TWI485974B - 具有校正功能之驅動晶片及其應用之馬達驅動系統 - Google Patents
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Description
本發明係有關於一種驅動系統，特別是有關於一種具有校正功能之驅動晶片的馬達驅動系統，其是透過校正的方式將霍爾元件所產生的偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感測外部磁場的變化，正確指出轉子位置，進而驅動馬達進行換相，得以降低馬達運轉的噪音，以使本發明之能夠達到良好的輸出表現以及較佳的系統穩定性。
由於科技不斷進步，電子產品日益普及，具有強大功能之積體電路晶片也不斷被推出，在這些電子產品中，如通訊裝置、筆記型電腦及家電用品等等，皆廣泛使用到體積小且效率高的直流馬達驅動晶片，常見應用於電腦CPU、光碟機及硬碟等等。
一般來說，現行的直流馬達驅動多是採用霍爾元件來檢測出馬達轉子之位置，使得驅動器能送出適當的換相訊號驅使馬達正常旋轉。而換相的優劣會直接影響整體系統的性能表現，所以必須提高霍爾元件感測外部磁場的變化的精確度，以增加換相控制的準確度。
然而，霍爾元件實際在馬達驅動後，會因IC封裝時，IC表面產生應力而影響霍爾元件，或因在晶圓製程時受到製程變動(例如：摻雜深度或濃度不一致)及外在環境溫度的影響，使得霍爾元件產生一個不期許的偏移量，造成霍爾
元件可靠性降低，而無法準確指出轉子位置進行相對應換相，會引起馬達運轉時產生擾人的噪音，進而影響使用上的舒適度。
綜上所述，如何將霍爾元件產生的不期許偏移量消除，讓霍爾元件精確地感測外部磁場的變化，正確指出轉子位置，進而驅動馬達相對應的換相，提高換相控制的可靠度，並減少直流馬達所產生之噪音，是本發明所欲解決的問題。
為了解決上述有關的問題，本發明之一主要目的在於提供一種具有校正功能之驅動晶片，透過感測單元之霍爾元件感測一外部磁場的變化，並藉由自動校正電路產生之補償電流透過調整增益倍率，將感測單元之感測元件自身存在的不期許偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感測外部磁場的變化，進而驅動外部裝置動作。
為了解決上述有關的問題，本發明之另一主要目的在於提供一種馬達驅動系統，透過感測單元之霍爾元件感測一外部磁場的變化，並藉由自動校正電路產生之補償電流透過調整增益倍率，將感測單元之感測元件自身存在的不期許偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感測外部磁場的變化，正確指出轉子位置，進而驅動馬達裝置相應的換相，得以減少直流馬達產生之噪音，並達到良好的輸出表現以及較佳的系統穩定性。
依據上述之目的，本發明提供一種具有校正功能之驅動晶片，包括：一感測單元，用以感測一外部磁場的變化，並產生一第一感測電壓訊號與一第二感測電壓訊號；一
前置處理單元，用以接收第一感測電壓訊號與第二感測電壓訊號進行放大，並輸出一電壓偏移量；一運算處理單元，其一端與前置處理單元電性連接，而其另一端則與一參考電壓連接，運算後輸出一第一運算訊號或一第二運算訊號；一增益調節單元，與前置處理單元連接，用以產生一第一電壓控制訊號與一第二電壓控制訊號；以及一控制單元，具有一電源啟動延遲電路、一比較器與一自動校正電路，其中比較器之一正輸入端與增益調節單元所產生之第一電壓控制訊號連接，一負輸入端則與增益調節單元所產生之第二電壓控制訊號連接，比較後俾得知電壓偏移量屬於一正電壓偏移量或一負電壓偏移量，而輸出一控制訊號至自動校正電路，當電源啟動延遲電路依據內部之一計數器計數至一預先設定之延遲時間後，產生一啟動訊號觸發自動校正電路動作，同時藉由一致能訊號觸發增益調節單元進行一增益倍率的調整，以驅動自動校正電路產生一補償電流回饋至前置處理單元，將正電壓偏移量或負電壓偏移量校正歸零。
依據上述之目的，本發明提供一種馬達驅動系統，由一具有校正功能之驅動晶片與一馬達裝置連接所形成，其中驅動晶片包括：一感測單元，用以感測一外部磁場的變化，並產生一第一感測電壓訊號與一第二感測電壓訊號；一前置處理單元，用以接收第一感測電壓訊號與第二感測電壓訊號進行放大，並輸出一電壓偏移量；一運算處理單元，其一端與前置處理單元電性連接，而其另一端則與一參考電壓連接，運算後輸出一第一運算訊號或一第二運算訊號；一增益調節單元，與前置處理單元連接，用以產生一第一電壓控制訊號與一第二電壓控制訊號；以及一控制單元，
具有一電源啟動延遲電路、一比較器與一自動校正電路，其中比較器之一正輸入端與增益調節單元所產生之第一電壓控制訊號連接，一負輸入端則與增益調節單元所產生之第二電壓控制訊號連接，比較後俾得知電壓偏移量屬於一正電壓偏移量或一負電壓偏移量，而輸出一控制訊號至自動校正電路，當電源啟動延遲電路依據內部之一計數器計數至一預先設定之延遲時間後，產生一啟動訊號觸發自動校正電路動作，同時藉由一致能訊號觸發增益調節單元進行一增益倍率的調整，以驅動自動校正電路產生一補償電流回饋至前置處理單元，將正電壓偏移量或負電壓偏移量校正歸零。
經由本發明所提供具有校正功能之驅動晶片及其應用之馬達驅動系統，用以將霍爾元件所產生的偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感測外部磁場的變化，正確指出轉子位置，進而驅動馬達進行換相，得以降低馬達運轉的噪音，以使本發明之能夠達到良好的輸出表現以及較佳的系統穩定性。
1‧‧‧具有校正功能之驅動晶片
2‧‧‧外部磁場
3‧‧‧外部裝置、馬達裝置
10‧‧‧感測單元
101‧‧‧感測元件
102‧‧‧電源供應單元
12‧‧‧前置處理單元
121‧‧‧運算處理單元
122‧‧‧增益調節單元
14‧‧‧控制單元
141‧‧‧電源啟動延遲電路
142‧‧‧比較器
143‧‧‧自動校正電路
1431‧‧‧補償電流產生單元
1411‧‧‧計數器
30‧‧‧輸出控制單元
301‧‧‧取樣與保持電路
302‧‧‧低通濾波器
303‧‧‧磁滯比較器
304‧‧‧邏輯控制器
305‧‧‧負載驅動電路
3051、DR1‧‧‧第一負載驅動器
3052、DR2‧‧‧第二負載驅動器
32‧‧‧馬達
S1‧‧‧第一感測電壓訊號
S2‧‧‧第二感測電壓訊號
L1‧‧‧第一放大電壓訊號
L2‧‧‧第二放大電壓訊號
a、b、c、d‧‧‧端點
CK1
、、CK2
、、CK3
、、CK4
、‧‧‧複數組切換開關
A、、CK5
、‧‧‧第一組控制開關
B、、CK6
、‧‧‧第二組控制開關
CK7
、CK8
‧‧‧第一組選擇開關
CK9
、CK10
‧‧‧第二組選擇開關
C1‧‧‧第一電容
C2‧‧‧第二電容
R1
‧‧‧第一電阻
RA
‧‧‧第一控制電阻
RB
‧‧‧第二控制電阻
R2
‧‧‧第二電阻
R3
‧‧‧第三電阻
R4
‧‧‧第四電阻
R5
‧‧‧第五電阻
R6
‧‧‧第六電阻
Vdiff
‧‧‧電壓差
Voffset
‧‧‧電壓偏移量
Voffset +
‧‧‧正電壓偏移量
Voffset -
‧‧‧負電壓偏移量
Vref
‧‧‧參考電壓訊號
Vout1
‧‧‧第一驅動訊號
Vout2
‧‧‧第二驅動訊號
VDrive1
‧‧‧第一輸出電壓訊號
VDrive2
‧‧‧第二輸出電壓訊號
Iload
‧‧‧輸出電流
VCC
‧‧‧電源之電壓訊號
A1_O‧‧‧第一電壓控制訊號
A1_N‧‧‧第二電壓控制訊號
Pon_D‧‧‧啟動訊號
COS‧‧‧控制訊號
CE‧‧‧致能訊號
A1‧‧‧第一放大器
A2‧‧‧第二放大器
A1_Iin‧‧‧第一輸入電流
A2_Iin‧‧‧第二輸入電流
A1_Iout‧‧‧第一輸出電流
A2_Iout‧‧‧第二輸出電流
TU1、TU2、TU3、TU4、TU5‧‧‧複數組電流控制開關
ICOMP
‧‧‧補償電流
COMP_FB‧‧‧最小設定偏移量
SWA
‧‧‧第一電流流通控制開關
SWB
‧‧‧第二電流流通控制開關
T1‧‧‧電源供應單元電壓上升時間
T2‧‧‧預先設定之延遲時間
T3‧‧‧校正時間
第1圖係本發明之具有校正功能之驅動晶片方塊圖。
第2圖係本發明之馬達驅動系統架構圖。
第3A與3B圖係本發明之感測單元內部架構圖。
第4圖係本發明之自動校正電路實際控制電路之架構圖。
第5圖係本發明之啟動自動校正電路動作圖。
第6圖係本發明之正電壓偏移量校正動作圖。
第7圖係本發明之負電壓偏移量校正動作圖。
由於本發明主要係揭露一種馬達驅動系統，藉由自動校正電路產生之補償電流透過調整增益倍率，將霍爾元件產生之不期許電壓偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感測外部磁場的變化，正確指出轉子位置，進而驅動馬達相對應的換相，其中由於製程變動、封裝應力及操作溫度改變等影響下，感測元件(例如：霍爾元件)等效四邊阻值會不均等，因而造成感測元件在無外部磁場下，會存在一電壓偏差量，使得感測元件在感應外部磁場變化時，所產生的感測電壓訊號，將包含本身的電壓偏差量，會降低感測元件感應的精確度，故本文將此電壓偏差量稱之為不期許電壓偏移量；然而，馬達的基本原理與功能，已為相關技術領域具有通常知識者所能明瞭，故以下文中之說明，僅針對與本發明其特徵處進行詳細說明。此外，於下述內文中之圖式，亦並未依據實際之相關尺寸完整繪製，其作用僅在表達與本發明特徵有關之示意圖。
首先，請參閱第1圖，係為本發明之具有校正功能之驅動晶片方塊圖。如第1圖所示，具有校正功能之驅動晶片1包括：一個感測單元10、一個前置處理單元12、一個運算處理單元121、一個增益調節單元122以及一個控制單元14。
在本實施例中，感測單元10內部具有複數組切換開關(CK1
與、CK2
與、CK3
與、CK4
與)、一個感測元件101與一個電源供應單元102，其中電源供應單元102係藉由複數組切換開關中的第一組切換開關(CK1
、)與感測元件101之一端電性連接，用以提供一個穩定電流予感測元件101感測一個外部磁場2的變化，以產生一個第一感測電壓訊號S1與一個第二感測電壓訊號S2，分別經由複數組切
換開關中的第二組切換開關(CK2
、)與第三組切換開關(CK3
、)控制輸出，而感測元件101之另一端則與複數組切換開關中的第四組切換開關(CK4
、)電性連接並耦接至一個接地端；其中，感測單元10之感測元件101可等效於一個惠斯登組態之電阻電橋(Resistive Wheatstone Bridge)(顯示於第3A圖與第3B圖中)，由四個端點(a、b、c、d)分別連接一個等效電阻組成一個橋式迴路，其四個端點(a、b、c、d)亦會分別與複數組切換開關(CK1
與、CK2
與、CK3
與、CK4
與)連接，藉由上述複數組切換開關(CK1
與、CK2
與、CK3
與、CK4
與)之間週期性的以90度相位差相互切換，在無外部磁場下，由於感測元件101等效四邊電阻值不一致的關係，使得感測元件101所輸出之第一感測電壓訊號S1與第二感測電壓訊號S2的電壓差(Vdiff
)不為零而產生一個電壓偏移量(Voffset
)，此時電壓差(Vdiff
)即等於電壓偏移量(Voffset
)；在此要說明的是，本發明之感測元件10係為一霍爾元件。
因此，藉由上述感測單元10可將感應外部磁場2所產生的第一感測電壓訊號S1與第二感測電壓訊號S2，輸入至該驅動晶片1所包含之前置處理單元12，透過其第一輸入端與第二輸入端用以接收感測單元10輸出之第一感測電壓訊號S1與第二感測電壓訊號S2進行放大，產生一個第一放大電壓訊號L1及一個第二放大電壓訊號L2，並藉由第一輸出端與第二輸出端輸出一個不期許之電壓偏移量(Voffset
)，再透過運算處理單元121一端的第一組控制開關(A
、)與第二組控制開關(B
、)與前置處理單元12連接，決定導通第一放大電壓訊號L1及第二放大電壓訊號L2的電性極性，另一端則與一參考電壓訊號(Vref
)連接，進行運算後輸出一第一運算訊號或一第二運算訊號，分別輸入至一外部裝置3，在本發明之一較佳實施例中，外部裝置3係為一馬達裝置；而增益調節單元122亦會與前置處理單元12之第一輸出端與第二輸出端連
接，用以產生一第一電壓控制訊號(A1_O)與一第二電壓控制訊號(A1_N)供控制單元14運用；其控制單元14具有一個電源啟動延遲電路141、一個比較器142與一個自動校正電路143，其中比較器142之一正輸入端與增益調節單元122所產生之第一電壓控制訊號(A1_O)連接，一負輸入端則與增益調節單元122所產生之第二電壓控制訊號(A1_N)連接，用以比較其第一電壓控制訊號(A1_O)與第二電壓控制訊號(A1_N)之大小，以決定不期許之電壓偏移量(Voffset
)屬於一正電壓偏移量(Voffset +
)或一負電壓偏移量(Voffset -
)，再經一輸出端輸出一個控制訊號(COS)至自動校正電路143，當電源啟動延遲電路141依據內部之一個計數器1411計數至一個預先設定之延遲時間後，會產生一個啟動訊號(Pon_D)以觸發自動校正電路143，在電源啟動後，至自動校正電路143動作結束期間，將產生一致能訊號(CE)去觸發增益調節單元122調節第一放大訊號L1與第二放大訊號L2之增益倍率，且自動校正電路143會依據比較器142輸出之控制訊號(COS)驅動一補償電流產生單元(未顯示於第1圖)，選擇導通內部複數個電流控制開關(未顯示於第1圖)，以載入相對應之電流並將其電流加總而得到一補償電流(Icomp
)回饋至前置處理單元12，將產生的不期許正電壓偏移量(Voffset +
)或負電壓偏移量(Voffset -
)校正歸零。
請繼續參閱第2圖，係為本發明之馬達驅動系統架構圖。如第2圖所示，馬達驅動系統係由一個具有校正功能之驅動晶片1與一個馬達裝置3連接所形成，其中具有校正功能之驅動晶片1之架構與前述第1圖結構相同，由感測單元10、前置處理單元12、運算處理單元121、增益調節單元122以及控制單元14所組成，其中感測單元10內部具有複數組切換開關(CK1
與、CK2
與、CK3
與、CK4
與)、感測元件101與電源供應單元102，其中電源供應單元102係藉由複數組切換開關中的第一組切換開關(CK1
、)與感測元件101之一端電性連接，用以提供一個穩定電流予感測元件101
感測外部磁場2的變化，以產生第一感測電壓訊號S1與第二感測電壓訊號S2，分別經由複數組切換開關中的第二組切換開關(CK2
、)與第三組切換開關(CK3
、)控制輸出，而感測元件101之另一端則與複數組切換開關中的第四組切換開關(CK4
、)電性連接並耦接至一個接地端；由複數組切換開關中的第二組切換開關(CK2
、)與第三組切換開關(CK3
、)輸出之第一感測電壓訊號S1與第二感測電壓訊號S2，則輸入至前置處理單元12進行放大，產生第一放大電壓訊號L1及第二放大電壓訊號L2，並藉由第一輸出端與第二輸出端輸出一個不期許之電壓偏移量(Voffset
)，再透過運算處理單元121一端的第一組控制開關(CK5
、)與第二組控制開關(CK6
、)與前置處理單元12連接，決定導通第一放大電壓訊號L1及第二放大電壓訊號L2的電性極性，另一端則與參考電壓訊號(Vref
)連接，進行運算後輸出第一運算訊號或第二運算訊號，分別輸入至外部裝置3，在本發明之一較佳實施例中，外部裝置3係為一馬達裝置，其外部裝置3包括一個輸出控制單元30以及與輸出控制單元30連接的一個馬達32；而增益調節單元122亦會與前置處理單元12之第一輸出端與第二輸出端連接，用以產生一第一電壓控制訊號(A1_O)與一第二電壓控制訊號(A1_N)供控制單元14運用；其控制單元14具有一個電源啟動延遲電路141、一個比較器142與一個自動校正電路143，其中比較器142之一正輸入端與增益調節單元122所產生之第一電壓控制訊號(A1_O)連接，一負輸入端則與增益調節單元122所產生之第二電壓控制訊號(A1_N)連接，用以比較第一電壓控制訊號與第二電壓控制訊號之大小，以決定不期許之電壓偏移量(Voffset
)屬於一正電壓偏移量(Voffset +
)或一負電壓偏移量(Voffset -
)，再經一輸出端輸出一個控制訊號(COS)至自動校正電路143，當電源啟動延遲電路141依據內部之一個計數器1411計數至一個預先設定之延遲時間後，會產生一個啟動訊號(Pon_D)以觸發自動校正電路143，在電源啟動後，至自動校
正電路143動作結束期間，將產生一致能訊號(CE)去觸發增益調節單元122調節第一放大訊號L1與第二放大訊號L2之增益倍率。自動校正電路143依據比較器142輸出之控制訊號(COS)驅動一補償電流產生單元(未顯示於第1圖)，選擇導通內部複數個電流控制開關(未顯示於第1圖)，以載入相對應之電流並將其電流加總而得到一補償電流(Icomp
)回饋至前置處理單元12，將產生的不期許正電壓偏移量(Voffset +
)或負電壓偏移量(Voffset -
)校正歸零。
在本實施例中，增益調節單元122則係由一個第一電阻R1
、一個第一控制電阻RA
、一個第二控制電阻RB
與一個第二電阻R2
串連而成，其中第一電阻R1
具有一第一端耦接至控制單元14之比較器142的正輸入端，第二端則耦接至控制單元14之比較器142的負輸入端，而第一控制電阻RA
具有一第一端耦接至第一電阻R1
之第二端，第二控制電阻RB
則具有一第一端耦接至第一控制電阻RA
之第二端，以及第二電阻R2
具有一第一端耦接至第二控制電阻RB
之第二端；由四個電阻串連而成的增益調節單元122會與前置處理單元12之第一放大器A1與第二放大器A2連接，換言之，前置處理單元12之第一放大器A1具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中正輸入端耦接於複數組切換開關中之第三組切換開關(CK3
、)，用以接收第二感測電壓訊號S2，負輸入端則連接增益調節單元122中第一電阻R1之第二端，經第一放大器A1放大第二感測電壓訊號S2，而由輸出端輸出第一放大電壓訊號L1；前置處理單元12之第二放大器A2一樣具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中正輸入端耦接於複數組切換開關中之第二組切換開關(CK2
、)，用以接收第一感測電壓訊號S1，負輸入端則連接增益調節單元122中第二電阻R2
之第一端，經第二放大器A2放大第一感測電壓訊號S1，而由輸出端輸出第二放大訊號L2；在此要說明的是，第一電阻R1
之電阻值與第二電阻R2
之電阻值相同，故其電阻特性亦
相同；經由第一放大器A1與第二放大器A2放大後之第一放大電壓訊號L1與第二放大電壓訊號L2，會透過運算處理單元121一端的第一組控制開關(CK5
、)與第二組控制開關(CK6
、)，決定要導通第一放大電壓訊號L1及第二放大電壓訊號L2的電性極性；再者，由於運算處理單元121係為一運算放大器，故其具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中正輸入端藉由一個第三電阻R3
接收參考電壓訊號(Vref
)，並藉由一個第四電阻R4
串聯於第一組控制開關(CK5
、)中的開關及第二組控制開關(CK6
、)中的開關CK6，負輸入端則藉由一個第五電阻R5
串聯於第一組控制開關(CK5
、)中的開關CK5及第二組控制開關(CK6
、)中的開關)，而輸出端則藉由一個第六電阻R6
與負輸入端連接，將第一放大電壓訊號L1或第二放大電壓訊號L2輸入至運算處理單元121與參考電壓訊號(Vref
)一同運算而產生第一運算訊號或第二運算訊號，分別輸入至外部裝置3；在此要說明的是，第三電阻R3
之電阻值與第六電阻R6
之電阻值相同，而第四電阻R4
之電阻值與第五電阻R5
之電阻值亦相同，故上述電阻其電阻特性亦相同。
另外，在本實施例中，外部裝置3包括一個輸出控制單元30以及與輸出控制單元30連接的一個馬達32，而輸出控制單元30係由一個取樣與保持電路301、一個低通濾波器302、一個磁滯比較器303、一個邏輯控制器304以及一個負載驅動電路305所構成，其中取樣與保持電路301係藉由一個第一組選擇開關(CK7
、CK8)
電性連接於運算處理單元121，用以選擇將第一運算訊號與第二運算訊號分別儲存於一第一電容(C1)及一第二電容(C2)，其中第一電容(C1)第一端耦接至第一組選擇開關之一端(CK7)
，第一電容(C1)第二端則耦接至接地端，用以儲存第一運算訊號，或由第二電容(C2)第一端耦接至第一組選擇開關之另一端(CK8)
，第二端耦接至接地端，用以儲存第二運算訊號；而低通濾波器302則係藉由一
個第二組選擇開關(CK9、CK10)
電性連接於取樣與保持電路301，將分別存放於第一電容C1及第二電容C2之第一運算訊號與第二運算訊號耦合成一轉換電壓訊號，其第二組選擇開關之一端(CK9)
係連結於取樣與保持電路301之第一組選擇開關之一端(CK7)
與第一電容(C1)間的節點，第二組選擇開關之另一端(CK10)
則係連結於取樣與保持電路301之第一組選擇開關之另一端(CK8)
與第二電容(C2)間的節點；磁滯比較器303則電性連接於低通濾波器302，具有一第一磁滯準位與一第二磁滯準位，其中一正輸入端會接收低通濾波器302產生之轉換電壓訊號，一負輸入端則接收參考電壓訊號(Vref
)，依據兩輸入端所接收之訊號進行第一磁滯準位與第二磁滯準位之間的切換，而輸出一個相位控制訊號；再由邏輯控制器304電性連接於磁滯比較器303，將相位控制訊號轉換為一第一驅動訊號(Vout1
)與一第二驅動訊號(Vout2
)；最後由負載驅動電路305之第一負載驅動器(DR1)3051與第二負載驅動器(DR2)3052之輸入端，分別接收第一驅動訊號(Vout1
)與第二驅動訊號(Vout2
)，藉以產生一第一輸出電壓訊號(VDriver1
)與一第二輸出電壓訊號(VDriver2
)以及一輸出電流(Iload
)，用以控制馬達32轉動。
此外，驅動晶片1另包含控制單元14，具有一個電源啟動延遲電路141、一個比較器142與一個自動校正電路143，其中比較器142之一正輸入端與增益調節單元122所產生之第一電壓控制訊號(A1_O)連接，一負輸入端則與增益調節單元122所產生之第二電壓控制訊號(A1_N)連接，以決定電壓偏移量(Voffset
)屬於一正電壓偏移量(Voffset +
)或一負電壓偏移量(Voffset -
)，經一輸出端輸出一個控制訊號(COS)至自動校正電路143，當電源啟動延遲電路141依據內部之一個計數器1411計數至一個預先設定之延遲時間後，會產生一個啟動訊號(Pon_D)以觸發自動校正電路143，在電源啟動後，至自動校正電路143動作結束期間，將產生一致能訊號(CE)去觸發增益
調節單元122調節第一放大訊號L1與第二放大訊號L2之增益倍率；並且自動校正電路143會依據比較器142輸出之控制訊號(COS)驅動一補償電流產生單元(未顯示於第2圖)，選擇導通內部複數個電流控制開關(未顯示於第2圖)，以載入相對應之電流並將其電流加總而得到一補償電流(Icomp
)，再藉由一個第一電流流通控制開關(未顯示於第2圖中)或一個第二電流流通控制開關(未顯示於第2圖中)控制一個第一輸入電流(A1_Iin)、一個第二輸入電流(A2_Iin)、一個第一輸出電流(A1_Iout)與一個第二輸出電流(A2_Iout)間的流向，亦即決定其補償電流的流向，將補償電流回饋至前置處理單元12之第一放大器A1及第二放大器A2；並且再次產生第一電壓控制訊號(A1_O)與第二電壓控制訊號(A1_N)，提供於比較器142以輸出一控制訊號(COS)，去控制自動校正電路143動作，將產生的不期許正電壓偏移量(Voffset +
)或負電壓偏移量(Voffset
-)
校正歸零。
接著，關於自動校正電路143實際控制電路之架構(顯示於第4圖中)，由第4圖中顯示自動校正電路143係由內部一個補償電流產生單元1431來操控運作，其補償電流產生單元1431具有複數個可供連接的腳位(Pin)，其中包含與控制單元14之比較器142連接的腳位、與電源啟動延遲電路141連接的腳位，分別用以接收比較器142輸出之控制訊號(COS)以及電源啟動延遲電路141依據內部之計數器1411，計數至一個預先設定之延遲時間後產生的啟動訊號(Pon_D)；在電源啟動後，至自動校正電路143動作結束期間，將產生一致能訊號(CE)，並依據比較器142輸出之控制訊號(COS)驅動補償電流產生單元1431，選擇導通內部複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)，以載入相對應之電流(20
I、21
I、22
I、23
I、24
I)加總得到一個補償電流，再藉由第一電流流通控制開關(SWA
)及一個第二電流流通控制開關(SWB
)控制第一輸入電流(A1_Iin)、第二輸入電流(A2_Iin)、第一輸出電流(A1_Iout)與第
二輸出電流(A2_Iout)間的流向，將產生之補償電流(Icomp
)回饋至前置放大電路12之第一放大器A1及第二放大器A2。
請繼續參閱第5圖，係為本發明啟動自動校正電路動作圖。如第5圖所示，當電源啟動後，因每個外部電源供應器電壓上升時間(T1)不一樣，為了避免電源之電壓訊號(Vcc)尚未穩定時，造成自動校正電路產生誤動作，故當電源啟動時會藉由電源啟動延遲電路依據內部之計數器計數至預先設定之延遲時間(T2)後，啟動訊號(Pon_D)將由低電壓準位轉變為高電壓準位，表示電源之電壓訊號(Vcc)達到穩定，即通知自動校正電路可以開始動作，此時自動校正電路會在校正時間(T3)內完成校正；因此在電源啟動後，至自動校正電路動作結束期間(T2+T3)，致能訊號(CE)會一直保持在低電壓準位，其目的有二：第一係藉此關閉負載驅動電路之第一負載驅動器(DR1)與第二負載驅動器(DR2)，使第一輸出電壓訊號(VDrive1
)與第二輸出電壓訊號(VDrive2
)保持在低電壓準位，避免去驅動馬達定子而使轉子運轉讓磁場改變，造成自動校正電路產生誤動作；第二係使第一放大器A1的增益倍率大幅減少，避免轉子磁通量大小累加於偏移量上，影響自動校正電路之校正精確度。
當外部磁場之磁通量等於零(B=0)時，表示霍爾元件所產生之電壓偏移量(Voffset
)理想為零，此時第一電壓控制訊號(A1_O)會等於第二電壓控制訊號(A1_N)，自動校正電路將不會產生補償電流供給第一放大器A1及第二放大器A2；然而，霍爾元件實際上是會有電壓偏移量(Voffset
)的，代表第一電壓控制訊號(A1_O)不會等於第二電壓控制訊號(A1_N)，且兩端電壓差會為增益倍率乘上電壓偏移量(即R1
/(RA
+RB
)*Voffset
)，此時再由比較器提供控制訊號(COS)至自動校正電路，利用控制訊號(COS)去判斷目前電壓偏移量(Voffset
)屬於一正電壓偏移量(Voffset +
)或一負電壓偏移量(Voffset -
)，適當控制第一電流流通控制開關(SWA
)及第二電流流通控制開關
(SWB
)，提供補償電流供給第一放大器A1及第二放大器A2，進而將霍爾元件產生之不期許電壓偏移量(Voffset
)校正歸零(Voffset
~0)。當自動校正電路完成校正動作後，致能訊號(CE)會由低電壓準位轉變為高電壓準位，馬達之驅動系統會產生第一驅動訊號(Vout1
)及第二驅動訊號(Vout2
)，致能負載驅動電路之第一負載驅動器(DR1)與第二負載驅動器(DR2)，使輸出之第一輸出電壓訊號(VDrive1
)與第二輸出電壓訊號(VDrive2
)能驅使馬達轉子進行換相，並同時將第一放大器A1增益倍率更改為R1
/RB
。直到下一次電源啟動，自動校正電路將重置，重新對霍爾元件產生之不期許電壓偏移量(Voffset
)進行校正並歸零。
接著，請再參閱第6圖，係為本發明之正電壓偏移量校正動作圖。依據前面所述，當電源啟動時會藉由電源啟動延遲電路依據內部之計數器計數至預先設定之延遲時間後，啟動訊號(Pon_D)將由低電壓準位轉變為高電壓準位，即通知自動校正電路可以開始動作，而比較器提供控制訊號(COS)至自動校正電路後，控制訊號(COS)會保持在一高電壓準位，且比較器之控制訊號(COS)判斷目前電壓偏移量(Voffset
)屬於正電壓偏移量(Voffset +
)時，即表示第一電壓控制訊號(A1_O)大於第二電壓控制訊號(A1_N)，兩端電壓差為增益倍率乘上偏移量(即R1
/(RA
+RB
)*Voffset +
)，此時，依據比較器輸出之控制訊號(COS)選擇導通內部複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)，載入相對應之電流(20
I、21
I、22
I、23
I、24
I)加總得到一個補償電流，其複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)之相對應之開關時序圖請參閱第6圖TU1、TU2、TU3、TU4、TU5之波形，而在本實施例補償電流為20
I*TU1+21
I*TU2+22
I*TU3+23
I*TU4+24
I*TU5，再藉由第一電流流通控制開關(SWA
)及一個第二電流流通控制開關(SWB
)控制第一輸入電流(A1_Iin)、第二輸入電流(A2_Iin)、第一輸出電流(A1_Iout)與第二輸出電流(A2_Iout)間的流向，將產生之補償電流20
I*TU1+21
I*TU2+22
I
*TU3+23
I*TU4+24
I*TU5回饋至前置處理單元之第一放大器A1及第二放大器A2，將霍爾元件所產生之不期許正電壓偏移量(Voffset +
)週期性地校正歸零(Voffset +
~0)，亦即每一週期T(T=48μ)校正約0.4毫伏特(mV)的霍爾元件正電壓偏移量(Voffset +
)，另外為避免將電壓偏移量校正變為負，可藉由自動校正電路內含之一最小設定電壓偏移量(COMP_FB)，預先設定最小1位元(bit)的電壓偏移量，當自動校正電路校正至最小1位元(bit)時將會停止校正；而當自動校正電路完成校正動作後，複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)會保持最後一次所設定的電壓準位，持續提供補償電流給第一放大器A1與第二放大器A2。
請繼續參閱第7圖，係為本發明之負電壓偏移量校正動作圖。如第7圖所示，當電源啟動時會藉由電源啟動延遲電路依據內部之計數器計數至預先設定之延遲時間後，啟動訊號(Pon_D)將由低電壓準位轉變為高電壓準位，即通知自動校正電路可以開始動作，而比較器提供控制訊號(COS)至自動校正電路後，控制訊號(COS)會保持在一低電壓準位，與前述第6圖不同之處在於，比較器之控制訊號(COS)判斷目前電壓偏移量(Voffset
)屬於負電壓偏移量(Voffset -
)時，即表示第二電壓控制訊號(A1_N)大於第一電壓控制訊號(A1_O)，兩端電壓差為增益倍率乘上電壓偏移量(即R1
/(RA
+RB
)*Voffset -
)，此時同樣地，依據比較器輸出之控制訊號(COS)選擇導通內部複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)，載入相對應之電流(20
I、21
I、22
I、23
I、24
I)加總得到一個補償電流，其複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)之相對應之開關時序圖請參閱第7圖TU1、TU2、TU3、TU4、TU5之波形，而在本實施例補償電流為20
I*TU1+21
I*TU2+22
I*TU3+23
I*TU4+24
I*TU5，再藉由第一電流流通控制開關(SWA
)及一個第二電流流通控制開關(SWB
)控制第一輸入電流(A1_Iin)、第二輸入電流(A2_Iin)、第一輸出電流(A1_Iout)與第二輸出電流(A2_Iout)間
的流向，將產生之補償電流20
I*TU1+21
I*TU2+22
I*TU3+23
I*TU4+24
I*TU5回饋至前置處理單元之第一放大器A1及第二放大器A2，將霍爾元件所產生之不期許負電壓偏移量(Voffset -
)週期性地校正歸零(Voffset -
~0)，亦即每一週期T(T=48μ)校正約0.4毫伏特(mV)的霍爾元件負電壓偏移量(Voffset -
)；而當自動校正電路完成校正動作後，複數組電流控制開關(TU1、TU2、TU3、TU4、TU5)會保持最後一次所設定的電壓準位，持續提供補償電流給第一放大器A1與第二放大器A2。
綜上所述，本發明之馬達驅動系統可針對不同操作環境溫度，對霍爾元件產生之偏移量校正歸零，讓霍爾元件可以精確地感應外部磁場的變化，驅動馬達定子驅使馬達轉子進行換相，提高了運轉效率並降低馬達運轉噪音，藉以達到較佳的系統穩定性。
雖然本發明以前述之較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習相像技藝者，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，因此本發明之專利保護範圍須視本說明書所附之申請專利範圍所界定者為準。
1‧‧‧具有校正功能之驅動晶片
2‧‧‧外部磁場
3‧‧‧外部裝置、馬達裝置
10‧‧‧感測單元
101‧‧‧感測元件
102‧‧‧電源供應單元
12‧‧‧前置處理單元
121‧‧‧運算處理單元
122‧‧‧增益調節單元
14‧‧‧控制單元
141‧‧‧電源啟動延遲電路
142‧‧‧比較器
143‧‧‧自動校正電路
1411‧‧‧計數器
S1‧‧‧第一感測電壓訊號
S2‧‧‧第二感測電壓訊號
L1‧‧‧第一放大電壓訊號
L2‧‧‧第二放大電壓訊號
CK1
、、CK2
、、CK3
、、CK4
、‧‧‧複數組切換開關
A、‧‧‧第一組控制開關
B、‧‧‧第二組控制開關
Vref
‧‧‧參考電壓
ICOMP
‧‧‧補償電流
A1_O‧‧‧第一電壓控制訊號
A1_N‧‧‧第二電壓控制訊號
Pon_D‧‧‧啟動訊號
COS‧‧‧控制訊號
CE‧‧‧致能訊號
COMP_FB‧‧‧最小設定偏移量
Claims (14)
- 一種具有校正功能之驅動晶片，包括：一感測單元，用以感測一外部磁場的變化，並產生一第一感測電壓訊號與一第二感測電壓訊號；一前置處理單元，用以接收該第一感測電壓訊號與該第二感測電壓訊號進行放大，並輸出一電壓偏移量；一運算處理單元，其一端與該前置處理單元電性連接，而其另一端則與一參考電壓連接，運算後輸出一第一運算訊號或一第二運算訊號；一增益調節單元，與該前置處理單元連接，用以產生一第一電壓控制訊號與一第二電壓控制訊號；以及一控制單元，具有一電源啟動延遲電路、一比較器與一自動校正電路，其中該比較器之一正輸入端與該增益調節單元所產生之該第一電壓控制訊號連接，一負輸入端則與該增益調節單元所產生之該第二電壓控制訊號連接，比較後俾得知該電壓偏移量屬於一正電壓偏移量或一負電壓偏移量，而輸出一控制訊號至該自動校正電路，當該電源啟動延遲電路依據內部之一計數器計數至一預先設定之延遲時間後，產生一啟動訊號觸發該自動校正電路動作，同時藉由一致能訊號觸發該增益調節單元進行一增益倍率的調整，以驅動該自動校正電路產生一補償電流回饋至該前置處理單元，將該正電壓偏移量或該負電壓偏移量 校正歸零。
- 根據申請專利範圍第1項所述之驅動晶片，其中該感測單元更包括：複數組切換開關，其中之一第一組切換開關其一端與一電源供應端連接，另一端與一感測元件之一端電性連接，一第二組切換開關與一第三組切換開關則係用以控制該感測元件產生之該第一感測電壓訊號與該第二感測電壓訊號的輸出，一第四組切換開關則與該感測元件之另一端電性連接並耦接至一接地端。
- 根據申請專利範圍第2項所述之驅動晶片，其中該感測元件為一霍爾元件。
- 根據申請專利範圍第1項所述之驅動晶片，其中該增益調節單元更包括：一第一電阻，具有一第一端，耦接至該控制單元之該比較器的該正輸入端，以及一第二端，耦接至該控制單元之該比較器的該負輸入端；一第一控制電阻，具有一第一端，耦接至該第一電阻之該第二端，以及一第二端；一第二控制電阻，具有一第一端，耦接至該第一控制電阻之該第二端，以及一第二端；以及一第二電阻，具有一第一端，耦接至該第二控制電阻之該第二端，以及一第二端。
- 根據申請專利範圍第1項所述之驅動晶片，其中該前置處理單元更包括：一第一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中該正輸入端耦接於該些組切換開關中之該第三組切換開關，用以接收該第二感測電壓訊號，該負輸入端則連接該增益調節單元中該第一電阻之該第二端，經該第一放大器放大該第二感測電壓訊號，而由該輸出端輸出一第一放大訊號；以及一第二放大器具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中該正輸入端耦接於該些組切換開關中之該第二組切換開關，用以接收該第一感測電壓訊號，該負輸入端則連接該增益調節單元中該第二電阻之該第一端，經該第二放大器放大該第一感測電壓訊號，而由該輸出端輸出一第二放大訊號。
- 根據申請專利範圍第1項所述之驅動晶片，其中該運算處理單元輸出之該第一運算訊號或該第二運算訊號，係分別輸入至一外部裝置。
- 根據申請專利範圍第6項所述之驅動晶片，其中該外部裝置係為一馬達裝置。
- 一種馬達驅動系統，由一具有校正功能之驅動晶片與一馬達裝置連接所形成，其中該驅動晶片包括：一感測單元，用以感測一外部磁場的變化，並產生一 第一感測電壓訊號與一第二感測電壓訊號；一前置處理單元，用以接收該第一感測電壓訊號與該第二感測電壓訊號進行放大，並輸出一電壓偏移量；一運算處理單元，其一端與該前置處理單元電性連接，而其另一端則與一參考電壓連接，運算後用以輸出一第一運算訊號或一第二運算訊號；一增益調節單元，與該前置處理單元連接，用以產生一第一電壓控制訊號與一第二電壓控制訊號；以及一控制單元，具有一電源啟動延遲電路、一比較器與一自動校正電路，其中該比較器之一正輸入端與該增益調節單元所產生之該第一電壓控制訊號連接，一負輸入端則與該增益調節單元所產生之該第二電壓控制訊號連接，比較後俾得知該電壓偏移量屬於一正電壓偏移量或一負電壓偏移量，而輸出一控制訊號至該自動校正電路，當該電源啟動延遲電路依據內部之一計數器計數至一預先設定之延遲時間後，產生一啟動訊號觸發該自動校正電路動作，同時藉由一致能訊號觸發該增益調節單元進行一增益倍率的調整，以驅動該自動校正電路產生一補償電流回饋至該前置處理單元，將該正電壓偏移量或該負電壓偏移量校正歸零。
- 根據申請專利範圍第8項所述之馬達驅動系統，其中該馬達裝置包括一輸出控制單元以及與該輸出控制單元連接 的一馬達，其中該輸出控制單元包括：一取樣與保持電路，藉由一第一組選擇開關電性連接於該運算處理單元，用以選擇將該第一運算訊號與該第二運算訊號分別儲存於一第一電容及一第二電容；一低通濾波器，藉由一第二組選擇開關電性連接於該取樣與保持電路，將分別存放於該第一電容及該第二電容之該第一運算訊號與該第二運算訊號耦合成一轉換電壓訊號；一磁滯比較器，電性連接於該低通濾波器，具有一第一磁滯準位與一第二磁滯準位，其中一正輸入端接收該轉換電壓訊號，一負輸入端則接收該參考電壓訊號，依據兩輸入端所接收之訊號進行該第一磁滯準位與該第二磁滯準位之間的切換，而輸出一相位控制訊號；一邏輯控制器，電性連接於該磁滯比較器，將該相位控制訊號轉換為一第一驅動訊號與一第二驅動訊號；以及一負載驅動電路，其輸入端接收該第一驅動訊號與該第二驅動訊號，藉以產生一第一輸出電壓訊號與一第二輸出電壓訊號以及一輸出電流，用以控制該馬達轉動。
- 根據申請專利範圍第8項所述之馬達驅動系統，其中該感測單元更包括：複數組切換開關，其中之一第一組切換開關其一端與一電源供應端連接，另一端與一感測元件之一端電性連 接，一第二組切換開關與一第三組切換開關則係用以控制該感測元件產生之該第一感測電壓訊號與該第二感測電壓訊號的輸出，一第四組切換開關則與該感測元件之另一端電性連接並耦接至一接地端。
- 根據申請專利範圍第10項所述之馬達驅動系統，其中該感測單元中的該感測元件為一霍爾元件。
- 根據申請專利範圍第8項所述之馬達驅動系統，其中該增益調節單元更包括：一第一電阻，具有一第一端，耦接至該控制單元之該比較器的該正輸入端，以及一第二端，耦接至該控制單元之該比較器的該負輸入端；一第一控制電阻，具有一第一端，耦接至該第一電阻之該第二端，以及一第二端；一第二控制電阻，具有一第一端，耦接至該第一控制電阻之該第二端，以及一第二端；以及一第二電阻，具有一第一端，耦接至該第二控制電阻之該第二端，以及一第二端。
- 根據申請專利範圍第8項所述之馬達驅動系統，其中該前置處理單元更包括：一第一放大器，具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中該正輸入端耦接於該些組切換開關中之該第三組切換開關，用以接收該第二感測電壓訊號，該負輸入端 則連接該調節單元中該第一電阻之該第二端，經該第一放大器放大該第二感測電壓訊號，而由該輸出端輸出一第一放大訊號；以及一第二放大器具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中該正輸入端耦接於該些組切換開關中之該第二組切換開關，用以接收該第一感測電壓訊號，該負輸入端則連接該調節單元中該第二電阻之該第一端，經該第二放大器放大該第一感測電壓訊號，而由該輸出端輸出一第二放大訊號。
- 根據申請專利範圍第8項所述之馬達驅動系統，其中該運算處理單元係為一運算放大器，具有一正輸入端、一負輸入端與一輸出端，其中該正輸入端藉由一第三電阻接收該參考電壓訊號，並藉由一第四電阻串聯該第一組控制開關，該負輸入端則藉由一第五電阻串聯該第二組控制開關，而該輸出端則藉由一第六電阻與該負輸入端連接。
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