信號602之正極性部分。
PWM脈衝702,702’具有提升的或暫態的部分702b,702c,702b’,702c’及穩定狀態部分702a,702a’。依據配合圖5及5A之以上討論，將理解：當半橋之兩電晶體(例如，FET)被關閉時，則出現在相關馬達繞組上之電壓VoutA係暫時地變為高於馬達電壓VM或低於接地，根據馬達繞組中之電流的極性(亦即，電流信號602之極性)。亦將理解：PWM信號702,704,702’之各主要邊緣變遷是在一短時間週期(在此時間週期期間兩FET均被關閉)以前，否則，兩FET可能同時地開啟，導致介於馬達電壓VM與接地之間的短路。因此，當兩FET被關閉時，得到暫態信號部分702b,702c,704b,704c,702b’,702c’。暫態信號部分702b,702c,704b,704c,702b’,702c’可發生於一段短時間週期，例如，於大約五百奈秒。
將理解：暫態電壓信號部分702b,702c,704b,704c,702b’,702c’係於電流信號602之零交叉的每次發生時(亦即，於時刻606,608)改變方向。因此，暫態信號部分702b,702c,704b,704c,702b’,702c’之方向改變的檢測 可被用以識別相關馬達繞組中之零電流。
現在參考圖7A，圖表720具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸及以任意單位之電壓單位為標度的垂直軸。圖表740具有以任意單位之時間單位為標度的水平軸及以任意單位之電流單位為標度的垂直軸。
信號722係代表圖6之PWM信號642，但顯示類似圖7之暫態部分702b,702c,704c,704d,702b’,702c’的暫態信號部分。信號742係相同於或類似於圖6之電流信號602。
時刻t1-t9係發生於暫態信號部分期間。從配合圖5及5A之以上討論，將明白其暫態信號部分係發生在當一驅動馬達繞組之相關半橋電路的兩FET均被關閉時。
為了以上配合圖5,5A及7所述之原因，於時刻t6，暫態信號部分係改變其與電流信號742之零交叉一致或幾乎一致的定向。因此，暫態信號部分之定向的改變可被用以檢測馬達繞組中之零電流交叉。特別地，於時刻t1-t5，暫態信號部分延伸高於馬達電壓VM。相反地，於時刻t6-t9，暫態信號部分延伸低於接地。暫態信號部分之另一改變或定向(未顯示)係發生於電流信號742之下一零交叉，且亦可被用以檢測該下一零交叉。
於某些實施例中，電路(參見，例如，以下顯示於圖8中之比較器808,810)可操作以取樣信號VoutA 722，來檢測暫態信號部分僅在或接近時刻t1-t9，及亦在其後之其他類似時刻。時刻t1-t9及其後之類似時刻是已知 的，因為兩FET均被短暫地關閉於那些時刻。於其他實施例中，信號722可被連續地取樣以檢測暫態信號部分。
於某些實施例中，暫態信號部分之定向的改變可用兩個比較器來檢測。電流信號742之兩個零交叉可被檢測。然而，於其他實施例中，一比較器可被用以檢測其朝上延伸或朝下延伸之暫態信號部分的存在或缺乏。此外，電流信號742之兩個零交叉可被檢測以一個比較器。
現在參考圖8，零電流檢測模組802可相同於或類似於圖1之電流測量模組144。
零電流檢測模組802可包括一經由可選擇開關804而被耦合至三個馬達繞組之第一比較器808。零電流檢測模組802亦可包括一經由可選擇開關806而被耦合至三個馬達繞組之第二比較器810。第一比較器808可被耦合以接收一等於或接近馬達電壓VM之參考電壓。第二比較器810可被耦合以接收一等於或接近接地之參考電壓。
第一比較器808組態成產生輸出信號808a，其係指示高於馬達電壓之選定馬達繞組上的電壓。第二比較器810組態成產生輸出信號810a，其係指示低於接地之選定馬達繞組上的電壓。因此，於操作時，第一比較器808可操作以檢測與正弦馬達驅動關聯之圖7的PWM信號之正暫態信號部分702b,702c,702b’,702c’。類似地，於操作時，第二比較器810可操作以檢測與正弦馬達驅動關聯之圖7的PWM信號之負暫態信號部分704b,704c。如上所述，這些信號部分之邊緣可被用以識別相關馬達繞組 中之零電流交叉。
零電流檢測模組802亦可包括多工器812，其被耦合以接收輸出信號808a,810a並組態成產生其代表輸出信號808a,810a之選定一者的輸出信號812a。
多工器812可被耦合以從調變信號產生模組146接收控制信號814(亦即，圖1之控制信號146d)。開關804,806可被耦合以從調變信號產生模組146接收其他控制信號(未顯示)。
調變信號產生模組146可使用多種類型的邏輯以識別馬達繞組之一或更多者中的零電流交叉。例如，依據以上配合圖7及7A之討論，針對PWM正弦馬達驅動信號，輸出信號808a,810a可被用以識別PWM信號642之暫態信號部分702b,702c,704b,704c,702b’,702c’的方向改變。基本上，多工器812可切換以觀看其他比較器，每當進行暫態信號部分之特定方向的檢測時。
於某些實施例中，該些開關未被使用而僅有一馬達繞組被使用以提供信號給比較器808,810。於某些實施例中，僅有一比較器被使用且多工器812是不需要的。多種不同類型邏輯可被調變信號產生模組146使用以識別一通過馬達繞組之電流的零交叉，其係藉由使用檢測馬達繞組上之電壓何時高於馬達電壓VM及/或低於接地的上述技術。
現在參考圖9，圖表900具有以任意單位之時間單位的水平軸及以任意單位之脈寬調變(PWM)工作循環單位 和任意單位之電流單位兩者的垂直軸。圖表900係代表上述操作之起動模式，接續以上述操作之範例普通模式。
於時間軸上，第一衝刺時間週期906a及第二衝刺時間週期906b係指示上述操作之起動模式。一起地，第一衝刺時間週期及第二衝刺時間週期於文中被稱為衝刺時間週期或起動時間週期。
惰轉時間週期906b係指示介於操作之起動模式與上述操作之範例普通模式之間的變遷時間。普通模式時間週期906d係指示操作之該普通模式。
曲線904係指示峰值脈寬調變工作循環，亦即，指示圖1之起動模式需求信號148a的值，例如，於圖2之調變波形242,244,246的峰值上。如上所述，脈寬工作循環係有關供應給馬達140之驅動信號124,126,128(圖1)的振幅。
於第一衝刺時間週期904a期間，峰值PWM工作循環(起動模式需求信號148b)係從低工作循環(例如，零百分比峰值工作循環或二百分比峰值工作循環)快速地增加。於第二衝刺時間週期906b期間，峰值PWM工作循環(起動模式需求信號148b)較不快速地增加。
雖未顯示，於第一衝刺時間週期906a期間，如從以下配合圖12之討論將變得清楚明白，圖1之起動模式theta信號148c亦可增加，導致調變波形之頻率的增加，亦即，圖1之調變包封a,146a,146b,146c，其範例版本被顯示為圖2之波形242,244,246。調變波形之頻率的增 加係同等於調變波形之速率的增加。同時，雖未顯示，於第二衝刺時間週期906b期間，圖1之起動模式theta信號148c可增加，再次導致調變波形之頻率的增加。
於某些實施例中，第一衝刺時間週期906a係由峰值PWM工作循環之增加所主宰。於某些實施例中，第二衝刺時間週期906b係由調變波形的頻率之增加所主宰。
於第一衝刺時間週期906a期間以及於第二衝刺時間週期906b期間之峰值PWM工作循環的增加被顯示為線性地且連續地增加。於其他實施例中，該些增加之一者或兩者可為非線性且連續的。於其他實施例中，該些增加之一者或兩者可為間斷的。
於某些其他實施例中，僅有一衝刺時間週期於操作之該起動模式期間；而於該一衝刺時間週期期間，峰值PWM工作循環可線性地且連續地增加於某些實施例中、非線性地且連續地於其他實施例中、以及間斷地於又其他實施例中。類似地，於該一衝刺時間週期期間，調變波形之頻率可線性地且連續地增加於某些實施例中、非線性地且連續地於其他實施例中、以及間斷地於又其他實施例中。
於惰轉時間週期906c期間，峰值PWM工作循環被帶至零，其係指示圖1之驅動信號124,126,128被關閉。如上所述，馬達繞組上之反EMF信號(當馬達轉動時產生)可被觀察到在當無驅動信號被供應至馬達時。因此，惰轉時間週期904c可具有一歷時，在停止驅動信號之時 刻開始以及當檢測到特定反EMF信號時結束。此係配合圖10而被進一步描述於下。
在惰轉時間週期之後，中間峰值PWM工作循環904d被供應至馬達且馬達在之後操作於操作之該普通模式。
信號902係代表流經馬達繞組之一(例如，圖1之馬達繞組A 104a)的電流。於第一衝刺時間週期期間，電流信號902之一部分902a主要地增加振幅，而較少增加頻率。於第二衝刺時間週期期間，電流信號902之一部分902b主要地增加頻率，而較少增加振幅。於惰轉時間週期期間，電流信號902之一部分902c係代表馬達繞組中之零電流。於普通模式時間週期期間，電流信號902之一部分902d係代表操作之該普通模式。
可看出：於第二衝刺時間週期之結束時，送至馬達繞組之驅動信號(其導致電流信號902)被停止且電流信號902來到零電流。類似地，於普通模式時間週期之開始時，電流信號902開始於一相位以致該電流於零開始。
惰轉時間週期係配合圖10而被更完整地描述於下。
現在參考圖10，信號1000被顯示以任意單位之水平時間標度。垂直標度係以任意單位之電流單位。
第二衝刺時間週期可相同於或類似於圖9之第二衝刺時間週期。圖10中所示之惰轉時間週期可相同於或類似於以上配合圖9所示之惰轉時間週期。圖10中所示之普通模式時間週期可相同於或類似於以上配合圖9所示之普通模式時間週期。
於此，圖1之馬達104的所有三個馬達繞組中之電流被顯示於第二衝刺時間週期之結束時。如以上配合圖9所述，於第二衝刺時間週期之結束時，亦即，於惰轉時間週期之開始時，一旦繞組A 104a中之電流iA為零，則所有三個馬達驅動信號均停止，於該情況下，於惰轉時間週期期間，繞組A中之電流保持在零而其他兩個繞組中之電流快速地接近零。
於操作時，在惰轉時間週期期間之某時刻，繞組A上之反EMF信號1002通過零伏特。反EMF之零交叉係指示馬達之轉動的參考轉動位置。當於繞組A上檢測到零電壓時，所有三個馬達驅動信號被再次起動而導致操作之該普通模式所示之電流波形。特別地，應注意：利用此配置，繞組A上之電流(及所有其他繞組上之電流)起動於操作之該普通模式，以其在衝刺時間週期之結束時所處的相同相位。以此方式，馬達達到操作之該普通模式而不會有其驅動馬達之信號中的相位中斷。
現在參考圖11，起動控制模組1100可相同於或類似於圖1之起動控制模組148。起動控制模組1100基本上控制圖1之馬達控制電路102的操作，於圖9及10之第一和第二衝刺時間週期及惰轉時間週期期間。
起動控制模組1100可被耦合以接收零電流信號1120。零電流信號1120可相同於或類似於圖1之測得的零電流信號144a。
起動控制模組1100亦可被耦合以接收一或更多反 EMF信號1122。反EMF信號可相同於或類似於圖1之反EMF信號150。
起動控制模組1100亦可被耦合以接收系統時脈信號1124。
起動控制模組1100亦可被耦合以從電阻分壓器1118接收選擇信號1118a。電阻分壓器1118可相同於或類似於圖1之電阻分壓器152。
起動控制模組1100亦可被耦合以從電阻分壓器1116接收馬達電壓信號1116a。電阻分壓器1116可相同於或類似於圖1之電阻分壓器154。
起動控制模組1100組態成產生起動模式theta信號1104c。起動模式theta信號1104c可相同於或類似於圖1之起動模式theta信號148c。
起動控制模組1100組態成產生起動模式需求信號1104a。起動模式需求信號1104a可相同於或類似於圖1之起動模式需求信號148a。
起動控制模組1100亦組態成產生模式控制信號1104b。模式控制信號1104b可相同於或類似於圖1之控制信號148b。
起動控制模組1100可包括開關1110，組態成來回切變於馬達電壓信號1116a與選擇信號1118a之間。類比至數位轉換器1112被耦合以從開關1110接收輸出信號。類比至數位轉換器1112組態成產生數位輸出信號1112a，其代表馬達電壓信號1116a或選擇信號1118a之至少一 者。
起動控制模組1100可包括解碼邏輯1114，其被耦合以接收數位信號1112a。回應於數位信號1112a，解碼邏輯1114可產生控制信號1114a，其代表複數狀態之選定一者。從以下之討論將清楚明白：複數狀態之該選定一者係代表複數組參數值之選定一者，該些參數值係判定於操作之該起動模式期間供應至圖1之馬達104的驅動信號之特性。因此，複數組參數值之一係依據選擇信號1118a或馬達電壓信號1116a之至少一者而因此由使用者所選擇。
複數組參數值1106可被留存於或鄰近於起動控制模組1100內。參數值1106可被留存以多種方式。於某些實施例中，該些組參數值1106被留存於儲存裝置中，例如，ROM,PROM，或EEPROM。然而，為了於圖1之馬達控制電路102的製造時將矽表面區域之使用減至最少，於某些實施例中，參數值1106可僅為硬佈線位元，其中所有位元可得於相同時刻。
所有參數值可由多工器1108所接收。回應於控制信號1114a，多工器1108可將複數組參數值之選定一者提呈為信號1108a，其可為串列數位信號或者平行數位信號之任一者。
起動theta及需求模組1104可包括一類似於圖4之theta斜坡產生器404的theta斜坡產生器。回應於信號1108a內之複數組參數值的該選定一者，起動theta及需求模組1104可產生信號1104a,1104b,1104c。
起動控制模組1100可包括脈寬過濾器1102，其被耦合以接收零電流信號1120。脈寬過濾器1102可操作以移除極短脈衝(例如，暫態雜訊脈衝)來提供更乾淨的零電流信號1102a。
反EMF信號1122係由起動theta及需求模組1104所使用以供同步程序，於以上配合圖10所述之惰轉時間週期的結束時。
零電流信號1120係由起動theta及需求模組1104所使用以識別零電流，於衝刺時間週期之結束時(亦即，圖10中所表示之操作之該起動模式的結束時)。
現在參考圖12，一表係顯示十個範例參數，其可用於操作之該起動模式期間，而特別地，於其包括以上配合圖9所述之第一及第二衝刺時間週期兩者的操作之起動模式期間。雖然顯示了特定參數，但應理解：其他參數亦可被使用而不背離意旨，包括多於十個參數或少於十個參數。各個範例參數之定義被列出於下。
‧fixedIniDutyIn-控制第一衝刺時間週期期間之初始峰值PWM工作循環
‧alignDutyIncrTime-控制第一衝刺時間週期期間之峰值PWM工作循環遞增時間
‧alignDutyIncr-控制第一衝刺時間週期期間之峰值PWM工作循環遞增
‧alignThetaIncrTime-控制第一衝刺時間週期期間之起動模式theta遞增時間
‧iniRampDuty-控制第二衝刺時間週期期間之初始峰值PWM工作循環
‧dutyIncr-控制第二衝刺時間週期期間之峰值PWM工作循環遞增量
‧freqUpdateTime-控制第二衝刺時間週期期間之(調變波形的)衝刺頻率改變時間
‧iniFreqSel-控制第二衝刺時間週期期間之(調變波形的)初始衝刺頻率
‧noOfFreq-控制第二衝刺時間週期期間之(調變波形的)頻率總數
‧iniDutyAfterCoast-控制惰轉時間週期之結束時的峰值PWM工作循環
然而，針對各參數顯示範例的位元數，於其他實施例中，可使用其他的位元數。
顯示二十四範例組的參數值。
由於以下特性：各組值中之特定參數值可極顯著地根據馬達控制電路所應用之馬達的類型，所以僅顯示第一組特定的範例參數值。
如上所述，該些組參數值之一(於此，來自範例組1至範例組24中的一組)係依據圖11之馬達電壓信號1116a及/或選擇信號1118a而被選擇。因此，可由使用者藉由選擇圖11之電阻分壓器1118來進行選擇，依據由圖1之馬達控制電路102所驅動的馬達類型以及依據對馬達造成之負載。
某些參數值可為固定且相同的於圖12之每一欄中，然而，於其他實施例中，無任何值為固定的。雖然特定的值被顯示於圖12之組1欄中，但其他的值亦可被使用。圖12之各個欄的參數值之可用範圍被列出如下：fixedIniDutyIn-0%至10%
alignDutyIncrTime-1ms至50ms
alignDutyIncr-0.1%至5%
alignThetaIncrTime-1ms至50ms
iniRampDuty-5%至50%
dutyIncr-0.1%至10%
freqUpdateTime-10ms至500ms
iniFreqSel-0.5HZ至20Hz
noOfFreq-1至100
iniDutyAfterCoast-5%至50%
現在參考圖13，一圖表顯示範例邏輯，圖11之起動控制模組可由該邏輯使用以致圖11之馬達電壓信號1116a及選擇信號1118a可被結合以選擇圖12中所列出之二十四組參數值。列出的選擇值0-15係相應於圖1之選擇信號152a的任意電壓值。各選擇值可依據電壓之任意範圍而被判定，例如，於個別電壓值之正或負二十百分比內。
雖然圖13之圖表係代表由圖11之解碼邏輯模組1114所使用的特定邏輯，但應理解其任何數目的其他邏輯可被用以結合馬達電壓信號與選擇信號。
於某些實施例中，馬達電壓信號1116a完全未被使用，於該情況下，有一對一的映射於各選擇值與一組參數值之間。因此可僅有十六組參數值。
雖然以上配合圖12顯示並描述了二十四組參數值，且雖然十六組參數值被描述於上，於替代實施例中，可有任何數目組的參數值，只要有至少兩組參數值。
應理解：圖14顯示一相應於其將被實施於馬達控制電路102(圖1)中之以下設想的技術之流程圖。矩形元件(以圖14中之元件1402為典型)，文中標示「處理區塊」，代表電腦軟體指令或指令群。鑽石形狀元件(以圖14中之元件1418為典型)，文中標示「決定區塊」，代表電腦軟體指令(或指令群)，其影響由處理區塊所代表的電腦軟體之執行。
替代地，處理及決定區塊代表由諸如數位信號處理器電路或特定應用積體電路(ASIC)等功能上同等的電路所執行之步驟。流程圖並未描述任何特定編程語言之語法。反之，流程圖係闡明本技藝中具有通常知識者所需以製造電路或產生電腦軟體來執行需要特定設備之處理的功能性資訊。應注意：未顯示出許多常式程式元件，諸如迴路和變數之初始化以及暫時變數之使用。那些熟悉此技藝人士將理解：除非文中另有指示，所描述之區塊的特定順序僅為說明性的，且可被變更而不背離本發明之精神。因此，除非另聲明以下所述之區塊是無順序的，表示(當可能時)步驟可被執行以任何方便的或想要的順序。
現在一起參考圖14及14A，方法1400係指示一種範例方式，其中以上列出之各個參數可被使用於圖1之馬達控制電路102中的操作之該起動模式期間，及，特別地，於其具有以上配合圖9所示及所述的第一衝刺時間週期及第二衝刺時間週期之操作的起動模式期間。然而，將理解：其他方法可被用以提供操作之該起動模式，使用至少圖1之選擇信號152a，包括(如上所述)其僅具有一衝刺時間週期的操作之起動模式。
遍及圖14及14A之討論係參考圖1之硬體元件。假設其方法1400開始於當馬達控制電路102所耦合之電動馬達不轉動時。
將從以下的討論理解：區塊1402-1418相應於以上配合圖9所述之第一衝刺時間週期期間的起動控制模組148之功能。區塊1424-1438相應於以上配合圖9所述之第二衝刺時間週期期間的起動控制模組148之功能。區塊1440-1444相應於以上配合圖9所述之惰轉時間週期期間的起動控制模組148之功能。區塊1446-1448相應於以上配合圖9及各個其他圖形所述的操作之該普通模式期間的起動控制模組148及整體馬達控制電路102之功能。
範例方法1400開始於步驟1402，其中圖1之起動控制模組148將模式控制信號148b設於一指示操作之起動模式的狀態。
於區塊1404，起動控制模組148檢測選擇信號152a之值，例如，選擇信號152a之類比電壓值。
於區塊1406，起動控制模組148檢測馬達電壓信號154a之值，例如，馬達電壓信號154a之類比電壓值。
於區塊1408，起動控制模組148識別起動參數組，亦即，圖12的欄之一，依據以上配合圖11,12及13之討論。於某些實施例中，起動控制模組148使用選擇信號152a及馬達電壓信號154a兩者以從如上配合圖12及13所述的複數組參數值識別一組參數值。然而，於某些其他實施例中，如上所述，起動馬達控制模組148並未使用馬達電壓信號154a，且應使用哪組參數值的判定僅依據選擇信號152a來做出。
於區塊1410，起動控制模組148將第一衝刺時間週期theta信號(亦即，於第一衝刺時間週期期間之起動模式theta信號148c)設為(例如)初始值，以等於alignThetaIncrTime*256之參數值。
於區塊1412，起動控制模組148依據圖12及13之選定參數值組的參數fixedIniDutyIn以設定第一衝刺時間週期速度需求信號(亦即，於第一衝刺時間週期期間之起動模式需求信號148a，亦即，PWM波形之峰值工作循環)。
於區塊1410及1412上之值組造成馬達驅動信號124,126,128開始驅動馬達104。
於區塊1414，馬達控制電路102依據該選定參數值組之參數alignDutyIncrTime而等待(同時產生馬達驅動信號124,126,128)。
於區塊1416，起動控制模組148依據該選定參數值組之參數alignDutyIncr而遞增第一衝刺時間週期需求信號。
平行與區塊1414及1416，於區塊1420，馬達控制電路102依據該選定參數值組之參數alignThetaIncrTime而等待(同時產生馬達驅動信號124,126,128)。於區塊1422，起動控制模組148遞增第一衝刺時間週期theta信號(亦即，於第一衝刺時間週期期間之起動模式theta信號148c)，例如，以一計數值(例如，針對其中theta信號從零數到兩百五十五的實施例)。於其他實施例中，可使用大於一計數值之值。
於區塊1418，起動控制模組148檢測該第一衝刺時間週期之結束是否已發生。於某些實施例中，第一衝刺時間週期之結束(參見，例如，圖9)可依據圖1之起動模式theta信號148c的一循環之結束而被檢測。將從以上討論瞭解：起動模式theta信號148c係由衝刺之值所組成。theta循環之結束可構成theta信號148c之衝刺的最後值。
於其他實施例中，第一衝刺時間週期之結束可依據起動模式theta信號148c之任何數目的循環而被檢測，其中起動模式theta信號148c衝刺然後重設為初始值並於各循環中再次衝刺。
假如檢測到第一衝刺時間週期之結束，則程序進行至區塊1424。於區塊1424，第二衝刺時間週期開始(參 見，例如，圖9)。
於區塊1424，起動控制模組148依據圖12及13之選定參數值組的參數iniRampDuty以設定第一衝刺時間週期速度需求信號(亦即，於第二衝刺時間週期期間之起動模式需求信號148a，亦即，PWM波形之峰值工作循環)。
於區塊1426，起動控制模組148依據圖12及13之選定參數值組的參數iniFreqSel以設定第二衝刺時間週期theta信號(亦即，於第二衝刺時間週期的開始時之起動模式theta信號148c)。
於區塊1428(圖14A)，起動控制模組148連續地衝刺第二衝刺時間週期theta信號(亦即，起動模式theta信號148c)以產生衝刺信號之週期性及重複性循環。如此導致具有複數循環之驅動信號124,126,128。
於區塊1430，馬達控制電路102(及，特別地，起動控制模組148)持續產生起動模式theta信號148c之循環(同時產生馬達驅動信號124,126,128之相應循環)直到依據圖12及13之選定參數值組的參數freqUpdateTime。
於區塊1432，起動控制模組148依據圖12及13的該選定參數值組之參數dutyIncr而遞增第二衝刺時間週期需求信號(亦即，起動模式需求信號148a)。
與區塊1432平行，於區塊1434，起動控制模組148依據頻率增量(例如，3Hz增量)以將第二衝刺時間週期 theta信號(亦即，起動模式theta信號148c)設為新的速率(亦即，頻率)。然而，該增量可為從約1Hz至約100Hz之範圍內的任何值。於某些實施例中，此值被選擇為來自圖12之一組選定參數值內之另一值(未顯示)。
於區塊1444，起動控制模組148依據圖12及13的該選定參數值組之參數NoOfFreq以識別區塊1446上之頻率更新數是否高於一值。
假如頻率更新數已被超過，則程序進行至區塊1438。假如頻率更新數未被超過，則程序進行至區塊1430。
於區塊1438，起動控制模組148等待馬達104之選定一或更多繞組中的電流達到約等於零之電流。電流達到零之時間係相應於圖9中所示之惰轉時間的開始。
於區塊1440，於圖6之惰轉時間週期期間，起動控制模組148關掉起動模式需求信號148a及起動模式theta信號148c以關掉其送至馬達104之驅動信號124,126,128而進入圖9之惰轉時間週期。
於區塊1442，起動控制模組148使用反EMF信號150，依據以上配合圖10之討論，以識別惰轉時間週期之結束。於區塊1442，假如惰轉時間週期尚未被檢測，則程序回到一迴路中之區塊1440。於區塊1442，假如惰轉時間週期被檢測，則程序進行至區塊1444。
於區塊1444，起動控制模組148依據圖12及13的該選定參數值組之參數iniDutyAfterCoast以設定惰轉時間 週期速度需求信號(亦即，起動模式需求信號148a)。
於區塊1446，起動控制模組148將模式控制信號148b設為一指示操作之該普通模式的狀態，於該時刻起動控制模組148釋出馬達控制電路102對於調變信號產生模組146之控制。
於區塊1448，馬達控制電路102使用圖4之普通模式需求信號107a及普通模式theta信號406a以運作於操作之該普通模式中。
以上程序係描述一種用以起動電動馬達之二步驟方式，亦即，使用以上配合圖9所述之第一衝刺時間週期及第二衝刺時間週期的二步驟方式。通常，起動馬達可僅使用一衝刺時間週期，或者多於兩個衝刺時間週期。
雖然特定參數及參數值係配合圖12而描述於上，且特定邏輯係配合圖13而被描述於上，但其他參數、其他參數值、及其他邏輯亦可被使用。
文中所引述之所有參考案藉此併入文中以參考其完整性。
已描述了較佳實施例，其適以闡明各個觀念、結構及技術，其為本專利之標的，對那些熟悉此技藝人士現在將明白：其他結合這些觀念、結構及技術之實施例可被使用。因此，得知本專利之範圍不應被限制於所述之實施例，反而僅應由後附申請專利範圍之精神及範圍所限制。
1000‧‧‧信號
1002‧‧‧反EMF信號

Claims (14)

  1. 一種以馬達控制電路驅動具有複數馬達繞組之多相馬達的方法，該方法包含：以該馬達控制電路產生複數包含用以起動多相馬達自旋之已判定的起動信號特性之驅動信號，其中該些複數驅動信號之該些已判定的起動信號特性包含於操作之起動模式期間的衝刺時間週期期間之電動馬達的衝刺起動，其中該些複數驅動信號導致由該些複數馬達繞組所攜載之相應的複數正弦電流信號，及其中該產生包含產生該些複數驅動信號，以致於該衝刺時間週期之結束時，該正弦電流信號之複數循環的最後一者在零電流處結束，該方法進一步包含停止該些複數驅動信號於該衝刺時間週期之該結束後的惰轉時間週期；檢測反EMF信號，其係指示當該些複數驅動信號被停止時該些複數馬達繞組之選定一者上的零反EMF電壓，該測得的反EMF信號係指示該惰轉時間週期之結束；及以該些複數正弦電流信號驅動該些複數馬達繞組於操作之普通模式中來回應該檢測。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中在操作之該普通模式的開始時，該些複數馬達繞組之該選定一者上的該些複數正弦電流信號之第一循環係開始於該零電流；並且於一與該些複數馬達繞組之該選定一者上的該正弦電流 信號之該些複數循環的最後一者之相位連續的相位，在該衝刺時間週期之結束時。
  3. 如申請專利範圍第2項之方法，進一步包含：在操作之該普通模式的開始時，調整該些複數驅動信號以導致相較於在該衝刺時間週期之該結束時的該些複數正弦電流信號之較小的振幅。
  4. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該產生該些複數驅動信號包含：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
  5. 如申請專利範圍第2項之方法，其中該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的惰轉歷時。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該產生該些複數驅動信號包含：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中 該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的週期總和之惰轉歷時。
  8. 一種用以驅動具有複數馬達繞組之多相馬達的馬達控制電路，該馬達控制電路組態成：產生複數包含用以起動該多相馬達自旋之已判定的起動信號特性之驅動信號，其中該些複數驅動信號之該些已判定的起動信號特性包含於操作之起動模式期間的衝刺時間週期期間之電動馬達的衝刺起動，其中該些複數驅動信號導致由該些複數馬達繞組所攜載之相應的複數正弦電流信號，及其中該些複數驅動信號被產生以致於該衝刺時間週期之結束時，該正弦電流信號之複數循環的最後一者在零電流處結束；停止該些複數驅動信號於該衝刺時間週期之該結束後的惰轉時間週期；檢測反EMF信號，其係指示當該些複數驅動信號被停止時該些複數馬達繞組之選定一者上的零反EMF電壓，該測得的反FMF信號係指示該惰轉時間週期之結束；及 以該些複數正弦電流信號驅動該些複數馬達繞組於操作之普通模式中來回應該檢測。
  9. 如申請專利範圍第8項之馬達控制電路，其中在操作之該普通模式的開始時，該些複數馬達繞組之該選定一者上的該些複數正弦電流信號之第一循環係開始於該零電流；並且於一與該些複數馬達繞組之該選定一者上的該正弦電流信號之複數循環的最後一者之相位連續的相位，在該衝刺時間週期之結束時。
  10. 如申請專利範圍第9項之馬達控制電路，其中該馬達控制電路進一步組態成：在操作之該普通模式的開始時，調整該些複數驅動信號以導致相較於在該衝刺時間週期之結束時的該些複數正弦電流信號之較小的振幅。
  11. 如申請專利範圍第9項之馬達控制電路，其中該馬達控制電路組態成藉由下列方式以產生該些複數驅動信號：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
  12. 如申請專利範圍第9項之馬達控制電路，其中該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的惰轉歷時。
  13. 如申請專利範圍第8項之馬達控制電路，其中該馬達控制電路組態成藉由下列方式以產生該些複數驅動信號：產生相應的複數已調變PWM波形，該些複數已調變PWM波形具有依據正弦驅動調變包封而隨時間改變的個別工作循環，其中該正弦驅動調變包封具有一頻率，其中該些複數已調變PWM波形之每一者具有一峰值工作循環，其中該些複數已調變PWM波形之每一者的該峰值工作循環係有關由該些複數馬達繞組所攜載的複數正弦電流信號之各別一者的振幅，且其中該調變包封之該頻率係有關該些複數正弦電流信號之頻率。
  14. 如申請專利範圍第8項之馬達控制電路，其中該惰轉時間週期具有相應於接近該衝刺時間週期之結束的該些複數正弦電流信號之整數循環的週期總和之惰轉歷時。
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