TW525341B - Pulse width modulator (PWM) system with low cost dead time distortion correction - Google Patents

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525341 經濟部中央標準局員工消費合作社印11 Α7 Β7 五、發明説明（1 ) 這應用已於1997年4月7日在美國歸檔，其專利案號是 08/835,370 。 本發明通常係有關於電子電路，而更特別的是有關於趨 動倒相器所餵入之電感負載的數位電路。 , 發明背景 微電子革命已使數位電路能夠使用在多種不同的控制應 用。例如，微控制器（MCUs)最近已用來諸如加熱、通風、 和空氣凋節（Η V A C )、工庭自動控制、變數驅動、及類似 等應用的馬達控制。M CIJ典型藉由包括在μ C U控制下所操 作之脈衝寬度調變器（PWM)的一週邊電路，可達成該控制 功能。PWM藉由調變驅動功率倒相器的信號脈衝寬度而能 控制馬達的速度和操作。 如此的一系統的範例是在圖1中顯示，其描述形狀交流電 (AC)三相馬達系統在的部分方塊圖和部份電路圖。系統2〇 通苇包括一 MCU21、一隔絕電路22、一功率模阻23，及 一個三相交流電感馬達24。MCU 21包括一 pWM 26、和傳 統的MCU其它元件，而此MCU包括一中央處理單元（CPU) 、程式記憶體、及在圖1中爲簡化而省略的其它週邊電路。 既然馬達24是三相，PWM 26提供控制三相中每一相位之 動作和斷開電晶體的信號。除此之外，它需輸出地電位的 信號，而如此p WΜ 2 6便可提供七假輸出。隔離方塊2 2會 接受這七個輸出，並提供六個驅動信號給在功率模阻2 3中 -4- 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（2丨0ΧΜ7公釐） ^ M 0-¾衣------IT----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} 經濟部中央標隼局員工消費合作社印製 525341 A7 s^ ___B7 五、發明説明（2 ) 的相對電晶體。隔離方塊2 2能使用光耦合器、光電晶體、 又愿器、或類似裝置而製成，而防止在PWM 26輸出線上 出現高電壓，藉以保護M C U 2 1的電路損害。 功率模阻2 3允許諸如一傳統的2 3 〇伏特或4 6 〇伏特三相交 况線電壓的三相交流輸入的電路。功率模阻23允許馬達24 又成一可變速馬達變化的信號。因此，系統2 〇在需要變速 馬達的系統中是尤其有用的。例如，馬達2 4的頻率在準用 期間能被減少' 功率模阻23通常包括一輸入部份3〇、一電容器4〇、一電 阻41、及一輸出邵份5〇。輸入部份3〇包括二極體Μ」？。 一極體3 2 - 3 4中的每一個具有一連接至標有” ρ丨”的一負連 接端，及連接至標有” R”、”s”、和”τ,,的三個三相輸入連 接端中的相對一個的正連接端。二極體3 5_37具有相對連接 至二極體3 2-3 4之正連接端的負連接端，及連接至一節點標 有”Ν1”的正連接端。電容器4〇具有連接至ρι連接端的第一 連接端，及連接至N1連接端的第二連接端。因此，輸入部 份30連同電容器4〇會形成轉換器，以便將三相交流輸入轉 換成在連接端P1*N1之間的單一固定電壓。然而，要注意 的是，諸如這些始使用各種不同特性的電晶體或二極體可 使用在轉換器30上。 如圖1所示，功率模阻23符合於一商用混合積體電路，諸 如由摩托羅拉（Motorola)公司的高功率產品部門所製造的 一咼功率杈阻。因此，在圖1中的功、率模阻2 3包括連接端 P2和N2，其在系統2〇中係分別連接至端子p丨1，但不 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X 297公瘦） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本貰) -裝. 525341 Α7 Β7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（3 ) 是在所有的應用皆連接在—起。電阻41具有連接至端子们 的矛-連接端，及連接至倒相器部分5G的第二連接端。電 阻4 1在偵測直流（Dc)匯流排方面是有用，其有助於過電流 的偵測、測量特性、及類似功能。 倒相器4刀5 0包括二個半橋式部份，其每一個係相對於 一預期的相位。部份50包括絕緣閘雙極電晶體（igb 丁 s)5i_ 56、及整流器61_66。電晶體51具有連接至端子以的一集 極、用以接收’標有”G1”信號的一閘極、及用以接收標有 πκι”信號的一射極。電晶體52具有連接至電晶體51集極的 一射極，一閘極用以接收一標有” G2，，的信號、及連接至電 阻4 1第二端的一集極。電晶體53具有達接至端子”的一集 極、用以接收標示” G3”信號的一閘極、及用以接收標有 ΠΚ3”信號的一射極。電晶體54具有連接至電晶體53射極的 一集極、用以接標有” G 4 π信號的一閘極、及連接至電阻4 i 之第二端的一射極。電晶體55具有連接至端子！>2的一集極 、用以接收到標有”G5”信號的一閘極、及用以接收標有 K 5 ’ k號的一射極。電晶體5 6具有連接至電晶體5 5射極的 一集極、用以接收標有”G6”信號的一閘極、及連接至.電阻 4 1的第二端的一射極。電晶體5 }、5 3、和5 5的射極也連接 至功率模阻2 3的輸出端，其分別標示有，I u ”、” v，，、及n w ,, ’其形成馬達2 4輸入的每一個相位。要注意的是，當隔離 方塊2 2從P W Μ 2 6及其共地信號的輸出而形成隔離信號時 ’信號Κ1-Κ3是由隔離方塊22所提供的共同（地）電壓。 除電晶體之外5 1- 5 6，倒相器部分5 0也包括整流器6 1 _ 6 6 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ 297公釐） ---^--Μ.---------訂----- (請先閱讀背面之注意事項、再填寫本頁〕 525341 525341 A7 B7 五、發明説明（4 ^免在倒相器於空载時間間隔的並非是在低點或高點驅 動期間所造成的毁損。整流器61_66中的每一個且 ^體51〜中所相對—集極的負連接端，及連接至對應電 :^51:5:射極的—正連接端。當馬達“在空載時間間隔 …月間在#唬u、v、和％上發展電壓時，整流器6卜66可參 考馬整流二極體，因爲它們能提供適當的電流路徑。 在操作上，在MCU 21控制下的PWM 26能提供輸出信 ^，其在特殊點上的週期與提供給馬達24的電壓的大小成 比例。當在要#導的動作電晶體和斷開電晶體之間變更時 :電晶體具有非傳導的短暫時間。這時間就是廣爲所知的 空載時間，以避免動作和斷開電晶體同時傳導，這合迕成 不可預期的穿透電流。大體上，纟空載間隔時間，馬曰達Η ^驅動信號線，而整流器61-66會提 導路徑。 吁 經濟部中央標準局員工消費合作社印繁 空載時間間隔在絕對的週期期間内會造成減少電流的大 j結果造成明顯的波形失眞。用以改正此大小錯·#吳的已 知技術係在PWM輸出信號中使用—補償，當作補償由於空 載時間間隔振幅損失的電流輸出極性功能。在正電流期間 動作電晶體會”適時”地增加，而斷開電晶體會"適時"地 減少。在負電流期間，斷開電晶體會”適時，，地增加，而動 作電晶體會"適時"地減少。此PWM補償技術在大部份的波 形期間會是有效的。然而’當輸出電流趨近零時，不適合 補償空載時間的失眞。 在空载日寺間㈣，當纟一特殊相位上的電流趨近零時， 本紙張尺度適用中（CNS )六4規格（2ι〇χ29·^^Ύ A7 B7 525341 五、發明説明（ 在U、V、或W連接端上的電壓是由馬達24的電 統中的寄生雷交士 ϊ & j A 心、及其在系 J的寄生“大小所決足，而不是由電流極性 尽的空載時間間隔期間，此不明確的電壓特性使它益t 使用電流極性來滿足避免在馬達信號中失眞。這種現象: 下文中可視爲趨近零失眞。如此的趨近零失眞會造成= 矩的非線性持續時間'不預期的暫態信號、及雜訊操作。 :象這=失眞範例是在圖2中顯示出，其説明表示電流流 ^早相馬達24的-波形時序圖。在圖2中，位準軸㈣示時 間’而垂直軸係表示電流。^原係指定在％，，，而其它的 時間點是指定爲，，tl_t7"。在時間點“上，經過受監督之馬 達24相位的電流是在最大値。理想上，波形是一完整的正 弦波仁在時間間隔12和13之間，當輸出電流趨近零時， 會使失眞或馬達電流信號降…類似的失眞會發生在波形 中最小時間點t4後的時間點之間，而在時間點口最 大波形之前。 在改正馬達電流中，如此趨近於零失眞的一已知技術可 經由電流偵測技術而提供。這類技彳粉是在Η”年二月13_ 14 日，在王題爲 Inverter 〇utput Synthesis

Using Novel Deadtime Compensation” 的第九年度應 用電子學會議程和博覽會中由舒瓦及其他的人所揭示。然 而，由舒瓦及其他的人所使用方法具有嚴重缺點，即是由 舒瓦及其他的人所提供的補償是藉由使用封閉式迴路系統 而冗成。如此的一系統便增加明顯的費用，而不適合使用 在許多的應用上。 ,.---------、订-----费 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印11 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格 (210X297公釐） A7 B7 525341 五、發明説明（ 超H已知的技術可直接偵測在馬達24中的電流，並使用 : 術補U號失眞。然而’此重問題的解決也是昂貴 '使用了電流感測器，而這種技術不適合於許多低 2的馬達使用。因此’所需要的是補償趨近於零失眞的 "，而其可在一開放式迴路系統中以經濟有效的方法完 :二,類電路和微控制器使用的電路是由本發明所提供， ”欲和4點連同參考下列的詳細纟會圖而變得更清楚。 簡單説明 圖1係描述根據先前的技藝形迖 部份電路圖。 4馬達系統的邵分万塊圖和 圖2係描述形成具圖1馬達系統信號的時序圖。 圖3係根據本發明而描述形成部分馬達系統的部分方塊圖 、邵分邏輯電路圖、及部分電路圖。 圖4係描述在了解圖3操作之有用信號的一時序圖。 圖5係描述在了解圖3的操作上’形成另一组電壓波形的 時序圖。 圖述對應於圖2的一馬達波形，而顯示圖3馬達系統 的一相位輸出。

IgJ圭具體實 圖3係根據本發明而描述形成一脈衝寬度調變器（p簡） 系統⑽的部方塊圖、部分邏輯圖、及部分電路圖。要注音 的是’PWM系統丨叫包括諸如馬達本身的所有馬達系統 元件’爲了更能了解本發明而省略這些元件。PWM系统 iOOitmMCU 12〇及—電壓感測器14〇。同時在圖3 ,— Μ---#-¾衣------—1Τ-----费 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中喪標率局負工消費合作社印繁 9-

經濟部中央標準局員工消費合作社印^^ 525341 A 7 __ _ B7 五、發明説明（7 ) ' 中所描述的是電晶體51和52及二極體61和62，其具有與對 應在圖1元件的相同參考數値。當它們的連接和操作在圖1 中詳細為述時’電晶體5 1和5 2及二極體6 1和6 2係連接至馬 達相位U，而不再進一步地描述。要注意的是，爲了要討論 在圖3中標有” ί + ”的電流目的是要建立流入馬達相位u連接 知的正電流i會以正値表示的慣例。此外，在U端子上的電壓 是標有"LOAD VOLTAGE U”。同時要注意的是，當圖式 和描述是用以*產生單相的一 PWM系統時，本發明可應用在 產生諸如圖1之三相系多相位系統的系統中，而歸功於在技 藝中所熟知的技術。 MCU 120通常包括一中央處理單元12ι、一唯讀記憶體 (ROM)122、一位址匯流排123、一資料匯流排124、一 PWM 125、及一低電流狀況電路13〇。中央處理單元 具有連接至位址匯流排123的一輸出，及雙向連接至資料匯 流排124。中央處理單元121可使用任何已知諸如複雜指令 組電腦（CISC)、減少指令組電腦（RISC)、數位信號處理 斋（D s P )、及類似的微處理機結構來實現。要注意的是， 然而當中央處理單元12 1是一微處理控制器核心或是一數位 信號處理器時，低電流狀況電路丨3 〇是最有利而可實現。一 微控制器核心對於低成本的應用會更有用，由於一數位传 號處理器較適合於高效率的應用。 R Ο Μ 1 2 2具有連接至位址匯流排丨2 3的一輸入，及連接 至資料匯流排124的一輸出。r0M 122可用於諸如程式儲 存係數儲存、及類似的功能。例如，當中央處理單元$ 2 1 I ； 裝 訂 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁} -10- 525341 A7 B7 五、發明説明（8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 操作PWMIM時，R0M 122可儲存定義一正弦波的係數。 P WM 1 2 5包括連接至位址匯流排丨2 3的一輸入、—雙向 連接至資料匯流排124、提供信號G1的第一輸出連接端、 及用以提供信號G2的第二輸出連接端。類似於任何傳統的 P WM操作的p WM 1 2 5將纟下面詳細地描述。低電流狀況 電路130包括第一時脈〇型正反器131、第二時脈d型正反 器132、及一暫存器133。正反器131具有一 d輸入，用以 接收信號G1硌一時脈輸入、及提供一標有，，DTi "信號的一 Q輸出信號端。正反器132句具有一 D輸入連接端，用以接 收信號G2的時脈輸入端，及用以提供信號DT2給暫存器 133的一 Q輸出端。信號〇1和〇2也分別提供給電晶體”和 52的閘極。電壓感測器140具有用以接收l〇ad VOLTAGE U的一輸入連接端，及連接至正反器ΐ3ι和m 的D輸入連接端的一輸出端。 PWM系統1G()提供—電壓給馬達相仰，以致於由馬達 相位U所傳導的電流更接近於正弦波。電壓感測器⑷會接 到LOAD V0LTAGE U，並tL〇AD v〇ltage u在相 對2載時間間隔的一預定時間中達到一預定臨界値時，便 會提供-數位輸出。要注意的是，信號⑺和以彼此是非重 變的，而信號CH和G2的大小是非重疊定義空載時間間隔。 因此’正反器131和132會以PWM 125的基本期時所定義 的全郅比率而連續地時脈計時。 暫存咨133疋-記憶體映封暫存器、，其具有用以接收信號 DT1和DT2的輸入端、連接至位址匯流排123的一輸入連接 (讀先閱讀背面之注意事 4 •項再填· 裝----- 寫本頁) 訂 -11- 525341 A7 B7 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 五、發明説明（ 端、及連接至資料匯流排124的一輸出端。在中央處理單元 1 2 1上的軟體執行能控制PWM i 2 5檢查暫存器i 3 3的内容 ’並採取下面所描述的適當改正動作。 空載時間間隔對於在電晶體5丨和5 2中避免射穿電流是必 要的’而且在技藝中是廣爲所知。然而，由信號G丨和G 2的 非重疊性質所造成的空載時間間隔會造成在馬達相位U内的 電流信號失眞。此失眞會以二種方式呈現。首先，電流信 號的大小會咸少。其次，當電流的信號趨近零仿華或零交 兔時，正弦波曲線本質上會變低，廣認爲，趨近於零失眞。 失眞的第一個類型能藉由簡單地使用在MCTrT20中已知 的技術來改正。因爲當電流信號是大而正時，失眞在負位 準上是不變的。周此，MCU 120能藉由遜當地改變由 PWM 125所輸出的週期來補此失眞，此是在電流大小是 正的時.一當中。同樣地，在電流是大且負電1虎期間的PWM， 125，失眞會造成在負電赓絕對値中減少。Mcu 12〇也可 藉由適當地改變由p WM 1 2 5所提供的信號來補償此失眞， 以增加此負電壓。 在零交叉所造成的失眞是較不容易改正。根據本發明， 接近於零位準之電泥波形的點能被偵測，以便由立即從正 切換至負，或負切換至正之改正因素所降低正弦波之前能 夠偵測。如圖3中所示，當在相位u的電流接近於零交又， 這便此由感測表示’而且在改變信號G 1和〇 2週期的時間點 上具有在零交叉之後補償失眞所需的改正補償。要注意的 疋’趨近於零失眞改正是由加入兩D型正反器、連接至 ---；—^----裝------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -12- 525341 A7 '^^____Β7 五、發明説明（10 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 内部匯流排的一暫存器、及一不昂貴的電壓感測 因此，如此的一失興補償電路現階段適合於 本馬達的應用。 U — 如’ MCU 120是當作來自德州奥斯丁摩托羅拉公司目 前所提供的MC68 HC08MP16修改的較佳實施。但是，根 據本發明的電路也非常適合使用在McUs，其中央處理單元 =是-數位信號處理器（DSP)，適合於使用在高效率= 要注意的是，電壓感測器14〇可藉由多種電壓感測電路製 成。例如，電壓感測器140能製作成類比對數位的轉換器 (ADC) ’其LOAD VOLTAGE U的正確離形便可建立。可 經濟部中央標準局員工消費合作社印聚 用於電壓感測器14〇的第二電路是傳統殊密特觸發器咬且有 ，滞現象的-比較器的磁滞裝置。可實現電壓感測器14〇的 矛三類型裝置的-比較器，其臨界電壓可在兩位準之間切 換。兩分離臨界電壓的優點在連同下面的圖5和6所描述的 而更能明白。電壓感測器14〇可在—傳統比較器的輸入上使 用-電阻/電容器(RC)網—路而實現。％此的一延1元件能提 供相同的磁滯現象或臨界的改變。能當作電壓感測器14〇使 用的另-種類型電路是一轉變偵測器，諸如使用在具記憶 體電路之位置轉㈣測（ATD)電路中的電壓感測器。除此 •^外，其它的電路可使用於電壓感測器14〇。電壓咸測器 M0的主要特徵是當電壓經過—臨界時，它便會感測:並提 供反應中的一數位輸出信號。 、 正反器13 1和132利用信號01和(32當作是時脈信號，所 -13- 本紙張尺度適用中國i家標準（CNS ) ( 21〇 X 297公釐） 525341 Μ Β7

五、發明説明（U η反器131和^以仏號0丁 1和DT2)的輸出可表示各種 ° ^，Ηα ^ :提供= 電流時，電壓感測器140在空載時間間隔期間 ㈣低位準的輸出電壓。除了流人馬達相位u的電 的有：，幅期間之外，正反器131和132的輸出將會是相 σ 、、=子在R 0 Μ 12 2而由軟體所控制的中央處理單元 1 2 1然後可利用此訊息來提供適當的補償信號G 1和Q2。同 樣地’當流入嗎達相位⑽電流是一負値而有一相當高的振 幅時，電壓感測器140會輸出一邏輯高位準。正反器ΐ3ι和 132的輸出是等於，，u，，。然而，在轉變期間，由電壓感測器 14〇所感測的連續値會改變，而因此，DT1和DT2會是 01 。因此，0 1情況會在馬達相位ϋ的電流極性中發出未 定的轉變信號。 田這二値產生時’在中央處理單元丨2 1上所執行的軟體能 改交在預期零叉又的G丨和G2其中之一（或兩者）適當信號的 週期改正補償。因此，取代電流曲線的變平降低，使在垂 直方向中的轉變會造成在零交叉沒有明顯的失眞。信號 DT1和DT2的値是假設在下面的表丨中重新產生： ϊ ； 裝------訂----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 矣 1 DT1 DT2 情況 0 0 南的正電流 1 1 局的負電流 0 1 低電流 1 0 無效的組合 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（2^7^^ 525341 A7 B7 五、發明説明（I2 ) 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 圖4係描述有關於了解 V〇LTAGE u 之本發明^H 喊 G1、G2、和 L〇At l〇aDv〇LTA〇e^；^ !：不、、 . 貝出四種不同的情況：一爲古以 “、-爲高的負電流、一爲低的正 ：: 負電流。在圖4中的水平舳σ矣-土 及一馬低¥ 八十軸疋表π時間， 壓。同時’在圖4中所要注意的 表㈣ 比例繪出，而因此，空載時 $ m並未# ^ , 載時間間隔在點型的具體實施例中 曰相對出現較久。在圖4中^ 、 宁的各種不同的時間點係描述爲 。to係表示起點，而其它的每一點的時間 4在二和G2，非是主動期間的空載時間間隔。因此，如在; 4中所：’弟一個空載時間間隔係發生在時間期間"和。之 $、第二個2載時間間隔係發生在時間期間㈠和㈠之間， 第三個空載時間間隔係發生在之間，而第四個☆載 時間間隔係發生在時心㈣之間。t9是在預期期間結束 上的另一個空載時間間隔的開始。 對於-南的正負載電流而t，馬達24的電感在空載時間 間隔期間會很快地將L0AD V0LTAGE U驅動至一低電壓 。同樣地’對於一鬲的負載電流而言，馬達24的電感在空 載時間間隔期間會很快地將L〇AD v〇LTAGE u驅動至〜 高電壓。然而，對於在時間期間J3-t4和·t't8的一低正負 載電流而言，馬達24的電感不易將[〇八]〇 v〇LTAge u電 壓減少，由於系統寄生電感和電容的交互作用。如此: LOAD VOLTAGE U上的高電壓在空載時間間隔期間只會 缓慢地衰退。同樣地，對於在時間間隔tl-t2*t5-t6期間的 II ! !=.— - - - · ' - -II ^衣 In I (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁} 、玎----- • I - i y 二·

• ? I- -I -15- 525341 A7 --——________B7 五、發明説明（13 ) — 一低負載電流而言，馬達24的電感具有不易增加LOAD VOLTAGE U，由於系統寄生的交互作用。如此在低電流 情況期間的緩慢衰退係表示會造成在圖2中所示的電流曲線 的變平的電壓失眞。 圖5係描述在了解本發明上有用的各種不同電壓的時序圖 。在圖5中，水平軸係表示時間，而垂直軸係表示load VOLTAGE U。兩個主要的時間點是❹。，而在先前的 的圖中，時間to係表示時間軸的起點。沿著垂直轴的兩電 壓，包括標有nvi"的第一電壓，及標有”VTH"的第二電壓。 感測電壓的一理想特性係藉由波形VA説明。在時間（1上 V A會彳之奴足狀怨低位準芫全地切換至一穩定狀態的高 位準，而因此，電壓在時間期間t丨和t2之間的空載時間間 隔期間會完全切換。既然VA係表示一理想特性，所以它無 法在實際的電路中達成。然而，標有，，VB"的一波形係表示 了此的波形。既然一電感不會在電流中即時變化，而且 既然一馬達能模組化成一較大的電感，所以諸如vb波形的 一波形能表不在高電流情況下的最佳可獲得的轉變特性。 經濟部中央榡準局員工消費合作、社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 波形C、D、和E係表示在改變電流振幅強況上所可能產生 的其它波形。 根據本發明，當LOAD VOLTAGE U已交又一預定位準 時，電壓感測器140便會偵測。如圖4中所示，電壓V1是在 切換範圍大小的一半。決定低電流情況的較佳臨界電壓是 設定在高於VI的位準上，即在圖5中的VTH。因此，在圖$ 中，當波形VA'VB、和VB產生時，改正因素並不會改變 -16- 本紙張尺度適用中國國家標举（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 525341 A7 B7 五、發明説明（14 ) ;然而，當波形VD和VE產生時，便會使用新的改正値。 MCU 120藉由立即改變信號G1和G2的脈衝寬而執行此改 正。例如’在圖5中的電壓波形會偵測出”減退”，μ c u 120會立即將脈衝寬度增加到電晶體51，以驅動l〇ad VOLTAGE U至一較高的電壓。 要注意的是，在一典型的具體實施例中，l〇ad VOLTAGE U在大多數的週期中係類似於va。然而，當電 流趨近於零時，在系統中的寄生會開始形成。如此L 〇ad VOLTAGE U能從VA進行至VB，VC，最後至VD，而在 該點上’ M C U 1 2 0會在暫存器1 3 3中偵測"〇 1，，情況，並改 變所提供的改正値和脈衝寬度週期。此非連續的切換造會 在負載電流中形成突然的垂直轉變而不是變平。此非連續 切換會移除由空載時間插入所造成的所有失眞。 這改良可參考在圖6中的更詳細描述，其描述時間點t 〇 _ 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 17對應於類似在圖2中所標示時間點的結果電流波形。要注 意的是，對於如在圖2中所顯示的一未改正的電流波形而言 ，波形的正弦曲線特性會在時間12和t3，及〇和t6之間眞 。這些失眞的組合會在馬達軸上造成辨別及不想要的力矩 脈動。然而，根據本發明，波形現在更是正弦曲線，而且 先削較平坦的波形部分縣在會顯示出略有垂直的不連續。 此非連續是可接受的，而且不會在馬達軸上感覺到。 如此，本發明提供補償在圖2馬達電流信號中失眞的一系 統。這個系統是低成本的，而且能使、用只有兩個D型正反器 、一暫存器、及一外部電壓感測器的一既有微控制器而實 •17- 本纸張尺度適/fl 料（CNS ) A4規格（2丨〇x 297&楚) ------ 525341 A7 B7 五 、發明説明（I5 經濟部中央標準局員工消费合作社印1i 現。要汪意的是，選擇性地輸入至電壓感測器140能藉由使 用電阻分配器而按比例提供。但即使用電阻分配器，它 不同於像電流感測器一樣會增加系統更多的成本。w 要/主思的疋，在具體貫施例中所示的，由暫存器i 3 3所提 ，的輸出會受到在MCU 12()上所執行的軟體所檢查，以決 疋OUTPUT VOLTAGE U是否在時間點t2上已交叉VTH ” 土上，ROM 122包括表示一正弦波的係數表格。爲了 行補償，¾體程式必須讀取暫存器^的内容。如果内 容是〇1，軟體會改變增加至正弦波資料（從表格獲得）的値 ’並改變PWM 125的適當控制暫存㉟，以輸出具對應於正 弦波資料及新補償週期的信她和们。這個改正動作將會 造成脈衝寬度調變器輸出的週期不連續跳動。然而，純馬 達電壓波形將會較平穩，因爲此不連續抵制會改變發生在 2載時間間隔期間的電壓波形。 、要压意的^，此功能能由具有每相位額外的單—裝置接 腳的微控制器所執行。較佳的Mcu 12〇至少包括六個 PWM輸出，所以Mcu 12()能夠推動諸如三相馬達的三相 %丄負載。因at匕’廷種技術能藉由增加三個額外接腳而達 成。 同時要注意的是，在所示的具體實施例中，電壓感測器^是MCU12G的爲部裝置。’然而，在其它的具體實施例 中，部份朗有的電壓感測器14〇能包括在晶片上，端視電壓感測器14〇是如何製作而定。然而要注意的是，既然 M C U 1 2 0係使用一傳统的侦油专、士、得、，无的低功率補无金屬氧化半導體（互 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝. 訂 -18- 525341 A7 B7 五、發明説明（l6 ) 補型金屬氧化半導體）MCU而實現，更多的功能可藉由包括 諸如一比較器的一感測器而在晶片上完成。在這情況，然 而，會使用減少LOAD VOLTAGE u的最大大小的一外部 分配器網路。除此之外，要注意的是，Mcu 12〇的一既有 的A-D轉換器可直接能用重建波形部分。除此之外，要注 意的是，當諸如雙極體互補型金屬氧化半導體（bicm〇s) 的處理技術變成可用時，包括IGBTs 51和52及二極體“ 和=的倒相器*也可在晶片及MCU 1 2 0的其它元件上完成。 一當本發明已在較佳具體實施例的上下文中描述時，在技 π中热p曰這些技會顯而易見出本發明能以許多的方式修改 ，而且能假設不是特定所發表及上述中的其它許多具體實 施例。例如，本發明能使用所有的硬體元件或一些由硬體 和軟體結合而實現。系統對於所有類型的倒相器所餵入的 ^感負載是很有用的’包括單相及多相交流馬it。此外， 當系統適合於一低成本的微控制器或-高效率的DSP時， 它便能與其它類型的中本# „ 一 宁央處理早兀使用。同時，電晶體技 術= 型可以是1GBT、功率_場效電晶體（M〇SFET) 輕濟部中央榡準局員工消費合作祍印製 因此^(iFET)、嫁砰化物、或其它適當的電晶體類型 。因此’有思附加專利φ社 ^ 申叫範圍來涵蓋本發明的所有修改 ，工王旎在本發明的範圍内。

----—j----裝— (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 適用中國ίϋ-率

Claims (1)

1. 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 525341 Αδ Β8 C8 ____ D8 々、申請專利範圍 1· 一種用以驅動由一對電晶體（51、52)所推動電感負载的 系統（1 00)，而這對電晶體是由一第一脈衝寬度調變 (PWM)信號（G1)及一第二Pwm信號（G2)所控制，其 中一空載時間是在未出現PWM信號期間的該第一pwM 信號及該第二PWM信號之間發生，包括·· 一電壓感測器（1 4 0 )，其係連接至該電感負載，當該 負載電壓是預定有關於一第一預定値時，該電壓感測器 會測知電4負載的一負載電壓，並會產生一輸出信號的 第一個値； 一微控制器（1 2 0 )，能偵測來自電壓感測器、第一 PWM信號、和第二PWM信號的該等輸出信號，該微控 , 制器會產生第一信號，以指示在空載時間當中在第一時 間上輸出信號値，並產生第二信號，以指示在空載時間 當中在第二時間上的輸出信號値； 其中，當第一信號和第二信號指示不同的値時，電感 負載的輸出電流是在零的預定大小範圍内。 2. —種趨近於零電流偵測電路，用以改正由一第一調變信 號及一第二碉變信號所控制的一對電晶體（5 1、5 2 )所推 動的一電感負載失眞，其中一空載時間會在不出現調變 信號期間的第一調變信號和第二調便信號之間發生，包 括： 一電壓感測器（140)，其連接至該電感負載，當該負 載電壓是預定關於一第一預定値時，該電壓感測器能測 知該電感負載的一負載電壓，並會產生一輸出信號的第 -20- 旅尺度適财顯讀準YcNS )⑽秘（2似μ7公酱）--- ---„--Γ---^------1T----- (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 525341 A8 Βδ C8 D8

   申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 一個値； 、第閂缸（1 3 1 )，接收來自在第一閂控矜入上的母 電壓感測器的該輸出斤 一 ⑨ ' 信號所控制；及 ”U 會由該第-調變 閃控（132)，接收來自在第1控輸入上的該 指的該輸出信號，該第二閃控會 #唬所控制； j夂 其：用以該電感負載輸出電流的該第—閃控輸出信號 邊罘—閂控的輸出信號的不同値是在零的一預定大小 範圍内。 ^ 浚申μ專利範圍第2項之電路，還包括一脈衝徵 ，：其會接收由該第一閃控所控制的輸出信號，及由； 第二閂控所控制的輸出信號，並產生第一調變信號及該 第二碉變信號，該脈衝寬度調變器是要改正由在空載時 間期間的該輸出電流的整流所產生的電感輸出電流的失 眞，其是藉由修改第一和第二調變信號其中之一的週期 而產生，而且一旦發生來自第一閂控的値不同於來自第 二閂控的輸出時，修改第一和第二調變信號當中的另一 個週期，在輸出電流之前所要修改的第一和第二調變信 號當中的另一個要等於零，以改正趨近於零的失眞。 4· 一種；貝料處理系統（1 〇 〇 )，用以驅動由一第一脈衝寬度 調變（P W Μ)信號及一第二p w Μ信號所控制的一對電晶 骨豆（51、52)所推動的一電感負載，包括： 一電壓感測器（140)，其連接至該電感負載，當該負 -21 - 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） .^ ------1Τ----- (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

   申請專利範圍 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 載電壓是預定關於一 知該電咸自4 、 預疋値時，該電壓感測器能測 一個値:/、、的一負載電壓，並會產生一輸出信號的第 壓感二Z控(二。’接收來自在第一閃控輸入上的電 號所t Γ羽出信號’該第—閃控是由第一pwm控制信 以致於輸出信號是由該第-"Μ信號的邊 摘!制：而輸出是當作-第-閃控輸出信號； 厭&罘:鬥控（132)，接收來自在第二閂控輸入上的電 信號’該第二㈣是由第二"Μ控制信 '二制以致於輸出信號是由該第二P WM信號的邊 、，彖2控制二而輸出是當作一第二閃控輸出信號； 七處理器（1 2 1 )，係接收第一閂控輸出信號及第二閂 σ輸出乜號，並產生該第一 PWM信號及該第二pwM信 號，其中一空載時間在未出現pwM信號期間，係放置 在，第一 PWM信號和第二PWM信號之間，而其中該處 里器i心改第一和第二p w M信號當中的一週期，而一 旦發生第一閂控輸出輸出信號不同於該第二閂控輸出信 唬時，忒處理器會修正該等第一和第二p w M信號的當 中的另一個週期，以改正在空載期間由該輸出電流整流 所產生的電感輸出電流失眞，_在輸出電流之前，所要修 改的第一和第二p W Μ信號中的另一個要等於零，以改 正輸出電流的趨近於零的失眞。 5· —種趨近於零電流偵測的方法，甩以改正由一第一脈衝 見度#1變（P W Μ)信號及一第二P W Μ信號所控制的一對 .22- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐） ---τ---------1Τ----- (請先閨讀背面之注意事項再填寫本頁) 525341

   申請專利範圍 電晶體所推動的—兩咸 、 或第二PWM信號期一、載的失眞，其中在未出現第-便會發生-空載時V，’/、該第—PWM的每-脈衝之後 在一第一命栽咕 孩万法包括以下步驟： 電壓；4時間期間測知該電感負載的—第—負載 電^ ; I—""載時間期間測知該電感負载的—第二負載 產生用以改正響應指示選定爲準的該第—値及該第二 値的趨近於零失眞的信號。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) ▼裝· 訂 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 3 2 氏 Ns C I準 標 !家 國 國 I中 用 適 一釐 公 97 2