TWI435533B - 零交越點偵測電路及採用此零交越點偵測電路之換相裝置 - Google Patents

Description

零交越點偵測電路及採用此零交越點偵測電路之換相裝置

本發明是有關於三相無刷直流馬達的技術領域，且特別是有關於一種適用於三相無刷直流馬達的零交越點偵測電路以及一種採用此零交越點偵測電路的換相裝置。

目前應用在三相無刷直流馬達的換相裝置係依據馬達之三相激磁線圈的反電動勢與三相激磁線圈的中性點電壓來取得馬達轉子的動態位置，進而提供相應的激磁電流至三相激磁線圈，以便馬達持續運轉。但是現有換相裝置中的零交越點偵測電路於電路設計上較為複雜，而且電路過於龐大，以圖1來說明之。

圖1所示即為習知零交越點偵測電路的電路圖。如圖1所示，在標示19與21這二者所示的電路架構中，共有三組一樣的電路，且每組電路皆需使用到三相激磁線圈的中性點電壓(即接點N之電壓)。此外，由圖1亦可知，每一線圈都需要搭配前述三組電路的其中一組電路來進行操作。

由前述的說明可知，傳統零交越點偵測電路的電路設計往往過於複雜，因而使得這種零交越點偵測電路的電路尺寸過於龐大。

本發明的目的之一在於提供一種零交越點偵測電路，其適用於一三相無刷直流馬達。此零交越點偵測電路的電路設計簡單，使得零交越點偵測電路的電路尺寸得以縮小。

本發明的另一目的在於提供一種換相裝置，其係採用上述之零交越點偵測電路。

本發明提出一種零交越點偵測電路，其適用於一三相無刷直流馬達。所述之三相無刷直流馬達具有第一線圈、第二線圈與第三線圈，且第一線圈之其中一端、第二線圈之其中一端與第三線圈之其中一端相互電性耦接。上述之零交越點偵測電路包括：一第一選擇電路、一第二選擇電路以及一比較器。第一選擇電路係電性耦接第一線圈之另一端、第二線圈之另一端與第三線圈之另一端，以分別取得第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓，並依據選擇訊號而輸出第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓其中之一。第二選擇電路亦電性耦接第一線圈之另一端、第二線圈之另一端與第三線圈之另一端，以分別取得第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓，並依據選擇訊號而輸出第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓其中之一。比較器用以比較第一選擇電路之輸出與第二選擇電路之輸出，以輸出比較結果。

本發明另提出一種換相裝置，其適用於一三相無刷直流馬達。所述之三相無刷直流馬達具有第一線圈、第二線圈與第三線圈，且第一線圈之其中一端、第二線圈之其中一端與第三線圈之其中一端相互電性耦接。所述之換相裝置包括：一零交越點偵測電路及一驅動電路。而所述之零交越點偵測電路又包括：一第一選擇電路、一第二選擇電路以及一比較器。第一選擇電路係電性耦接第一線圈之另一端、第二線圈之另一端與第三線圈之另一端，以分別取得第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓，並依據選擇訊號而輸出第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓其中之一。第二選擇電路亦電性耦接第一線圈之另一端、第二線圈之另一端與第三線圈之另一端，以分別取得第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓，並依據選擇訊號而輸出第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓其中之一。比較器用以比較第一選擇電路之輸出與第二選擇電路之輸出，以輸出比較結果。至於驅動電路，其電性耦接第一線圈之另一端、第二線圈之另一端與第三線圈之另一端，並依據上述之比較結果來提供第一線圈、第二線圈與第三線圈之激磁電流。

在本發明的一實施例中，上述之零交越點偵測電路更包括：一第一低通濾波器以及一第二低通濾波器。第一低通濾波器係電性耦接於第一選擇電路之輸出端與比較器之間。第二低通濾波器係電性耦接於第二選擇電路之輸出端與比較器之間。

在本發明的一實施例中，上述之零交越點偵測電路更包括：一第一低通濾波器、一第二低通濾波器以及一第三低通濾波器。第一低通濾波器係電性耦接於第一線圈之另一端與第一選擇電路之間，以及電性耦接於第一線圈之另一端與第二選擇電路之間。第二低通濾波器係電性耦接於第二線圈之另一端與第一選擇電路之間，以及電性耦接於第二線圈之另一端與第二選擇電路之間。第三低通濾波器係電性耦接於第三線圈之另一端與第一選擇電路之間，以及電性耦接於第三線圈之另一端與第二選擇電路之間。

在本發明的一實施例中，上述之零交越點偵測電路，其在一第一時間與一第四時間中，第一選擇電路與第二選擇電路依據選擇訊號而分別輸出第三端電壓與第一端電壓；在一第二時間與一第五時間中，第一選擇電路與第二選擇電路依據選擇訊號而分別輸出第二端電壓與第三端電壓；在一第三時間與一第六時間中，第一選擇電路與第二選擇電路依據選擇訊號而分別輸出第一端電壓與第二端電壓。若是在上述第一至第六時間中，第一選擇電路與第二選擇電路係分別輸出第一端電壓與第二端電壓，那麼在第一時間、第二時間與第三時間中，比較結果將呈現出第一端電壓係大於第二端電壓，而在第四時間、第五時間與第六時間中，比較結果將呈現出第一端電壓係小於第二端電壓。若是在上述第一至第六時間中，第一選擇電路與第二選擇電路係分別輸出第二端電壓與第三端電壓，那麼在第一時間、第二時間與第六時間中，比較結果將呈現出第二端電壓係小於第三端電壓，而在第三時間、第四時間與第五時間中，比較結果將呈現出第二端電壓係大於第三端電壓。若是在上述第一至第六時間中，第一選擇電路與第二選擇電路係分別輸出第三端電壓與第一端電壓，那麼在第一時間、第五時間與第六時間中，比較結果將呈現出第三端電壓係大於第一端電壓，而在第二時間、第三時間與第四時間中，比較結果將呈現出第三端電壓係小於第一端電壓。

本發明解決前述問題的主要方式，主要乃是採用二個選擇電路與一個比較器來建構一零交越點偵測電路，並使這二個選擇電路將取得之三個線圈的端電壓擇一輸出，以便讓比較器可以對這二個選擇電路的輸出進行比較，進而輸出一比較結果。而此比較結果將以脈波的方式來呈現，且此脈波的上升緣與下降緣即為換相點。藉著這種簡單的電路設計，本發明之零交越點偵測電路的電路尺寸相較於習知零交越點偵測電路的電路尺寸來得小。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參照圖2，其繪示有依照本發明第一實施例所揭示之一種零交越點偵測電路的示意圖。而此零交越點偵測電路200適用於三相無刷直流馬達10，且此三相無刷直流馬達10係具有第一線圈L1、第二線圈L2與第三線圈L3，且第一線圈L1之其中一端、第二線圈L2之其中一端與第三線圈L3之其中一端相互電性耦接。零交越點偵測電路200包括有低通濾波器201、低通濾波器202、低通濾波器203、第一選擇電路211、第二選擇電路212以及比較器215。在本例中，第一選擇電路211與第二選擇電路212皆可採用一多工器來實現，然本發明並不以此為限。

低通濾波器201係電性耦接於第一線圈L1之另一端與第一選擇電路211之間，以及電性耦接於第一線圈L1之另一端與第二選擇電路212之間。低通濾波器202係電性耦接於第二線圈L2之另一端與第一選擇電路211之間，以及電性耦接於第二線圈L2之另一端與第二選擇電路212之間。低通濾波器203係電性耦接於第三線圈L3之另一端與第一選擇電路211之間，以及電性耦接於第三線圈L3之另一端與第二選擇電路212之間。第一選擇電路211電性耦接低通濾波器201之輸出端、低通濾波器202之輸出端與低通濾波器203之輸出端，以透過這三個低通濾波器分別取得第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc，並依據選擇訊號Sel_Signal[a、b、c]而輸出第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc其中之一。

至於第二選擇電路212，其亦電性耦接低通濾波器201之輸出端、低通濾波器202之輸出端與低通濾波器203之輸出端，以透過這三個低通濾波器分別取得第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc，並依據選擇訊號Sel_Signal[a、b、c]而輸出第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc其中之一。而比較器215用以比較第一選擇電路211之輸出與第二選擇電路212之輸出，以便輸出比較結果Cmp_Out。

圖3係繪示有圖2之三個線圈的端電壓的時序關係圖。在圖3中，標示Va、Vb與Vc係分別表示圖2所示之第一端電壓、第二端電壓與第三端電壓，標示Cmp(Va-Vb)表示為圖2所示之比較器215對第一端電壓Va(由比較器215的正輸入端接收)與第二端電壓Vb(由比較器215的負輸入端接收)進行比較而將產生的比較結果，標示Cmp(Vb-Vc)表示為比較器215對第二端電壓Vb(由比較器215的正輸入端接收)與第三端電壓Vc(由比較器215的負輸入端接收)進行比較而將產生的比較結果，標示Cmp(Vc-Va)表示為比較器215對第三端電壓Vc(由比較器215的正輸入端接收)與第一端電壓Va(由比較器215的負輸入端接收)進行比較而將產生的比較結果。至於標示Cmp_Out，其表示為圖2之比較器215所實際輸出的比較結果。

由圖3可知，若是在時間t1~t6中，第一選擇電路211與第二選擇電路212係分別輸出第一端電壓Va與第二端電壓Vb，那麼在第一時間t1、第二時間t2與第三時間t3中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第一端電壓Va係大於第二端電壓Vb，而在第四時間t4、第五時間t5與第六時間t6中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第一端電壓Va係小於第二端電壓Vb。

而若是在時間t1~t6中，第一選擇電路211與第二選擇電 路212係分別輸出第二端電壓Vb與第三端電壓Vc，那麼在第一時間t1、第二時間t2與第六時間t6中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第二端電壓Vb係小於第三端電壓Vc，而在第三時間t3、第四時間t4與第五時間t5中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第二端電壓Vb係大於第三端電壓Vc。

此外，若是在時間t1~t6中，第一選擇電路211與第二選擇電路212係分別輸出第三端電壓Vc與第一端電壓Va，那麼在第一時間t1、第五時間t5與第六時間t6中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第三端電壓Vc係大於第一端電壓Va，而在第二時間t2、第三時間t3與第四時間t4中，比較器215所輸出的比較結果Cmp_Out將呈現出第三端電壓Vc係小於第一端電壓Va。

請合併參照圖3和圖2，以本實施方式來說，在第一時間t1與第四時間t4中，第一選擇電路211與第二選擇電路212依據選擇訊號Sel_Signal[c]而分別輸出第三端電壓Vc與第一端電壓Va；在第二時間t2與第五時間t5中，第一選擇電路211與第二選擇電路212依據選擇訊號Sel_Signal[b]而分別輸出第二端電壓Vb與第三端電壓Vc；而在第三時間t3與第六時間t6中，第一選擇電路211與第二選擇電路212依據選擇訊號Sel_Signal[a]而分別輸出第一端電壓Va與第二端電壓Vb。如此一來，就能將比較結果Cmp_Out所呈現之脈波的上升緣與下降緣當作是換相點。

藉由上述之說明可知，本發明之零交越點偵測電路主要乃是採用二個選擇電路與一個比較器來建構，並使這二個選擇電路將取得之三個線圈的端電壓擇一輸出，以便讓比較器可以對這二個選擇電路的輸出進行比較，進而輸出一比較結果。而此比較結果將以脈波的方式來呈現，且此脈波的上升緣與下降緣即為換相點。藉著這種簡單的電路設計，本發明之零交越點偵測電路的電路尺寸相較於習知零交越點偵測電路的電路尺寸來得小。

除了以上所述之實施例所提供的電路與方法之外，在本發明的施行細節上還有許多可以細微調整的部分，以圖4來舉例說明之。請參照圖4，其繪示為依照本發明第二實施例所揭示的零交越點偵測電路的示意圖。在圖4中，標示與圖2中之標示相同者表示為相同物件。圖4所示之零交越點偵測電路400與圖2所示之零交越點偵測電路200的不同之處，在於零交越點偵測電路400僅採用了二個低通濾波器，如圖4所示的低通濾波器401與低通濾波器402。在本實施例中，低通濾波器401係電性耦接於第一選擇電路211之輸出端與比較器215之間。低通濾波器402則電性耦接於第二選擇電路212之輸出端與比較器215之間。

此外，第一選擇電路211係電性耦接第一線圈L1之另一端、第二線圈L2之另一端與第三線圈L3之另一端，以分別取得第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc，並依據選擇訊號Sel_Signal[a、b、c]而輸出第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc其中之一。第二選擇電路212係電性耦接第一線圈L1之另一端、第二線圈L2之另一端與第三線圈L3之另一端，以分別取得第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc，並依據選擇訊號Sel_Signal[a、b、c]而輸出第一端電壓Va、第二端電壓Vb與第三端電壓Vc其中之一。至於比較器215，其用以接收上述二個低通濾波器之輸出，以便輸出比較結果Cmp_Out。

請參照圖5，其繪示為依照本發明一實施例之一種換相裝置，其係採用本發明之零交越點偵測電路。如圖5所示，此換相裝置50包括有零交越點偵測電路500與驅動電路510，其中零交越電偵測電路500係採用上述第一實施例或第二實施例所述之零交越電偵測電路來實現。至於驅動電路510，其係電性耦接三相無刷直流馬達10之第一線圈L1的另一端、第二線圈L2的另一端與第三線圈L3的另一端，並依據上述之比較結果Cmp_Out來提供第一線圈之激磁電流Ia、第二線圈之激磁電流Ib與第三線圈之激磁電流Ic。

值得一提的是，儘管在上述說明中，第一選擇電路211與第二選擇電路212係各以一多工器來實現，然而第一選擇電路211與第二選擇電路212皆可改以一組開關來實現，而每一開關係可進一步採用電晶體等電子元件來實現。

綜上所述，本發明解決前述問題的主要方式，主要乃是採用二個選擇電路與一比較器，並使這二個選擇電路將取得之三個線圈的端電壓擇一輸出，以便讓比較器可以對這二個選擇電路的輸出進行比較，進而輸出一比較結果。而此比較結果將以脈波的方式來呈現，且此脈波的上升緣與下降緣即為換相點。藉著這種簡單的電路設計，本發明之零交越點偵測電路的電路尺寸相較於習知零交越點偵測電路的電路尺寸來得小。

雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

19、21．．．習知電路

10．．．三相無刷直流馬達

50．．．換相裝置

200、400、500．．．零交越點偵測電路

211．．．第一選擇電路

212．．．第二選擇電路

201、202、203、401、402．．．低通濾波器

215．．．比較器

510．．．驅動電路

L1．．．第一線圈

L2．．．第二線圈

L3．．．第三線圈

Va．．．第一端電壓

Vb．．．第二端電壓

Vc．．．第三端電壓

Ia、Ib、Ic．．．激磁電流

Sel_Signal[a、b、c]．．．選擇訊號

Cmp_Out．．．比較結果

t1．．．第一時間

t2．．．第二時間

t3．．．第三時間

t4．．．第四時間

t5．．．第五時間

t6．．．第六時間

圖1繪示為習知零交越點偵測電路的電路圖。

圖2繪示有依照本發明第一實施例所揭示之一種零交越點偵測電路的示意圖。

圖3係繪示圖2之三個線圈的端電壓的時序關係圖。

圖4繪示為依照本發明第二實施例所揭示的零交越點偵測電路的示意圖。

圖5繪示為依照本發明一實施例之換相裝置。

10．．．三相無刷直流馬達

200．．．零交越點偵測電路

201、202、203．．．低通濾波器

211．．．第一選擇電路

212．．．第二選擇電路

215．．．比較器

L1．．．第一線圈

L2．．．第二線圈

L3．．．第三線圈

Va．．．第一端電壓

Vb．．．第二端電壓

Vc．．．第三端電壓

Sel_Signal[a、b、c]．．．選擇訊號

Cmp_Out．．．比較結果

Claims (8)

1. 一種零交越點偵測電路，適用於一三相無刷直流馬達，該三相無刷直流馬達具有一第一線圈、一第二線圈與一第三線圈，且該第一線圈之其中一端、該第二線圈之其中一端與該第三線圈之其中一端相互電性耦接，該零交越點偵測電路包括：一第一選擇電路，電性耦接該第一線圈之另一端、該第二線圈之另一端與該第三線圈之另一端，以分別取得一第一端電壓、一第二端電壓與一第三端電壓，並依據一選擇訊號而輸出該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓其中之一；一第二選擇電路，電性耦接該第一線圈之另一端、該第二線圈之另一端與該第三線圈之另一端，以分別取得該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓，並依據該選擇訊號而輸出該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓其中之一；以及一比較器，用以比較該第一選擇電路之輸出與該第二選擇電路之輸出，以輸出一比較結果。
2. 如申請專利範圍第1項所述之零交越點偵測電路，其更包括：一第一低通濾波器，電性耦接於該第一選擇電路之輸出端與該比較器之間；以及一第二低通濾波器，電性耦接於該第二選擇電路之輸出端與該比較器之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之零交越點偵測電路，其更包括：一第一低通濾波器，電性耦接於該第一線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第一線圈之另一端與該第二選擇電路之間；一第二低通濾波器，電性耦接於該第二線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第二線圈之另一端與該第二選擇電路之間；以及一第三低通濾波器，電性耦接於該第三線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第三線圈之另一端與該第二選擇電路之間。
4. 如申請專利範圍第1項所述之零交越點偵測電路，其中在一第一時間與一第四時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第三端電壓與該第一端電壓，在一第二時間與一第五時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第二端電壓與該第三端電壓，且在一第三時間與一第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第一端電壓與該第二端電壓，其中若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第一端電壓與該第二端電壓，那麼在該第一時間、該第二時間與該第三時間中，該比較結果將呈現出該第一端電壓係大於該第二端電壓，而在該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第一端電壓係小於該第二端電壓；若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第二端電壓與該第三端電壓，那麼在該第一時間、該第二時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第二端電壓係小於該第三端電壓，而在該第三時間、該第四時間與該第五時間中，該比較結果將呈現出該第二端電壓係大於該第三端電壓；若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第三端電壓與該第一端電壓，那麼在該第一時間、該第五時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第三端電壓係大於該第一端電壓，而在該第二時間、該第三時間與該第四時間中，該比較結果將呈現出該第三端電壓係小於該第一端電壓。
5. 一種換相裝置，適用於一三相無刷直流馬達，該三相無刷直流馬達具有一第一線圈、一第二線圈與一第三線圈，且該第一線圈之其中一端、該第二線圈之其中一端與該第三線圈之其中一端相互電性耦接，該換相裝置包括：一零交越點偵測電路，包括：一第一選擇電路，電性耦接該第一線圈之另一端、該第二線圈之另一端與該第三線圈之另一端，以分別取得一第一端電壓、一第二端電壓與一第三端電壓，並依據一選擇訊號而輸出該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓其中之一；一第二選擇電路，電性耦接該第一線圈之另一端、該第二線圈之另一端與該第三線圈之另一端，以分別取得該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓，並依據該選擇訊號而輸出該第一端電壓、該第二端電壓與該第三端電壓其中之一；以及一比較器，用以比較該第一選擇電路之輸出與該第二選擇電路之輸出，以輸出一比較結果；以及一驅動電路，電性耦接該第一線圈之另一端、該第二線圈之另一端與該第三線圈之另一端，並依據該比較結果來提供該第一線圈、該第二線圈與該第三線圈之激磁電流。
6. 如申請專利範圍第5項所述之換相裝置，其中該零交越點偵測電路更包括：一第一低通濾波器，電性耦接於該第一選擇電路之輸出端與該比較器之間；以及一第二低通濾波器，電性耦接於該第二選擇電路之輸出端與該比較器之間。
7. 如申請專利範圍第5項所述之換相裝置，其中該零交越點偵測電路更包括：一第一低通濾波器，電性耦接於該第一線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第一線圈之另一端與該第二選擇電路之間；一第二低通濾波器，電性耦接於該第二線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第二線圈之另一端與該第二選擇電路之間；以及一第三低通濾波器，電性耦接於該第三線圈之另一端與該第一選擇電路之間，以及電性耦接於該第三線圈之另一端與該第二選擇電路之間。
8. 如申請專利範圍第5項所述之換相裝置，其中在一第一時間與一第四時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第三端電壓與該第一端電壓，在一第二時間與一第五時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第二端電壓與該第三端電壓，且在一第三時間與一第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路依據該選擇訊號而分別輸出該第一端電壓與該第二端電壓，其中若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第一端電壓與該第二端電壓，那麼在該第一時間、該第二時間與該第三時間中，該比較結果將呈現出該第一端電壓係大於該第二端電壓，而在該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第一端電壓係小於該第二端電壓；若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第二端電壓與該第三端電壓，那麼在該第一時間、該第二時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第二端電壓係小於該第三端電壓，而在該第三時間、該第四時間與該第五時間中，該比較結果將呈現出該第二端電壓係大於該第三端電壓；若是在該第一時間、該第二時間、該第三時間、該第四時間、該第五時間與該第六時間中，該第一選擇電路與該第二選擇電路係分別輸出該第三端電壓與該第一端電壓，那麼在該第一時間、該第五時間與該第六時間中，該比較結果將呈現出該第三端電壓係大於該第一端電壓，而在該第二時間、該第三時間與該第四時間中，該比較結果將呈現出該第三端電壓係小於該第一端電壓。