TWI611656B - 無窗反電動勢偵測之方法及裝置 - Google Patents

Abstract

一種無刷無感測器多相DC電機之終端處之一電機電流波形之一零交叉在未開啟一非驅動時段的情況下判定，同時該電機被持續驅動。偵測一電機之該終端處處於一第一臨限值之一電壓位準。在一第一時間，切換連接至該終端之一電流開關。在一第二時間，在該電機之該終端處偵測處於一第二臨限值之一電壓位準。判定該第一時間與該第二時間之間之零交叉，且其用於同步該電機之驅動。

Description

無窗反電動勢偵測之方法及裝置 【相關申請案之交叉參考】

本發明主張2012年10月24日申請之美國專利申請案第61/717,876號之優先權，該案以引用之方式併入本文中。

本揭示之實施例係關於直流(DC)電機之領域，且特定地關於控制DC電機。

本文中提供之背景描述係出於大致呈現本揭示之內文的目的。本發明者在本背景章節中描述之程度之工作以及在申請時可能不宜另外作為先前技術之描述之態樣既不明示亦不暗示承認作為相對於本發明之先前技術。

直流(DC)電機，包含無刷DC電機(BLDC)通常需要電子電路以控制換向以驅動電機。存在多種方式來驅動DC電機。用於驅動DC電機之一個方法係使用一個或多個霍爾感測器以偵測電機磁極位置以判定如何以及何時驅動電機的適當相位(即，終端)以使電機保持轉動。

圖1繪示包括三相電機102之簡化模型之一實例環境100。電機102繪示為具有在分別對應於相位A 110、B 112及C 114之終端之三個方向上配置之三個線圈104、106及108。在理想的三相電機中，相位A、B及C之終端定位為相距120°。轉子118表示為一條形磁鐵，其中其旋轉軸在相位A 110、B 112及C 114之交叉處，且垂直於與相位關聯之軸的平面。可藉由驅動分別經過相位110、112及114之終端處之線 圈104、106及108的電流組態而控制轉子118之旋轉位置。圖1繪示配備有霍爾感測器120、122及124之電機102，其用於偵測轉子118之實際位置(即，磁極位置)。實際磁極位置通常由控制電路使用以確定如何驅動相位A、B及C。在理想電機中，霍爾感測器120將位於相位A 110與B 112之終端之間的旋轉中途；霍爾感測器122將位於相位B 112與C 114之終端之間的旋轉中途；且霍爾感測器124將位於相位C 114與110之終端之間的旋轉中途。

轉子118之運動在線圈104、106及108內引發交流電壓，稱為反電動勢(BEMF)。BEMF電壓之振幅與轉子118之角速度大致成比例。霍爾感測器以BEMF電壓波形之零交叉儘可能接近與一對應線圈關聯之霍爾感測器信號之零交叉之方式精確地安裝。

用於控制DC電機之另一方法係「無感測器方法」，其不依賴於使用精確定位之霍爾感測器。在「無感測器方法」中，一個或多個終端A 110、B 112及C 114上之電機102之驅動停止了較短時段，通常稱為「窗」，以監視電機之BEMF電壓。電機之一個或多個相位上之BEMF電壓之零交叉將提供關於磁極位置之信息，其通常用於判定如何驅動電機之適當終端以使電機保持運行。

圖2繪示判定電機102之一個或多個相位上之BEMF電壓之零交叉之「無感測器方法」。在理想之三相電機中，相位A 110、B 112及C 114之BEMF電壓係正弦型的且相對於彼此具有120°之相位差。為與電機102之各相位上的BEMF電壓同步地驅動電機102，以最大化電機102之效率，各相位上可使用BEMF信號之一參考。若相位A 110、B 112及C 114之各者上的BEMF信號相對於彼此恰好相距120°，且其等各具有擁有相同振幅之一正弦型波形，則可使用僅一個相位(例如，相位A 110)上之BEMF信號之偵測，因為可從該一個相位上偵測到之零交叉推斷其他相位上之BEMF波形。

如圖2中所示，以窗化方式驅動相位A 110，而以連續、無中斷之無窗方式驅動相位B 112及C 114。在靠近相位A之BEMF電壓波形之零交叉的點處，如圖2中所示，相位A之驅動停止以開啟一窗，使得可觀察到相位A之BEMF電壓以偵測其零交叉之精確時間。此精確時間用於推斷相位B 112及C 114之適當同步的持續驅動，以及相位A 110之同步窗化驅動。

在各種實施例中，本揭示提供一種在不使用感測器及未開啟非驅動時段(即，窗)的情況下偵測電機反電動勢(BEMF)之方法及裝置。在一電機終端監視電壓位準，以判定電機電流方向且判定電機電流波形之零交叉並且其用於電機同步。

本發明內容及下文之章節(包含章節標題)僅為例證性實施及實施例，且不應解譯為限制申請專利範圍之範疇。

[先前技術]

100‧‧‧實例環境

102‧‧‧電機

104‧‧‧線圈

106‧‧‧線圈

108‧‧‧線圈

110‧‧‧相位A

112‧‧‧相位B

114‧‧‧相位C

118‧‧‧轉子

120‧‧‧霍爾感測器

122‧‧‧霍爾感測器

124‧‧‧霍爾感測器

200‧‧‧

[本發明]

110‧‧‧相位A

112‧‧‧相位B

114‧‧‧相位C

400‧‧‧實例架構

402‧‧‧控制邏輯

404(1)‧‧‧電路

404(2)‧‧‧電路

404(N)‧‧‧電路

406‧‧‧P閘極

408‧‧‧P開關

410‧‧‧N閘極

412‧‧‧N開關

414‧‧‧V輸出

416‧‧‧Vs

418‧‧‧I電機

420‧‧‧接地

422‧‧‧二極體

424‧‧‧二極體

426‧‧‧比較器

602‧‧‧水平軸

604‧‧‧零交叉

606‧‧‧水平軸

700‧‧‧方法

702、704、706、708、710、712‧‧‧步驟

A~K‧‧‧時間

V1、V2、V3、V4、V5、V6‧‧‧V輸出

參考附圖闡明具體實施方案。在圖中，參考數字之最左邊的數字位標識參考數字最初出現的圖號。不同圖中相同參考數字之使用指示類似或相同項。

圖1示意地繪示多相電機之簡化模型。

圖2繪示判定多相電機中之BEMF零交叉之實例窗化方法。

圖3繪示一BEMF電壓波形與一電機電流波形之間之一實例關係。

圖4示意地繪示用於以無窗方式控制一電機之一實例系統。

圖5係繪示對於各種持續時間之電機電流方向、電流開關狀態與電壓之間之實例關係的表。

圖6以圖形繪示與圖5中之表關聯之電機中的實 例電壓與電流關係。

圖7係描述根據一個實施例之一方法之一流程圖。

為以無窗方式驅動一電機，窗化的非驅動時段需要足夠寬以可靠地偵測BEMF零交叉。對比於沒有失配之電機，電機與電機失配以及相同電機內之磁極與磁極失配可能需要更寬的窗開口。

關於窗化電機驅動之「無感測器方法」，因為電機在各窗時段期間沒有被驅動，所以遞送至電機之最大能量受到窗大小之限制。因此，對於窗方法，在所有其他條件相同時可達成之最大速度將更低。另外，在當窗開啟時的非驅動時段期間，分配電機電流(其原本將為一純正弦波)，這可導致電機抖動、噪聲及限制至電機之總能量，因此限制其可達成之最大速度。

關於霍爾感測器之使用，使用霍爾感測器以偵測電機磁極位置係昂貴的，因為感測器必須精確放置。電機與電機失配以及相同電機內之磁極與磁極失配將需要感測器被定制放置，此進一步增加電機製造成本。因此，在各種實施例中，本揭示描述在不使用感測器的情況下以無窗方式驅動電機之技術。

圖3繪示對於使用(例如)正弦換流及脈衝寬度調變(PWM)以無窗方式驅動之電機相位(例如，相位C 114)，在BEMF電壓波形304與一對應電機電流波形302之間之關係。如圖3中所繪示，相位C的電流波形302係正弦型的，且與相位C的BEMF電壓波形304同相。因為BEMF電壓波形304及電流波形302對準，所以電流波形302之零交叉點與BEMF電壓波形304之零交叉點相同。然而，可僅藉由停止驅動相位C 114而直接偵測BEMF電壓波形304以及其零交叉。相比之下，可在沒有停止驅動在相位C 114之終端或在電機 102之任何其他相位之終端的情況下偵測電流波形302以及其零交叉。

因此，圖3繪示藉由判定電流波形302之零交叉點而判定BEMF電壓波形304之零交叉點。結果，電流波形302之零交叉點之偵測允許無感測器之電機中之BEMF電壓波形304之零交叉點的無窗偵測。

圖4繪示用於以無窗方式(即，在電機102之任何相位上未開啟非驅動時段的情況下)控制無感測器之電機102及偵測電機BEMF零交叉之控制邏輯402及實例電路404之一實例架構400。圖4中所示之電機102具有三相。然而，具有不同相位數之電機在本揭示之範疇內。

控制邏輯402可包含記憶體、一個或多個處理器、換流邏輯、電機磁極失配補償邏輯、故障偵測邏輯、計算邏輯、狀態機邏輯、數位信號處理(DSP)邏輯、類比硬體組件、數位邏輯、軟體、韌體或類似物。

控制邏輯402可經組態以與電路404(1-N)面接並且控制電路404(1-N)。舉例而言，控制邏輯402經組態以控制及/或驅動p開關408之p閘極406及N開關412之N閘極410，監視電路404(1)之V輸出414處之電壓位準，且偵測及處理來自比較器426之比較信號。控制邏輯402與電路404結合，經組態以判定電機BEMF零交叉以用適當相位驅動之信號驅動無感測器之電機102之各相位(例如，三個相位之各者之驅動信號係正弦型的且與彼此具有120度之相位差)。

電路404(1-N)可與控制邏輯402整合，在控制邏輯402外部，或其等之組合。在圖4之實例架構中，出於例證之目的，展示連接至電機102之各相位之一終端的一單獨電路404。此僅係為了簡化討論而展示，且不應解譯為限制，因為許多其他組態係可行的。在一實施例中，電路404(1-N)之各者在功能上基本相同。在一實施例中，連接至電 機102之各相位之一終端之一電路404補償電機與電機失配及/或相同電機內磁極與磁極失配，大大降低電機製造成本。

出於討論之目的，樣品電路404(1)展示為連接至電機102之相位C 114之終端。若電路404(1)連接至電機102之任何相位110至114，則其可類似於如本文中所描述般操作。在電路404(1)中，I電機418表示在電路404(1)與電機102之相位C 114處之終端之間流動之電機電流。V輸出414表示相位C 114之終端處之可偵測的電壓位準。舉例而言，P開關408包含一p通道金屬氧化物半導體(PMOS)電晶體，然而，此不應解譯為限制。P開關408可包含許多其他類型之電晶體(例如，場效應電晶體(FET)、MOSFET、JFET、雙極接面電晶體(BJT)等等)或電路組態。同樣，N開關412可包含一n通道金屬氧化物半導體(NMOS)電晶體，然而，至於P開關408，此不應解譯為限制。

舉例而言，p開關408之源極連接至一電源Vs 416，其中其汲極連接至n開關412之汲極。n開關412之源極連接至接地420。圖4中展示跨p開關408之源極及汲極而連接之二極體422，及展示跨n開關412之汲極及源極而連接之二極體424。舉例而言，p開關408及n開關412共同稱為連接至電機之終端(即，相位)的電流開關。比較器426監視V輸出414之一個或多個電壓位準。比較器426可為電路404之部分，控制邏輯402之部分，電路404及/或控制邏輯402之外部，或其等之組合。舉例而言，比較器426經組態以偵測V輸出414之電壓位準何時高於一第一臨限值及/或低於一第二臨限值。另外舉例而言，比較器426經組態以偵測V輸出414之電壓位準何時高於及低於許多預指定之臨限位準，使得控制邏輯402隨時間判定V輸出414之電壓位準之圖案。

舉例而言，控制邏輯402經組態以至少部分基於由比較器426偵測之電壓位準，藉由在p閘極406施加適當電 壓而判定何時開啟或關閉p開關408，及藉由在n閘極410施加適當電壓而判定何時開啟或關閉n開關412。舉例而言，若關閉p開關408及n開關412兩者(例如，電路之電流開關被關閉)，使得電流無法流經開關，則當電機電流I電機418為正時(例如，電機電流從電機102流動至電路404(1)中)，電壓V輸出414等於Vs 416加上跨二極體422之電壓降(例如，V輸出414大於電源電壓Vs 416)。相反地，繼續本實例，若關閉p開關408及n開關412兩者，則當電機電流I電機418為負時(例如，電機電流從電路404(1)流動至電機102)，電壓V輸出414等於跨二極體424之電壓降(例如，一負電壓)。舉例而言，比較器426偵測處於指示正電流之一第一臨限值及處於指示負電流之一第二臨限值之V輸出414之電壓輸出。出於本揭示之目的，電路404(1-N)、比較器426及控制邏輯402共同稱為具有邏輯之電路。

圖5及圖6繪示在電機102之操作期間在p開關408及n開關412之各種開/關狀態下V輸出414之各種電壓位準。圖5係一實例表，其繪示對於各種時間A至K(例如，各個持續時間)，在p開關408及n開關412之各種開/關狀態下之電機102操作期間的I電機418之正電流方向及負電流方向，其對應於V輸出414之各種電壓位準。舉例而言，參考圖4，在時間「A」，電流I電機418具有正電流方向，其中p開關408關閉且n開關412開啟，在V輸出414處量測到電壓V4。在本實例中，V4對應於相對較低正電壓，諸如跨圖4之開啟n開關412之電壓降。另外舉例而言，在時間「D」，電流I電機418具有正電流方向，其中p開關408關閉且n開關412關閉，V輸出414從電壓位準V2轉變至電壓位準V1。在本實例中，V1對應於相對較高的正電壓，諸如跨二極體422之電壓降加上圖4之電源電壓Vs 416。

參考圖5，注意I電機418的電流方向在持續時間E與F之間從正轉變為負。因此，持續時間E與F之間之 轉變被視為電機電流波形之零交叉。如本文中所討論，此電機電流波形零交叉與用於使驅動電機之一個對應相位或多個對應相位之一信號相位同步的一對應BEMF電壓波形之零交叉一致。

圖6係圖形地繪示對於如圖5中所示之p開關408及n開關412之開關狀態在各種持續時間A至K時I電機418之電流方向及V輸出414之電壓位準之一實例圖。圖6上方表示在時間A至K相對於以0.0安培(A)作為參考之水平軸602之I電機418之例證性電流圖。電流圖繪示I電機418之電流方向在時間A至E為正。在持續時間E與F之間，I電機418經過在0.0A之零交叉604，使得I電機418之一電流方向反轉方向，且在時間F至K為負。在圖6之電流圖下方係相對於以0伏特(V)之水平軸606所示之一對應電壓圖。

電壓圖繪示在電機102之操作(例如，轉動，驅動)期間對於如圖5中所示之p開關408及n開關412之開關狀態在各種持續時間A至K之V輸出414之電壓位準。圖6中表示之電壓圖繪示在使用(例如)脈衝寬度調變(PWM)驅動信號持續(即，無窗)驅動電機102期間的V輸出414。舉例而言，PWM驅動信號具有一個或多個工作循環，使得在電機之一相位上之所得BEMF電壓波形及電機電流波形係正弦型的且同相，如圖3中所繪示。

如圖6中所示，電壓圖繪示在V輸出414可量測之電壓位準之圖案，其與在對應持續時間A至K之p開關408及n開關412之開關狀態相關。圖6繪示高於0V之各種正電壓位準V1、V2、Vs 416、V3及V4，及低於0V之各種負電壓位準V5及V6。舉例而言，控制邏輯402經組態以控制各持續時間A至K，以及電流開關(例如，p開關408及n開關412)之開/關狀態。

在一實施例中，參考圖4，p開關408具有低於二極體422之一臨限電壓位準之一臨限電壓位準，且n開關 412具有低於二極體424之一臨限電壓位準之一臨限電壓位準。參考圖4、圖5及圖6，將在下文描述本實施例之一實例。

在持續時間A，如圖6之電流圖上所指示，電流I電機418為正(例如，在相位C上電流從電機102流動至電路404)，其中p開關408關閉且n開關412開啟。舉例而言，電壓位準V4表示跨n開關412之一電壓降。在持續時間B開始時，n開關412被關閉使得如圖5中所指示，n開關412及p開關408兩者皆被關閉。隨後，如圖6中所繪示，V輸出414上升高於電源電壓位準Vs 416，升至電壓位準V1。舉例而言，二極體422開啟且電壓位準V1等於Vs 416加上跨二極體422之電壓降。在持續時間B之結束及持續時間C之開始時，p開關408被開啟，導致V輸出414轉變至電壓位準V2，使得Vs<V2<V1。舉例而言，二極體422關閉且V2等於Vs加上跨p開關408之電壓降。在持續時間D之開始時，p開關408被關閉，且V輸出414再次上升至電壓位準V1。在持續時間E之開始時，n開關412被開啟。然而，因為電流I電機418仍然為正，所以V輸出414最初朝接地(即，0V)下降至V4，因為電流從正轉變為負。在E與F之間之邊界處，電流從正轉變為負，且電流開關狀態保持不變(例如，n開關412在持續時間F期間保持開啟)。在持續時間F期間，電流從電路404流出並且進入電機102(即，I電機418為負)，且V輸出414低於0V。在持續時間G之開始時，n開關412被關閉且V輸出414下降至低於電壓位準V5，降至電壓位準V6。舉例而言，電流經過二極體424流入電機中。在持續時間H之開始時，p開關408被開啟，且V輸出414變為電壓位準V3，其低於Vs 416。舉例而言，V3等於Vs 416減去跨p開關408之一電壓降。在持續時間I之開始時，p開關408被關閉，且V輸出414再次下降至V6。在持續時間J之開始時，n開關412被開啟，且V輸出414上升至V5。在時間K，n開關412被關閉，且V輸出414再次下降至V6。舉例而言，控制邏輯 402控制持續時間A至K之開始及結束以及電流開關狀態。

圖6繪示電壓位準圖案與電流方向之間之各種關聯。舉例而言，當兩個電流開關(例如，p開關408及n開關412)皆關閉時，若V輸出414大於V2，則電流為正(例如，電機電流波形具有正極性)，且若V輸出414小於V5，則電流為負(例如，電機電流波形具有負極性)。圖6進一步繪示當兩個電流開關被關閉時，若V輸出414大於Vs 416，則電流為正，且若V輸出414小於0V，則電流為負。圖6進一步繪示，如持續時間G及H中所示，當從兩個電流開關關閉轉變為p開關408被開啟時，V輸出414不上升至Vs 416，指示電流為負。因此，因為控制邏輯402知道及/或控制各持續時間A至K何時發生，所以對於控制邏輯402可利用比較器426之許多組態以使圖6之電壓波形圖案匹配以偵測電流何時為正或負，以及何時發生電機電流波形之零交叉604。

在一實施例中，因為直接精確量測V輸出414何時等於0V之精確時間由於雜訊及其他因素而難以判定，所以控制邏輯402使圖6中之電壓波形圖案匹配且使用一已知點以判定電機電流波形之零交叉604何時發生。舉例而言，比較器426包括一第一比較器以偵測處於V2與V1之間之一第一臨限值之V輸出414，及一第二偵測器以偵測處於V5與V6之間之一第二臨限值之V輸出414，使得控制邏輯402使用比較器426以偵測當電流開關關閉時電流是否為正或負。作為判定I電機418之電機電流波形之零交叉604之實例，控制邏輯402在持續時間D之結束時維持在第一時間(例如，T1)，且在持續時間G之開始時維持在第二時間(例如，T2)，且判定零交叉604發生在第一時間T1與第二時間T2之間之時間中的一已知點。舉例而言，零交叉604之已知時間(例如，已知點)判定為(

)。另外舉例而言，零交叉604之已知時間由V輸出414之電壓圖案隨時間之已知特性而判定，該等特性對應於各種持續時間上發生之各種開關狀態。 因此，在本實例中，零交叉604之已知時間(例如，已知點)被判定為(

)，其中x係已知數字，且T1及T2係分別與第一持續時間及第二持續時間關聯之時間。

對於控制邏輯402存在許多其他實施例以使用比較器426以判定I電機418電流方向以及對於控制邏輯402使用已知持續時間A至K以判定對應於零交叉604之時間中之一已知點。

在一實施例中，作為以無窗方式持續驅動電機之各相位之部分(諸如經由PWM)，控制邏輯402在偵測持續時間E及F中之一已知點的零交叉604之前重複持續時間A、B、C及D之多個週期，接著重複持續時間G、H、I、J及K之多個週期。在一替代實施例中，作為以無窗方式持續驅動電機之各相位之部分(諸如經由PWM)，控制邏輯402重複持續時間A至K之多個週期，對於各週期偵測在持續時間E及F中之一已知點之零交叉604。持續時間A至K之重複之其他實施例、組合係可行的，以偵測一第一已知時間與一第二已知時間之間之時間中之一已知點的零交叉604。

使用本文中描述之技術，一無感測器之電機之所有相位可被持續驅動，藉此將更多電力遞送至電機。此外，因為不需要開啟一非驅動時段以偵測BEMF零交叉以用於驅動信號同步，所以習知電機可使用習知電源而更快運行。此外，因為由於藉由開啟窗以尋找BEMF零交叉而開始及停止電機之驅動而沒有突變，所以在操作期間電機雜訊較少。本文中描述之技術可應用於電機之各相位，因為驅動不需要在任何相位上停止，故緩解磁極與磁極及電機與電機之失配問題。另外，可藉由本文中描述之技術而追蹤隨時間在電機中發生之變化。

圖7繪示以無刷方式同步驅動一電機(諸如無刷、無感測器、多相DC電機)之一實例方法700。

在702，驅動一無感測器之電機之一終端。例如， 在未開啟一非驅動時段之情況下，無刷、無感測器之電機之一終端被持續驅動。參考圖2，在未開啟任何窗之情況下諸如經由PWM持續驅動電機之各相位(例如，終端)以偵測一BEMF零交叉。電機被驅動使得該電機之各相位上之電機電流波形係正弦型的(例如，純正弦曲線)，其相對於如圖2中繪示之以窗化方式驅動電機，大大減小抖動及噪聲。舉例而言，圖4中繪示之具有邏輯之電路用於驅動電機。

在704，在電機之終端處偵測到處於一第一臨限值之一電壓位準。舉例而言，一比較器426在如圖6中所示之持續時間D中偵測處於V1與V2之間之一第一臨限值之一電壓。

在706，連接至該終端之至少一個電流開關在一第一時間切換。舉例而言，如圖5及圖6中之持續時間E中所繪示，n開關412被開啟。在本實例中，因為控制邏輯402判定V輸出414已上升高於第一臨限值，所以控制邏輯402判定在第一時間何時開啟n開關412。

在708，在第二時間在電機之終端偵測到處於一第二臨限值之一電壓位準。舉例而言，控制邏輯402判定持續時間G之開始，且關閉n開關412，驅動V輸出414使其低於V5與V6之間之一第二臨限值。在一實施例中，控制邏輯402判定V輸出414處於V5或接近V5時持續時間G之開始。在一替代實施例中，控制邏輯402基於驅動終端之PWM驅動信號之工作循環而判定持續時間G之開始。

在710，判定第一時間與第二時間之間(例如，在一已知點)在電機之終端處之電機電流波形之一零交叉。舉例而言，藉由維持第一時間及第二時間，控制邏輯402計算(例如，估計)電機電流波形之零交叉之時間。舉例而言，控制邏輯402判定零交叉在第一時間與第二時間之間之中途或一些其他已知點。

在712，至少部分基於判定之零交叉而同步電機 之終端之驅動。舉例而言，假設理想之三相電機具有連接至理想電機之各相位之一電路404，則控制邏輯402驅動電機之各相位使得各相位上之BEMF及電機電流波形係正弦型的且在理想電機之各相位上恰好相距120度。若電機中具有磁極與磁極失配，則因為電機之各相位皆被監視及持續驅動，所以控制邏輯402驅動電機之各相位以補償任何磁極與磁極失配。若電機(例如)由於磨損而隨時間經歷磁極與磁極失配，或磁極與磁極失配發生變化，則控制邏輯402驅動電機之各相位以補償可歸因於磁極與磁極失配之任何變化。

如本文中所描述，至少部分基於判定之零交叉而同步電機終端之驅動，因為電機電流波形之零交叉與電機終端處之反電動勢(BEMF)電壓波形之零交叉一致。

此外，如本文中所描述，控制邏輯402可關閉電流開關p開關408及n開關412，且基於V輸出414是否上升高於電源電壓Vs 416(例如，正極性)或變得低於接地(例如，負極性)而判定電機電流波形之極性。

注意，上文之描述併入片語「在一態樣中」、「在一實施例中」或「在各種實施例中」或類似片語之使用，其等可各指一個或多個相同或不同實施例。此外，如關於本揭示之實施例使用之術語「包括」、「包含」、「具有」及類似術語係同義詞。

如本文中所使用，術語「邏輯」、「組件」、「電路」及「模組」可指特殊應用積體電路(ASIC)、晶片上系統(SoC)、電子電路、執行一個或多個軟體或韌體程式之處理器(共享、專有或群組)及/或記憶體(共享、專有或群組)、組合邏輯電路及/或提供所描述之功能之其他適當組合的部分，或包含其等。本文中描述之邏輯及功能可由任何此等組件而實施。

根據各種實施例，可提供一種製品，其包含具有儲存於其上之指令之一儲存媒體，若執行該等指令，則導致上文描述之操作。在一實施例中，該存儲媒體包括一些類型 之非暫時性記憶體(未展示)。根據各種實施例，該製品可為一電腦可讀媒體，諸如(例如)軟體或韌體。

各種操作可能已經以最能幫助理解所主張之標的之方式描述為依次之多個分立動作或操作。然而，描述之次序不應解譯為暗示此等操作必需依賴次序。特定而言，此等操作可以所呈現之次序執行。描述之操作可以與所描述之實施例不同之次序執行。在額外實施例中可執行各種額外操作及/或可省略所描述之操作。

雖然本揭示描述具有特定結構特徵及/或方法動作之實施例，但是應理解，申請專利範圍不一定限於所描述之特定特徵或動作。相反，特定特徵及動作僅為落入本揭示之申請專利範圍之範疇內之一些實施例之例證。

102‧‧‧電機

110‧‧‧相位A

112‧‧‧相位B

114‧‧‧相位C

400‧‧‧實例架構

402‧‧‧控制邏輯

404(1)‧‧‧電路

404(2)‧‧‧電路

404(N)‧‧‧電路

406‧‧‧P閘極

408‧‧‧P開關

410‧‧‧N閘極

412‧‧‧N開關

414‧‧‧V輸出

416‧‧‧Vs

418‧‧‧I電機

420‧‧‧接地

422‧‧‧二極體

424‧‧‧二極體

426‧‧‧比較器

Claims (17)

1. 一種具有用於一無感測器之電機中之無窗電機電流波形偵測之邏輯之電路，該電路包含：一第一電流開關及一第二電流開關，其中(i)該第一電流開關之一第一端連接至一電源電壓，(ii)該第一電流開關之每一第二端與該第二電流開關之一第一端連接至一第一節點，(iii)該第二電流開關之一第二端連接至一接地電壓，以及(iv)該第一節點連接至該無感測器之電機之一終端處；以及複數個比較器，其中該複數個比較器包含(i)一第一比較器經組態以比較該第一節點之該電壓位準與一第一正臨限值電壓，以及(ii)一第二比較器經組態以比較該第一節點之該電壓位準與一第二負臨限值電壓，該邏輯經組態以：在一第一時間週期，(i)判定每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉，(ii)判定該第一節點之該電壓位準高於該第一正臨限值電壓，以及(iii)基於(A)每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉以及(B)該第一節點之該電壓位準高於該第一正臨限值電壓之判定而判定通過該第一節點之該電流為正；在一第二時間週期，(i)判定每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉，(ii)判定該第一節點之該電壓位準低於該第二負臨限值電壓，以及(iii)基於(A)每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉以及(B) 該第一節點之該電壓位準低於該第二負臨限值電壓之判定而判定通過該第一節點之該電流為負，以及判定通過該第一節點之該電流之一零交叉發生於(i)該第一時間週期之後以及(ii)該第二時間週期之前。
2. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該邏輯進一步經組態以至少部分基於該判定之零交叉而同步驅動該無感測器之電機。
3. 如申請專利範圍第1項之電路，其中：該無感測器之電機係多相電機；該終端係至該多相電機之一相位之一連接；及該邏輯判定該零交叉，同時在未開啟一非驅動時段之情況下使用脈衝寬度調變(PWM)而驅動該多相電機之該終端。
4. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該無感測器之電機之電流波形之該零交叉與該無感測器之電機之該終端處之一反電動勢(BEMF)電壓波形之一零交叉一致。
5. 如申請專利範圍第1項之電路，其中：該無感測器之電機係一多相直流(DC)無刷電機；及該終端與該無感測器之電機之一相位關聯。
6. 如申請專利範圍第1項之電路，其中該至少一個電流開關包括一金屬氧化物半導體(MOS)電晶體、一場效應電晶體(FET)、一MOSFET、一p型MOS(PMOS)電晶體或一n型MOS(NMOS)電晶體中之至少一者。
7. 如申請專利範圍第1項之電路，其中： 該第一臨限值高於該電路之一電源之一電壓位準；及該第二臨限值處於一負電壓位準。
8. 如申請專利範圍第1項之電路，其中：當通過該第一節點之該電流為正，該電路從(i)該第一電流開關及該第二電流開關均關閉轉變至(ii)該第一電流開關保持關閉且該第二電流開關開啟，該第一電流開關保持關閉及該第二電流開關保持開啟於一第三時間週期；該第三時間週期始於一第一時間且結束於一第二時間；以及該邏輯進一步經組態以判定於該無感測器之電機之該終端處通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉係發生於該第一時間與該第二時間之間。
9. 如申請專利範圍第8項之電路，其中該邏輯進一步經組態以判定於該無感測器之電機之該終端處通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉係發生於該第一時間之一預定間隔後。
10. 如申請專利範圍第9項之電路，其中該邏輯進一步經組態以：判定於(i)該第一時間及該第二時間及(ii)一預定數字之間之一差異之一比率； 至少部分基於該判定比率而判定該無感測器之電機之該終端處通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉。
11. 一種具有用於一無感測器之電機中之無窗電機電流波形之偵測方法，包括下列步驟：控制一第一電流開關及一第二電流開關之切換，其中(i)該第一電流開關之一第一端連接至一電源電壓，(ii)該第一電流開關中之每一第二端與該第二電流開關之一第一端連接至一第一節點，以及(iii)該第二電流開關之一第二端連接至一接地電壓；以該第一節點之該電壓驅動一無感測器電機之一終端；比較該第一節點之該電壓位準與一第一正臨限值電壓；比較該第一節點之該電壓位準與一第二負臨限值電壓；在一第一時間週期，(i)判定每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉，(ii)判定該第一節點之該電壓位準高於該第一正臨限值電壓，以及(iii)基於(A)每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉以及(B)該第一節點之該電壓位準高於該第一正臨限值電壓之判定而判定通過該第一節點之該電流為正；在一第二時間週期，(i)判定每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉，(ii)判定該第一節點之該電壓位準低於該第二負臨限值電壓，以及(iii)基於(A)每一該第一電流開關及每一該第二電流開關為關閉以及(B) 該第一節點之該電壓位準低於該第二負臨限值電壓之判定而判定通過該第一節點之該電流為負，以及判定通過該第一節點之該電流之一零交叉發生於(i)該第一時間週期之後以及(ii)該第二時間週期之前。
12. 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包括下列步驟：至少部分基於該判定之零交叉而同步該無感測器之電機之該終端之驅動。
13. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該電機電流波形之該零交叉與該無感測器之電機之該終端處之一反電動勢(BEMF)電壓波形之一零交叉一致。
14. 如申請專利範圍第11項之方法，其中該驅動該終端使用脈衝寬度調變(PWM)，導致該無感測器之電機之該終端處之該電機電流波形係正弦型的。
15. 如申請專利範圍第11項之方法，進一步包括下列步驟：當通過該第一節點之該電流為正，偵測(i)該第一電流開關及該第二電流開關均關閉轉變至(ii)該第一電流開關保持關閉且該第二電流開關開啟，其中該第一電流開關保持關閉及該第二電流開關保持開啟於一第三時間週期，其中該第三時間週期始於該第一時間週期結束之後，且其中該第三時間週期結束於該第二時間週期開始之前；其中判定該零交叉包含： 判定於該無感測器之電機之該終端通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉係發生於(i)該第三時間週期開始之後，以及(ii)該第三時間週期結束之前。
16. 如申請專利範圍第11項之方法，判定該零交叉進一步包括下列步驟：判定於該無感測器之電機之該終端處通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉係發生於該第一時間之一預定間隔後。
17. 如申請專利範圍第16項之方法，判定該零交叉進一步包括下列步驟：判定於(i)該第一時間及該第二時間及(ii)一預定數字之間之一差異之一比率；以及至少部分基於該判定比率而判定該無感測器之電機之該終端處通過該第一節點電機電流波形之該電流之該零交叉。