TWI275239B - Lock protection circuit for electric motor, an integrated circuit of a driving circuit for controlling a motor driving coil current, and method for protecting an electric motor from locking - Google Patents

Description

1275239 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 及積體電 本毛明係有關-種馬達之閉鎖保護電路 路，以及馬達閉鎖保護方法。 【先前技術】 一當冷却用鼓風機等所用馬達陷人閉鎖狀態時 止狀恕），有切斷馬達驅動線圈電流之閉鎖保護電了 如有日本特開2 0 〇 1 — 5 7 7 9 3練·八相/审u -欠jh 1、 歹 嘈 93號公報（專利貧料U。此閉鎖保 ^置有如該公報第1圖所示，係利射卜加電容器。即，'、 =二鎖狀態時’外加電容器被充電而其端子電壓到達 疋ι_ % 判斷為閉鎖狀態，而施行閉鎖保護動作。 此閉鎖保護動作，有不單切斷馬達驅動線圏之電流， 而在電流切斷後進行再起動動作之情形。即自切斷電流至 再起動之時間（以後稱為「off期間」），係應外加 時間常數之放電時間而設定。 时之 於上述先前之技術，尤其是馬達用於冷却鼓風機等 2需要確保長時間之off期間。為此需要外加大容量之 電容器，因而基板面積變大之同時成本增加等問題亦無法 避免°再#’電容器之容量及充電電流等有差異，以致off d間也有差異，而無法設定精確度良好之off期間。 【發明内容】 本發明之主要目的，係當接受電流供應至驅動線圈之 馬達如止成閉鎖狀態時，具有輸出起動脈衝之脈衝輸出電 路之保‘琶路，此保護電路具備··計數上述起動脈衝之起 5 315921 1275239 動脈衝計測裝置；因應上 =態檢測，置;及檢測上二:== =上述驅動線圈之上述電流之驅動線圏電流切斷控』 夕… 閉鎖狀態時’不依靠外加電容哭 電動作，而由計數起動脈衝即可檢測。因不使^ 加包谷态，而可縮小電路面積且減低成本。 有關本發明之其他特徵，由所關及本説明即可明 【實施方式】 i達驅蠢j路之答體構成 (注.下文中提到電路規範「s〇urceside」與「他8 別稱為「傳送邊」與「接收邊」） 、參照第1圖之電路方塊圖，説明本實施方式有關之馬 達驅動電路之整體構成。此㈣電路細積體電路方式實 ，。並且，於本實施方式，馬達係指不具備可檢測轉子ς 定子間之相對位置之元件（例如霍爾元件（Hall Eleme加)） 之無感測器馬達（sensorless m0t0r)。如第J圖所示，U相 驅動線圏2、V相驅動線圈4、w相驅動線圈6連結為星 型電路，具120度電氣角，固裝於無感測器馬達。 為通電U相驅動線圈2(供給電流），n通道型 MOSFET8為傳送邊（s〇urce side)之電晶體，N通道型 MOSFET10為接收（Sink Side)邊之電晶體。N通道型 M0SFET8、10之汲極源極，係在電源Vp與接地之間串聯 6 315921 1275239 連接之同時，此沒極源極（Drain Souce)連接部與u相驅 動線圈2之一端連接。 Π 的’為通電v相驅動線圏4 ’ N通道型Μ 0 S F E 丁 12 為傳送邊之電晶體，Ν通道型M0SFET14為接收邊之電晶 體。Ν通道型M〇SFET12、14之汲極源極，係在電源丨卩 接地之間串聯連接之同時，此汲極源極連接部與v相驅 動線圈4之一端連接。 同樣的，為通電W相驅動線圈6，N通道型MOSFE丁 16 為傳达邊之電晶體，N通道型M0SFET18為接收邊之電晶 - 通道型M0SFET16、18之沒極源極，係在電源γρ -、接地之間串聯連接之同時，此汲極源極連接部與w相驅 動線圏6之一端連接。 於是’將此等N通道型M0SFET8、1〇、12、14、16、 18’以適當時序通電與斷電(〇n、〇ff)，電流流經口相驅鸯 線圈2、V相驅動線圈4、w相驅動線圈6,無感測器馬達 之轉子’例如旋轉正方向。於此旋轉動作，在U相驅動線 、v相驅動線圈4、w相驅動線圈6之一端，出現有 電氣角120度位相差之驅動電壓％、Vv、vw，同時於^ 相驅動線圈2、V相驅動線圈4、W相驅動線圈6之共同 連接部5出現中料^ . 叮佔… _。再者，作為驅動電晶體， 可使用又極型電晶體代替M0SFET。 *切換料20具有u端子、ν端子、w端子’而對u 立而子V為子、w端子供給驅動電壓Vu、Vv、 電路20以雷裔ft α & w卞刀換 书孔角60度之時序切換u端子、v端子、％端 315921 7 1275239 子，而輸出驅動電壓Vu、 路20在益或測哭^Vv、Vw中之一個電壓。切換電 端子之順二：Γ:時’…子，子、v 則：Γν端子，子反旋轉時’ t較态22將自切換電曰 VW中之任一電壓(+ 路2所驅動電m ,^ ，、中性點電壓Vcom( —端子 ::。由此’比較器22輪出電氣角6。度時序(變= 比較訊號CP。 又了斤夂化之矩形 電路rnH32^U料、ν訂、w料，與切換 二mu端子、ν端子、w端子，而輪“ 以U端子、W端子、v 馬達正旋轉時’ 無感測器馬達反旋轉時 力方面， 順序反覆切換。 心h子'V端子、W端子之 自分配電路32之U娃工 _ m ^ u 鸲子，僅可取得電氣角6〇度之片 心唬，而欠缺為通相驅動線圈 片 號。同樣，自分配雪政月20度之訊 孜自刀配电路32〇端子，亦 6〇度之片斷訊號，而欠缺為 于电孔角 120产w… ’相驅動線圈之電氣角 120度之心虎。再且同樣地，自分配電路％ 冉 欠缺為通電^相 驅動線圈之電氣角120度之訊號。 相 掩蔽（mask)電路34自分配電路％ 角60度之訊號’去除應對回歸脈衝之雜訊。氣 60度之㈣產生並輸出為媒動動線圏2之連續飞掩蔽 315921 8 1275239 訊號Umask。同樣，自分配電路34之V端子所得電氣角 60度之訊號，去除對應回歸脈衝之雜訊。以此電氣角60 度之訊號產生並輸出為驅動V相驅動線圏4之連續掩蔽訊 號Vmask。再同樣地，自分配電路34之W端子所得電氣 角60度之訊號，去除對應回歸脈衝之雜訊。以此電氣角 60度之訊號產生並輸出為驅動W相驅動線圏6之連續掩 蔽訊號Wmask。再者，掩蔽訊號Umask、Vmask、Wmask， 具有電氣角120度之相位差。 合成電路3 8將掩蔽電路所得之掩蔽訊號Umask、 Vmask、Wmask合成，而輸出電氣角60度時序變化之矩形 合成訊號FG。即，合成訊號FG係自比較訊號CP去除依 據回歸脈衝之重叠脈衝者。 由相位比較器40、濾波器42、緩衝器44、電壓控制 振蕩器46、1/N分頻器48等構成PLL電路。相位比較器 40輸出具有相應於自合成電路38所得之合成訊號FG與自 1/N分頻器48所得之分頻訊號DV，兩者之相位差之脈 衝寬度之電壓訊號。例如，相位比較器40，在合成訊號 FG之相位較分頻訊號DV之相位進前之狀態時，輸出正電 壓訊號，另一方面，合成訊號FG之相位較分頻訊號之相 位遲後之狀態時，則輸出負電壓訊號。此電壓訊號，在經 由濾波器42積分後，經過緩衝器44供給至電壓控制振蕩 器46。此電壓控制振蕩器46輸出對應於由緩衝器44所得 電壓訊號所之周波數訊號VCO，而供給至1/N分頻器 48。反覆此等動作，使合成訊號FG之相位，與分頻訊號 9 315921 1275239 D V之相位一致。

無感測器邏輯電路52，對u相驅動線圈2、V相驅動 線圈4、W相驅動線圈6輸出以適當時序通電之訊號。無 感測器邏輯電路52,係考慮到無法推定無感測器馬達本身 在初期狀態之轉子與定子間之相対位置，而從掩蔽訊號 Umask、Vmask、Wmask之預先訂妥之初期位準即動作。 於疋，無感測器邏輯電路52,在通電訊號ul〇gicl成“M” 位準之期間，輸出為選擇切換訊號20之U端子與分配訊 號32之U端子之訊號。同樣地，無感測器邏輯電路52乃 在通電訊號Vlogici成“M”位準之期間，輸出為選擇切 換訊號2G之V端子與分配訊號32之v端子之訊號。再同 枚地，無感測器邏輯電路52在通電訊號wl〇gici成“M” 位準之期間，輸出為選擇切換訊號20之…端子與分配訊 唬32之W端子之訊號。於是，無感測器邏輯電路μ，對 通電訊號uiGgiel、V1()gieh wlGgiel製作延遲之通電訊號

Ulogic2、Vl〇gic2、Wlogic2 而輸出。 正反電路54,為施行無感測器馬達之刹車及旋轉方 之反轉動作而產生驅動訊號波輸出。即，正反電路“依 外部裝置供給之刹車指示訊號，輸出反轉力距刹車訊號 起動計數器58(起動脈衝輸出電路），當無感測器馬 2=狀態（轉子旋轉停止狀態）時，在不達到規定旋車 2狀悲下’以合成訊號之電氣角6Q度之時序為基準進 =數:計數到衫値時，產生起動脈衝而輸出該起_ 、疋’以脈衝計數器（起動脈衝計㈣置）6g接收該^ 315921 10 1275239 動脈衝。脈衝計數哭6Q 士+ I # & p 〇计數起動脈衝，將其結果輸出至益 感測器邏Μ雷玖ς〇 ·,>#、， ^ ^ ^ 。此無感測器邏輯電路（閉鎖狀態檢測 乃應所接收之计數結果，檢測為閉鎖鲅。 ΜΜΜΜ ^ 在先前之技術己説明之無感測器馬達陷入閉鎖狀態 (轉子▲停止狀態）時等，就旋轉數未能到達預定狀態之檢測 及保4之構成及動作，依據第2圖之流程表及參照第】圖 電路方塊圖説明之。 首先，如上述，轉子成旋轉停止狀態時，起動計數器 ^即產生起動脈衝而輸出（sl〇〇 ·· YES—s2〇〇)。脈衝計數 器60計數此起動脈衝（83〇〇)。當此起動脈衝之數n(n為自 然數）、例如為未满1〇時，則為非閉鎖（不閉鎖）狀態，脈 衝計數器60繼續計數起動脈衝（S4〇〇 : YES—S3〇〇)。相反 的，起動脈衝之數η超過10(S400: N〇)時，無感測器邏輯 電路（驅動線圈電流切斷控制裝置）52判定為閉鎖狀態，施 行切斷對U相驅動線圈2、V相驅動線圈4、W相驅動線 圈6之電流之閉鎖保護控制。即，無感測器邏輯電路52 分止為各驅動線圏2、4、6通電之訊號輸出。再者，如後 述’由設定脈衝計數器60之構成，作為判斷閉鎖狀態指標 之時間（起動脈衝數n = 10)可適當變更。 於是，施行此閉鎖保護控制後，經過規定時間後，即， 起動脈衝數η達l〇〇(S600 : YES)時，無感測器邏輯電路 52(再起動裝置），暫時推定己達閉鎖解除狀態，同時認為 因閉鎖狀態有過熱之可能之無感測器馬達己相當冷却，而 11 315921 1275239 施灯對各線圈2、4、6再開始供給電流之重新控制。即， 無感測器邏輯電路52再開始輸出為各線圈2、4、6通電之 訊號，而回到上述_之處理。具體而言，無感測器邏 軏電路52將掩蔽訊號Umask、νιη_、亀㈣之位準變 更為其次之電氣角6G度之位準。由此，無感測器馬達重新 起動。再者，如後述，定脈衝計數器6〇之構成，切斷 向各線圏2、4、6之電流之希望閉鎖保護時間（至再起動時 之off時間，起動脈衝數n= 1〇〇)可適當變換。 脈衝計數器之構点作丨 以t述之脈衝計數器60之架構僅為範例（僅作為範例 之用），茶照第3圖j塊圖簡单説明以供參考。為方便計， 將與虚線所圍脈衝計數器6〇配合動作之無感測器邏輯電 路52之一部構成電路部分（反相器（inverter)、and電路、 疋電/瓜包路、上拉電阻R、及NPN形雙極型電晶體）亦在 第3圖=。脈衝計數器6〇如該圖所示，係將接收起動脈衝 及重置信號等輸人信號之D型正反器（flip-flGp)連接複數 们而成即，將D端子與反轉Q端子短絡之d型正反器 成級聯連接（cascade connecti〇n)，動作為分頻電路之用。 ί…、第2圖，§ 5又疋作為判斷上述閉鎖狀態指標之時間（起 動脈衝數n= 10)之際，準備j個第3圖之D型正反器（j為 例如“8”之自然數）。又，當設定欲切斷各線圈2、4、6 之％流之保護時間（起動脈衝數n =丨⑼）時，準備（了 + K)個 如第3圖之D型正反器（κ為例如“64 ‘‘等自然數）。 如第3圖所示，輸入反相器之訊號a、輸入aND電 315921 12 1275239 路之2個Dfi唬b、c ’及AND電路之輸出訊號d，係如第 4圖邏輯値圖表所示，分別成為因應重置（麗〖)狀態、閉鎖 狀態、及起動(再起動)之値（“H”或“L”)。因應此等a乃、 自NPN形电晶ϋ之集才亟，供給為控制各線圈2、 4、6電流供應之訊號。 以上就本發明貫施方式加以具體説明，但是不受限於 此’只：不脫離其主旨範圍内，可有各種變化。 本貫施方式有如下之作用効果。 “在檢測馬達之閉鎖狀態時，不依靠外加電容器之充放 包動作’由相起動脈衝即可檢測。因此無需外加電容器。 不使用外加電容器而以起動脈衝計測。因此可由規定 値對起動脈衝之計測結果，決㈣再起動為止之咐時間。 所以與外加電容！I之類比値之放電時間決定再㈣之〇订 時間相比較，可確保較高精密度之〇ff時間。 能以對起動脈衝之計測結果之所定値，設定至再起動 之off時間。因此較外加電容器、時。ff時間之設定或變更較 簡便。 曼^之効果 因不使用外加電容器，可減少電路面積之同時並減低 成本。 【圖式簡單説明】 第1圖係本發明實施方式之—之馬達驅動電路之電路 方塊圖。 第2圖係本發明實施方式之―之閉鎖保護動作之流程 315921 13 1275239 圖。 第3圖係本發明實施方式之一之脈衝計數器之構成例 之電路方塊圖。 之為貫現閉鎖保護動作 第4圖係本發明實施方式之一 電路之邏輯値之圖表。 【主要元件符號說明】 2 U相驅動線圈 4 V相驅動線圈 6 W相驅動線圈 52 無感測器邏輯電路 58 起動計數器 60 脈衝計數器 315921 14

Claims (1)

1. 第93117891號專利申請案 申請專利範圍修正本 1275239 1 一從庄、土 （95年7月11曰） 綠_、、、閉鎖保4電路’係具備：接受電流供給至驅動 ::之馬達停止成閉鎖狀態時，輪出起動脈衝之起動脈 衝輸出電路之閉鎖保護電路，此保護電路具備： 計數上述起動脈衝之起動脈衝計測裝置； ，應於上述3十數之結果，檢測上述閉鎖狀態之閉鎖 狀態檢測裝置； 檢測上述閉鎖狀態後，進行控制切斷上述電流向上 述驅動線圈流通之驅動線圈電流切斷控制裝置. 施行切斷上述電流向上述驅動線圈之1述控制之 1，士由上述起動脈衝計㈣置之上述計測結果到達規定 ㈣，嘴嶋再開㈣上述電流之 2.如申料利範圍第i項之馬達閉鎖保護電路，其中， 係依為將向上述驅動線圈流通之上 電流在所希望之時間切斷而設定者。 3’ ===控制馬達驅動線圏電流之驅動電路積體化 ，積體电路，為如申請專利範圍第1項或第2項之閉鎖 保護電路經積體化而成之積體電路。 、鳩 4. -種馬達之閉鎖保護方法，係包含： 能時，UTr給至驅動線圏之馬達停止成閉鎖狀 f a十數所輸出之起動脈衝； 315921修正版 1 1275239 l— 應上述計數之結果，檢測上述閉鎖狀態； 檢測上述閉鎖狀態後，施行切斷上述電流向上述驅 動線圈流通之控制；以及 施行切斷上述電流向上述驅動線圈流通之控制 後，由上述起動脈衝計測裝置之上述計測結果到達規定 值時，施行對上述驅動線圈控制再開始供給上述電流。 2 315921修正版