TWI492516B - 馬達控制方法以及裝置 - Google Patents

Description

馬達控制方法以及裝置

本發明有關於一種馬達控制方法，特別是包含消除雜訊以及選擇性提高訊號負載比以啟動馬達轉動之一種馬達控制方法。

參照第1A圖，其中顯示一種先前技術之馬達控制方法，例如可應用於電扇馬達轉速控制，此方法根據一外部控制訊號Sc來啟動馬達(未顯示)以達到對應之轉速。當電路接收到呈脈寬調變形式的外部控制訊號Sc後，對應產生一脈寬調變形式的驅動訊號Sd以控制馬達之轉速。參照第1A圖與第1B圖，由於從靜止開始轉動時必須克服靜摩擦，因此脈寬調變訊號必須超過某一負載比(duty ratio)X%，馬達才會起轉(參照0%→100%曲線)，但此一負載比X%為未知數，與生產與安裝之品質、使用後的內部髒汙情況等相關，因此在該先前技術中，從靜止時間點T0到切換時間點T1的初始時段Ps之中，先提供一Y%的高負載比(例如30%)以確保可驅動馬達開始轉動，到切換時間點T1後再切換回與外部控制訊號Sc相對應之負載比。此種方法之缺點為：負載比Y%為預設值，並不一定切合應用時的需要，如設定太低則馬達無法起轉，通常為安全起見會設定為較高值，但當馬達之靜摩擦較小時，這會造成強制馬達以高轉速啟動後才轉回正常速度，此高轉速實非必要。此外，當馬達靜止不動時，若收到一類似外部控制訊號Sc之雜訊(例如外接電路剛啟動時產生之暫態高電壓突波或外來干擾等)，仍會引發使驅動訊號Sd進入初始時段Ps，以較高負載比驅動馬達，造成馬達誤啟動。

另一先前技術(例如美國8,384,325號專利)試圖使馬達起轉 的負載比恰切合應用時的靜摩擦，因此該先前技術中，當驅動訊號開始啟動馬達從靜止開始轉動時，先從一低負載比(例如10%)試圖啟動馬達，然後逐漸增加負載比直到馬達起轉、並提高馬達轉速。此種技術缺點為：運算負載比之電路十分複雜，此外，若收到一類似外部控制訊號之雜訊，也可能造成馬達誤啟動。

故先前技術之馬達控制方法無法提供精確控制轉速、低誤啟動、與降低雜訊干擾等之需求。

就其中一個觀點，本發明提供一種馬達控制方法，係根據一外部控制訊號，以啟動一馬達從等待狀態開始轉動，此方法包含：根據該外部控制訊號之負載比啟動該馬達；判斷該外部控制訊號是否為雜訊，如是則切換回該等待狀態；判斷該馬達是否已開始轉動，如是則繼續根據該外部控制訊號之負載比驅動該馬達；當該外部控制訊號非為雜訊且自啟動該馬達起逾一第一時段而該馬達仍未開始轉動，則切換改根據一預設驅動訊號啟動該馬達；以及以該預設驅動訊號啟動該馬達後逾一第二時段，切換為根據該外部控制訊號之負載比驅動該馬達。

在一較佳實施例中，判斷該外部控制訊號是否為雜訊之步驟包含：當該外部控制訊號之連續低位準時間大過一參考值或該外部控制訊號之負載比低於一臨界值時，判斷該外部控制訊號為雜訊。

在一較佳實施例中，該參考值低於該第一時段。

在一較佳實施例中，該臨界值為可調整。

在一較佳實施例中，該預設驅動訊號之負載比較該外部控制訊號之負載比為高，該較高負載比為一預設值或根據該外部控制訊號之負載比而決定。

在一較佳實施例中，該第二時段係一預設長度的時段、或自 該馬達受該預設驅動訊號啟動後至該馬達開始轉動之時段。

在一較佳實施例中，判斷該馬達是否已開始轉動之步驟係判斷該馬達是否已轉動達一目標轉速、轉動達一參考圈數、或轉動達一參考角度。

在一較佳實施例中，該預設驅動訊號之負載比為可調整。

就另一個觀點，本發明提供一種馬達控制裝置，係根據一外部控制訊號，以驅動一馬達從等待狀態開始轉動，該馬達控制裝置包含：一馬達驅動單元，用以驅動該馬達轉動；一切換單元，用以切換傳遞該外部控制訊號或一預設驅動訊號至該馬達驅動單元，以控制該馬達之操作，其中於接受該外部控制訊號起一第一時段內，該切換單元傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元；一控制單元，用以控制該切換單元傳遞至該馬達驅動單元之訊號，該控制單元自接受該外部控制訊號起逾該第一時段後且馬達未開始轉動時，產生一強制啟動訊號至該切換單元以切換改將該預設驅動訊號傳遞至該馬達驅動單元，該強制啟動訊號傳遞至該切換單元逾一第二時段後，停止傳遞該強制啟動訊號至該切換單元，以切換改將該外部控制訊號傳遞至該馬達驅動單元；以及一內部訊號產生單元，用以產生該預設驅動訊號。

在一較佳實施例中，當該控制單元判斷所接受之該外部控制訊號為一雜訊，控制該切換單元以停止傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元。

在一較佳實施例中，當該外部控制訊號之連續低位準時間大過一參考值或該外部控制訊號之負載比低於一臨界值，判斷該外部控制訊號為雜訊。

在一較佳實施例中，當在該第一時段中馬達已開始轉動時，則該切換單元繼續傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元。

在一較佳實施例中，該控制單元更接受一馬達轉動訊號，根 據該馬達轉動訊號以判斷馬達是否已開始轉動。

底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

10‧‧‧馬達控制裝置

11‧‧‧馬達驅動單元

12‧‧‧切換單元

13‧‧‧控制單元

14‧‧‧內部訊號產生單元

S1、S21、S22、S3、S4、S5、S6‧‧‧步驟

Sc‧‧‧外部控制訊號

Sd‧‧‧馬達驅動訊號

Sfs‧‧‧強制啟動訊號

Sh‧‧‧馬達轉動訊號

Sin‧‧‧預設驅動訊號

Ps‧‧‧初始時段

P1‧‧‧第一時段

P2‧‧‧第二時段

T0‧‧‧靜止時間點

T1‧‧‧切換時間點

第1A、1B圖顯示先前技術之馬達控制方法示意圖。

第2圖顯示根據本發明一較佳實施例之馬達控制方法示意圖。

第3圖顯示根據本發明一較佳實施例之馬達控制方法之訊號示意圖。

第4圖顯示根據本發明之馬達控制裝置示意圖。

有關本發明之前述及其他技術內容、特點與功效，在以下配合參考圖式之一較佳實施例的詳細說明中，將可清楚的呈現。以下實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各裝置以及各元件之間之功能作用關係，至於形狀、厚度與寬度則並未依照比例繪製。

參照第2、3圖，其中顯示根據本發明之一觀點所提供之一種馬達控制方法與訊號示意圖，係根據一外部控制訊號Sc，以啟動一馬達(未顯示)從等待狀態開始轉動，此方法包含：根據該外部控制訊號Sc之負載比啟動該馬達(S1)；判斷該外部控制訊號Sc是否為雜訊，如是則切換回該等待狀態(S21)；判斷該馬達是否已開始轉動，如是則繼續根據該外部控制訊號Sc之負載比驅動該馬達(S22)；當該外部控制訊號Sc非為雜訊且自啟動該馬達起逾一第一時段P1而該馬達仍未開始轉動(S3)，則切換改根據一預設驅動訊號Sin啟動該馬達(S4)；以及以該預設驅動訊號Sin啟動該馬達後逾一第二時段P2(S5)，切換為根據該外部控制訊號Sc之負載比驅動該馬達(S6)。以上方法中，步驟S21與S22的順序可以互換、或平行進行。

判斷外部控制訊號Sc是否為雜訊，有各種方式可行。根據 一較佳實施例，判斷外部控制訊號Sc是否為雜訊之步驟例如可包含：當外部控制訊號Sc之連續低位準時間大過一參考值(以低位準表示不工作為例)、或外部控制訊號Sc之負載比低於一臨界值時，判斷外部控制訊號Sc為雜訊。舉例而言，如外部控制訊號Sc為正常欲控制馬達轉動的訊號，則必然每周期內都會有高位準出現(以高位準表示工作為例)，換言之若在短暫出現高位準之後有一段連續時間未再出現高位準，即可判斷該短暫出現的高位準為雜訊，因此可設定一連續低位準的參考值、或負載比的臨界值，作為參考判斷基準。當然，該參考值須低於第一時段之時間間隔，若逾第一時段則參考值之時間間隔過長，此時已切換為根據預設驅動訊號啟動馬達，決定是否為雜訊已晚。此外，負載比臨界值為可視馬達的應用環境而調整，例如馬達工作於高轉速環境時，可設定較高之臨界值，工作於低轉速環境時，可設定較低之臨界值，等等。

參照第3圖再繼續說明，其中Sc為由外部輸入的外部控制訊號，Sin為內部產生的預設驅動訊號，Sd為用以驅動馬達的馬達驅動訊號，Sfs為強制啟動訊號。當接受到外部控制訊號Sc開始啟動馬達時，第一時段P1開始；在第一時段P1中，根據外部控制訊號Sc的負載比來驅動馬達(馬達驅動訊號Sd的負載比對應於外部控制訊號Sc的負載比)。此時，馬達有可能開始轉動或不轉動；當馬達之靜摩擦較低、或外部控制訊號Sc之負載比較高，則馬達可能開始轉動，又當馬達之靜摩擦較高、或外部控制訊號Sc之負載比較低，則馬達可能依然處於等待狀態(靜止不動)。若馬達已經開始轉動，則可跳過第二時段P2而直接進入正常運轉，對應於第2圖中由步驟S22跳到步驟S6。當馬達不轉動而第一時段P1結束時，則產生強制啟動訊號Sfs(即強制啟動訊號Sfs轉變為工作位準，圖中以高位準表示工作為例)，並轉為根據預設驅動訊號Sin的負載比來驅動馬達(馬達驅動訊號Sd的負載比對應於預設驅動訊號Sin的負載比)，此預設驅動訊號Sin的負載比可為一預設的固定值或為可調整之值。預設驅動訊號Sin可從接受外部控制訊號Sc起開始同步產生(如圖示)，亦可從產生強制啟動訊號Sfs起開始產生(圖未示)。在第二時段P2中，馬達應可開始轉動，故第二時段P2結束後，馬達驅動訊號Sd可切換為根據外部控制訊 號Sc繼續驅動馬達。若第一時段P1或第二時段P2中，馬達已開始轉動，則強制啟動訊號Sfs也可同步停止(轉變為不工作位準，圖中以低位準表示不工作為例)，而不受限於圖式中所示之訊號對應關係。

以上內容中所述「馬達驅動訊號Sd的負載比對應於外部控制訊號Sc的負載比」與「馬達驅動訊號Sd的負載比對應於預設驅動訊號Sin的負載比」，並不限於「馬達驅動訊號Sd的負載比嚴格相等於外部控制訊號Sc的負載比」或「馬達驅動訊號Sd的負載比嚴格相等於預設驅動訊號Sin的負載比」；如有需要，馬達驅動訊號Sd可根據外部控制訊號Sc或預設驅動訊號Sin，以一預設的轉換關係來產生。

一較佳實施例中，第二時段P2可為一預設長度的時段、或當馬達從等待狀態改變至已轉動狀態時，第二時段P2結束。

其中，馬達已轉動之判斷依據可為馬達轉動達一目標轉速、馬達轉動已達一參考圈數、或馬達已轉動一參考角度等。目標轉速、參考圈數、與參考角度之設定，其目的為確認馬達為一穩定轉動，避免例如瞬間轉動或顫動等造成誤判。

一較佳實施例中，外部控制訊號Sc、預設驅動訊號Sin、馬達驅動訊號Sd皆為脈寬調變訊號，然實施時不限於於此，若根據需要亦可為其他訊號形式。

根據另一個觀點，參照第4圖，其中顯示一種馬達控制裝置10，以驅動一馬達從等待狀態開始轉動。馬達控制裝置10包含：馬達驅動單元11，用以啟動與驅動馬達轉動；切換單元12，用以切換傳遞外部控制訊號Sc或一預設驅動訊號Sin至馬達驅動單元11，以控制馬達之操作，其中於接受該外部控制訊號Sc起一第一時段內，該切換單元12傳遞該外部控制訊號Sc至該馬達驅動單元11；控制單元13，自接受外部控制訊號Sc起逾該第一時段後且馬達未開始轉動時，產生一強制啟動訊號Sfs至切換單元12，以切換改將預設驅動訊號Sin傳遞給馬達驅動單元11，並於以預設驅動訊號Sin操作逾一第二時段後，停止傳遞強制啟動訊號Sfs至切換單元12，以切換改將外部控制訊號Sc傳遞給馬達驅動單元11，或根據接受之一馬達轉動訊號Sh，停止傳遞強制啟動訊號Sfs至切換單元12；以及 內部訊號產生單元14，用以產生預設驅動訊號Sin，例如可根據外部控制訊號Sc或強制啟動訊號Sfs來產生。因此，馬達驅動訊號Sd於第一時段中對應於外部控制訊號Sc之負載比，而第二時段中對應於預設驅動訊號Sin之負載比，第二時段結束後切換至對應於外部控制訊號Sc之負載比。又，如在第一時段中馬達已開始轉動(例如可根據馬達轉動訊號Sh來判斷，並可判斷馬達轉動是否達一目標轉速、馬達轉動是否已達一參考圈數、或馬達是否已轉動一參考角度等)，則可省略第二時段而不需要以預設驅動訊號Sin操作，而切換單元12可繼續傳遞該外部控制訊號Sc至該馬達驅動單元11。

一較佳實施例中，當所接受之外部控制訊號Sc判斷為雜訊，控制單元13控制切換單元12以停止傳遞外部控制訊號Sc至馬達。判斷雜訊的方式可參閱前述方法實施例中的相關說明。

此外，若有需要，切換單元12也可根據所接受之馬達轉動訊號Sh切換由外部控制訊號Sc繼續驅動馬達，而非透過控制單元13進行切換。可利用由霍爾感測器或光遮斷感測器等進行馬達轉速之感測，以產生馬達轉速訊號Sh至馬達控制裝置10。

馬達控制裝置10之相關技術內容可參照前述較佳實施例內容與說明，在此不贅述。

以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之權利範圍。對於熟悉本技術者，當可在本發明精神內，立即思及各種等效變化。故凡依本發明之概念與精神所為之均等變化或修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。例如，實施例圖示直接連接的各電路或元件，其間可插置不影響主要功能的其他電路或元件；訊號的高低位準意義可互換，等等。本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。

S1、S21、S22、S3、S4、S5、S6‧‧‧步驟

Claims (13)

1. 一種馬達控制方法，係根據一外部控制訊號，以啟動一馬達從等待狀態開始轉動，該馬達控制方法包含：根據該外部控制訊號之負載比啟動該馬達；判斷該外部控制訊號是否為雜訊，如是則切換回該等待狀態；判斷該馬達是否已開始轉動，如是則繼續根據該外部控制訊號之負載比驅動該馬達；當該外部控制訊號非為雜訊且自啟動該馬達起逾一第一時段而該馬達仍未開始轉動，則切換改根據一預設驅動訊號啟動該馬達；以及以該預設驅動訊號啟動該馬達後逾一第二時段，切換為根據該外部控制訊號之負載比驅動該馬達，其中該第二時段在該第一時段之後。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中判斷該外部控制訊號是否為雜訊之步驟包含：當該外部控制訊號之連續低位準時間大過一參考值、或該外部控制訊號之負載比低於一臨界值時，判斷該外部控制訊號為雜訊。
3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制方法，其中該參考值低於該第一時段。
4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制方法，其中該臨界值為可調整。
5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該預設驅動訊號之負載比較該外部控制訊號之負載比為高，該較高負載比為一預設值或根據該外部控制訊號之負載比而決定。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該第二時段係一預設長度時段、或自該馬達受該預設驅動訊號啟動後至該馬達開始轉動之時段。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中判斷該馬達是否 已開始轉動之步驟係判斷該馬達是否已轉動達一目標轉速、轉動達一參考圈數、或轉動達一參考角度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制方法，其中該預設驅動訊號之負載比為可調整。
9. 一種馬達控制裝置，係根據一外部控制訊號，以驅動一馬達從等待狀態開始轉動，該馬達控制裝置包含：一馬達驅動單元，用以驅動該馬達轉動；一切換單元，用以切換傳遞該外部控制訊號或一預設驅動訊號至該馬達驅動單元，以控制該馬達之操作，其中於接受該外部控制訊號起一第一時段內，該切換單元傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元；一控制單元，用以控制該切換單元傳遞至該馬達驅動單元之訊號，該控制單元自接受該外部控制訊號起逾該第一時段後且馬達未開始轉動時，產生一強制啟動訊號至該切換單元以切換改將該預設驅動訊號傳遞至該馬達驅動單元，該強制啟動訊號傳遞至該切換單元逾一第二時段後，停止傳遞該強制啟動訊號至該切換單元，以切換改將該外部控制訊號傳遞至該馬達驅動單元；以及一內部訊號產生單元，用以產生該預設驅動訊號。
10. 如申請專利範圍第9項所述之馬達控制裝置，其中當該控制單元判斷所接受之該外部控制訊號為一雜訊，控制該切換單元以停止傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元。
11. 如申請專利範圍第10項所述之馬達控制裝置，其中當該外部控制訊號之連續低位準時間大過一參考值或該外部控制訊號之負載比低於一臨界值，判斷該外部控制訊號為雜訊。
12. 如申請專利範圍第9項所述之馬達控制裝置，其中當在該第一時段中馬達已開始轉動時，則該切換單元繼續傳遞該外部控制訊號至該馬達驅動單元。
13. 如申請專利範圍第12項所述之馬達控制裝置，其中該控制單元更接受一馬達轉動訊號，根據該馬達轉動訊號以判斷馬達是否已開始轉動。