TWI637586B - 控制三相無刷直流馬達之方法及系統 - Google Patents

控制三相無刷直流馬達之方法及系統 Download PDF

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呂一松
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美商愛列果微系統公司
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Abstract

本發明揭露了一種使用零電流偵測上的相電流及相電壓以及自諸如匯流排電流衍生的驅動電流控制三相無刷直流(BLDC)馬達之方法及裝置。可合併該驅動電流及一差角，而將一輸出提供給一控制器，以便控制馬達的速度。

Description

控制三相無刷直流馬達之方法及系統
本發明關於使用相電流及相電壓的馬達控制技術。
如此項技術中所知的，無刷直流(Brushless DC；簡稱BLDC)馬達可包含與轉子位置同步的一外部電子開關，用以取代機械換向器。在常見的BLDC中，霍耳效應(Hall effect)感測器可被安裝在繞組上，用以執行轉子位置感測以及對電子換向器的閉迴路控制。
磁場導向控制(Field Oriented Control；簡稱FOC)是一種用於BLDC系統中之無感測器及無窗控制的常見技術。已知的FOC處理可能需要至少兩相中之相電流的即時振幅以及諸如所謂的d-q軸轉換(d-q transformation)計算等的複雜計算。典型的FOC實施例需要諸如一相位並聯電阻器、匯流排並聯電阻器、或專用電流感測器等的一電流感測電路、一類比至數位轉換器(ADC)、以及用於執行FOC及所謂的位置觀測器(position observer)處理之一處理器。
本發明提供了使用零電流(相)偵測(Zero Current(Phase)Detection；簡稱ZCD)控制BLDC馬達之方法及裝置。在各實施例中，可以正弦模式控制三相BLDC馬達。根據各實施例，可藉由使用相電流及相電壓而使用ZCD偵測相電流方向，其方式為在偵測到零電流時擷取電壓驅動角。在某些實施例中，與常見的窗口無感測器BLDC系統比較時，可減少電流失真(current distortion)，以便降低噪音(acoustic noise)。此外，本發明之實施例可具有用於提供靈活動態響應(dynamic response)的一電流控制迴路(current control loop)。在各實施例中，可以不需要用於馬達控制的即時相電流資訊。此外，可以不需要常見的d-q軸轉換計算。
在本發明的一觀點中，一種控制三相BLDC馬達之方法包含：接收該BLDC馬達的相電流方向；自對應於相電流的零電流偵測之電壓驅動角決定該BLDC馬達的相電流與相電壓間之第一角差，其中該驅動角對應於零至三百六十度的範圍；決定一超前角(advance angle)與該第一角差間之第二角差；決定自該BLDC馬達的至少一相電流衍生的一驅動電流；合併該第二角差及該驅動電流，而產生一輸出；以及將該輸出饋入用於控制該BLDC馬達的速度之一控制迴路。
該方法可包含下列特徵中之一或多個特徵：採用一比 例-積分-微分(Proportional-Integral-Derivative；簡稱PID)控制器，作為該控制迴路的一部分，其中該電壓驅動角對應於相對於有一北N極及一南S極的一轉子磁鐵之一位置，該電壓驅動角對應於該相電壓的一正弦函數之一輸入，且該超前角被提供作為一輸入信號；自一平均匯流排電流決定該驅動電流，其中該驅動電流與匯流排電流除以一振幅命令成正比；採用一比例-積分-微分(PID)控制器，作為該控制迴路的一部分，且使用該PID控制器的輸出作為用於調整馬達速度的一查詢；及/或合併該查詢、一振幅命令、及一電壓，以便控制馬達速度。
在本發明的另一觀點中，一種控制三相BLDC馬達的系統包含：一第一模組，用以接收該BLDC馬達的相電流方向；一第二模組，用以自對應於相電流的零電流偵測之電壓驅動角決定該BLDC馬達的相電流與相電壓間之第一角差，其中該驅動角對應於零至三百六十度的範圍；一第三模組，用以決定一超前角與該第一角差間之第二角差；一第四模組，用以決定自該BLDC馬達的至少一相電流衍生的一驅動電流；一合併器，用以合併該第二角差及該驅動電流，而產生一輸出；以及有一電腦處理器的一控制迴路模組，用以接收該合併器的輸出，以便控制BLDC馬達的速度。
該系統可進一步包含下列特徵中之一或多個特徵：該系統包含一積體電路(IC)封裝，該IC封裝具有第一、第二、及第三輸出，用以將輸出提供給該等三相中之每一 相；該控制迴路模組包含一比例-積分-微分(PID)控制器；該電壓驅動角對應於相對於有一北N極及一南S極的一轉子磁鐵之一位置；該超前角被提供作為一輸入信號；該系統進一步包含一匯流排電流模組，該匯流排電流模組被配置成自平均匯流排電流決定該驅動電流；其中該驅動電流與匯流排電流除以一振幅命令成正比；該系統進一步包含第一、第二、及第三對切換元件，用以產生至該馬達的該等三相中之每一相的輸出；該系統進一步包含一閘極驅動器模組，用以接收脈寬調變(Pulse Width Modulation；簡稱PWM)信號，且產生至該馬達的該等三相中之每一相的輸出；及/或該系統包含一IC封裝，該IC封裝具有用於輸出提供給該等三相中之每一相的第一、第二、及第三接腳、以及用於接收速度要求信號的一第四接腳。
100‧‧‧系統
102‧‧‧馬達控制電路
104‧‧‧馬達
104a,104b,104c‧‧‧繞組
130‧‧‧電感器
131‧‧‧電阻器
136‧‧‧反電動勢電壓源
107‧‧‧速度要求產生器
106‧‧‧外部速度要求信號
107a‧‧‧速度要求信號
108‧‧‧脈寬調變產生器
108a‧‧‧脈寬調變信號
110‧‧‧閘極驅動器電路
110a,110b,110c,110d,110e,110f‧‧‧脈寬調變閘極驅動信號
112,114,116,118,120,122‧‧‧電晶體
112/114,116/118,120/122‧‧‧半橋電路
102a,102b,102c,102d‧‧‧節點
124,126,128‧‧‧馬達驅動信號
143‧‧‧信號處理模組
150‧‧‧匯流排電流測量信號
200‧‧‧無刷直流控制系統
202‧‧‧換流器/馬達模組
204‧‧‧I_bus信號
206‧‧‧I_bus/命令模組
208‧‧‧零電流偵測模組
210‧‧‧抽樣/計算模組
212‧‧‧加法器
214,226‧‧‧合併器
216‧‧‧比例-積分-微分控制器
218‧‧‧積分器
220‧‧‧轉換機構
222‧‧‧功率控制模組
224‧‧‧振幅命令模組
228‧‧‧信號
250‧‧‧匯流排電流測量
252‧‧‧A、B、C相零電流偵測
254‧‧‧第一切換裝置對
256‧‧‧第二切換裝置對
258‧‧‧第三切換裝置對
300‧‧‧電壓驅動角
302‧‧‧相電流
304‧‧‧零交叉
306,350‧‧‧相電壓
352‧‧‧驅動電流
600‧‧‧電腦
602‧‧‧處理器
604‧‧‧揮發性記憶體
606‧‧‧非揮發性記憶體
607‧‧‧輸出裝置
608‧‧‧圖形使用者介面
612‧‧‧電腦指令
616‧‧‧作業系統
618‧‧‧資料
620‧‧‧物品
若參閱下文中對各圖式的說明，將可更完整地了解本發明的前文所述之特徵以及本發明本身，在該等圖式中：第1圖是根據本發明的實施例的三相BLDC馬達的一例示控制系統之一示意圖；第2圖是示出第1圖的該例示控制系統的進一步的細節之一示意圖；第2A圖是示出例示例示匯流排電流測量及相零電流偵測之一示意圖； 第3圖是一BLDC馬達的例示相電流及相電壓波形之圖形表示法；第3A圖是相電壓及驅動電流之一極座標表示法；第4圖是係為自三相交流電流導出的一旋轉直流電流的驅動電流之一示意圖；第5圖是根據本發明的實施例而控制三相BLDC馬達的速度之一例示程序；以及第6圖示出可執行本發明所述的處理的至少一部分之一例示電腦。
第1圖示出根據本發明的實施例而使用相電流及相電壓控制一馬達的一例示系統100。該控制系統100可適用於控制諸如三相BLDC馬達。一例示馬達控制電路102被耦合而驅動一馬達104，該馬達104具有三個繞組104a、104b、104c，每一繞組可分別被示為具有串聯的一電感器、一電阻器、以及一反電動勢(back EMF)電壓源之各別的等效電路(equivalent circuit)。例如，繞組104a被示為包含串聯的一電感器130、一電阻器131、以及一反電動勢電壓源VA 136。當電流正在一相關聯的馬達繞組中流動時，無法直接觀測反電動勢電壓源VA 136的電壓，但是可藉由檢視相電流及相電壓而估計VA 136的電壓。
一般而言，係以下列方程式決定諸如繞組A 104a兩 端的電壓等的一馬達繞組兩端的電壓：VoutA-Vcommon=VA+IR+LdI/dt，其中：VoutA=繞組A的一端上之可觀測電壓；Vcommon=該等繞組104a、104b、104c的接面上之電壓(VoutA+VoutB+VoutC)/3，且可以VoutA、VoutB、及VoutC計算Vcommon；R=電阻器131的電阻；L=電感器130的電感；I=通過繞組的電流；以及VA=反電動勢電壓。
因此，可看出：如果通過繞組104a的電流是零，則VoutA-Vcommon=VA+LdI/dt。理想的情況是VoutA-Vcommon=LdI/dt，因而反電動勢電壓VA係與相電流同相。
在該所示實施例中，馬達控制電路102包含一速度要求產生器107，該速度要求產生器107被耦合而自馬達控制電路102的外部接收一外部速度要求信號106。可以各種格式提供外部速度要求信號106。一般而言，外部速度要求信號106指示自馬達控制電路102的外部要求馬達104之速度。
在各實施例中，不只以該外部速度要求信號決定速度要求信號107a，而且也以在信號處理模組中測量或計算的馬達電流要求決定速度要求信號107a。如果發生了過 電流限制(Over Current Limit；簡稱OCL)的事件，則速度要求信號107a將被限制，且可能小於外部速度要求信號106。
速度要求產生器107被配置成產生一速度要求信號107a。一脈寬調變(PWM)產生器108被耦合而接收速度要求信號107a，且被配置成PWM信號108a，而PWM信號108a之工作週期被速度要求信號107a控制。PWM產生器108也被耦合而接收來自一調變信號產生模組146的調變波形。根據來自調變信號產生模組146的該調變波形而產生具有一調變特性(亦即，一相對時變工作週期)的PWM信號108a。
在一實施例中，馬達控制電路102也包含一閘極驅動器電路110，該閘極驅動器電路110被耦合而接收PWM信號108a，且被配置成產生用於驅動被安排成三個半橋電路112/114、116/118、120/122的六個電晶體112、114、116、118、120、122之PWM閘極驅動信號110a、110b、110c、110d、110e、110f。該等六個電晶體112、114、116、118、120、122可在飽和狀態下工作，而分別在節點102d、102c、102b上提供三個馬達驅動信號(VoutA、VoutB、VoutC)124、126、128。
應當理解：為了滿足特定應用的需求，可使用被以各種適當組態耦合的任何實際數目之切換元件。進一步應當理解：任何適當的信號產生器可被用於產生該等切換元件的控制信號，而使該等切換元件提供用於激勵該三相 BLDC馬達的信號。
馬達控制電路102亦可包含一信號處理模組143，該信號處理模組143分別接收一匯流排電流測量信號150、以及該等馬達驅動信號(VoutA、VoutB、VoutC)124、126、128中之一或多個馬達驅動信號。在各實施例中，這些信號可被用於相A、B、及/或C相零電流偵測(ZCD)。如將於下文中更完整討論的，匯流排電流150及馬達驅動信號VoutA、VoutB、VoutC可被用於控制馬達速度。
控制電路102可被耦合而在一節點102a上接收一馬達電壓VMOT(簡稱VM)，該馬達電壓VMOT在該等上方電晶體112、116、120導通時經由該等電晶體112、116、120而被供應到該馬達。應當理解：當該等電晶體112、116、120導通且將電流供應到馬達104時，可能有通過該等電晶體112、116、120的小電壓降(例如，0.1伏特)。
第2圖示出根據本發明的實施例的一BLDC控制系統200，圖中示出第1圖的進一步細節。一換流器/馬達模組202接收用於控制該三相馬達的控制信號U(ABC)。換流器/馬達模組202將對應於匯流排電流的一I_bus信號204產生到一I_bus/命令模組206，且將相電流信號I(ABC)產生到一零電流偵測模組208，該零電流偵測模組208將三相電流方向資訊提供給一抽樣/計算模組210。如將於下文中更詳細說明的，該I_bus/命令(例如， I_bus除以命令)模組206產生一I_driving信號或驅動電流。
如將於下文中更詳細說明的，抽樣/計算模組210接收一馬達驅動角信號θ(當偵測到零電流時，該馬達驅動角信號θ可被抽樣為θ s)，且輸出差角θ e，該差角θ e對應於馬達相電流與相電壓間之差。可被提供作為一輸入信號的一相超前角θ 0可被輸入到一加法器212，該加法器212輸出用於調整該馬達的速度ω的一差角△θ。在一實施例中，該差角△θ及I_bus/命令模組206產生的一I_driving信號(驅動電流)被提供給一合併器214(例如，一乘法器)作為輸出，且該合併器214的輸出被提供給一比例-積分-微分(PID)控制器216。該PID控制器216產生一馬達速度輸出值ω，這是因為θ e與θ 0間之差嘗試將隨著時間經過而發生的馬達速度誤差最小化。PID控制器216的輸出被積分器218積分，且被提供給用於控制該馬達之諸如一查詢表等的一轉換機構220，且被提供給抽樣/計算模組210，以便啟用馬達速度角信號θ的抽樣θ s。
應當理解：Kp及Ki代表該等比例-積分-微分項之係數。亦可使用一微分係數Kd。根據電流的改變率，P負責θ e與θ 0間之誤差的現值，I負責該誤差的過去值，且D負責該誤差的未來值。根據特定程序要求，PID控制器216可藉由調整該等係數而執行。
I_bus/命令模組206之I_driving輸出信號被提供給 一功率控制模組222，該功率控制模組222將一輸出提供給一振幅命令模組224。一合併器226接收來自振幅命令模組224及轉換機構220的輸出、以及諸如可對應於馬達電壓VM之VBB等的一信號228。合併器226之輸出被提供給換流器/馬達模組202，以便產生用於該等切換元件且因而控制該馬達的速度之閘極信號。在各實施例中，合併器226對各輸入信號執行乘法，而產生該輸出。
第2A圖示出用於測量匯流排電流250及A、B、C相零電流偵測252的例示位置之一實施例。在各實施例中，第一切換裝置對254、第二切換裝置對256及第三切換裝置對258被分別耦合到該馬達M的各別相A、B、C。該等被感測的信號啟用相A、B、C零電流偵測。
第3圖示出可被用於根據本發明的實施例的BLDC馬達控制之例示波形。圖中示出自0至360度之三相BLDC的一電壓驅動角300。圖中示出具有對應於被抽樣的電壓驅動角θ s的一下降零交叉304之一正弦相電流信號302，該被抽樣的電壓驅動角θ s可被用於導出該相電流302與一相電壓306間之角θ e。在該實施例中，θ e=180-θ s。
在各實施例中，穩態條件(steady state condition)下之差角θ e應等於θ 0(第2圖)。第3A圖示出一極座標系中由相電壓350與驅動電流352(第2圖中來自206的輸出)間之角界定的角θe。
第4圖示出可以等效旋轉直流電流取代三相交流電流 的驅動電流之一表示法。如圖所示，可將一正弦電流供應到一馬達的相A、B、C中之每一相。一磁鐵包含可被用於決定位置的一北N極及一南S極。角θ意指係為相電壓的正弦函數的輸入之電壓驅動角。在各實施例中，該角θ可提供正弦查詢表的索引。
如前文所述，I_bus/命令模組206(第2圖)可產生用於PID控制器216的I_driving信號。在各實施例中，I_driving=I_bus除以速度命令。下文中說明I_driving與相電流間之關係：三相電流可被定義為：IA=Ipeak * sin(ω t)，其中ω對應於馬達速度
IB=Ipeak * sin(ω t-120°)
IC=Ipeak * sin(ω t-240°)
相轉矩(phase torque)可被定義為：TA=IA*FluxPeak*sin(θ+120°)
TB=IB*FluxPeak*sin(θ+240°)
TC=IC*FluxPeak*sin(θ+0°)
Tsum=1.5*Ipeak*FluxPeak*(ω t+θ+120°)
對於直流驅動電流而言，Idrive=1.5*Ipeak，該Idrive以速度ω逆時針旋轉，則Tdrive=1.5*Ipeak* FluxPeak*(ω t+θ+120°)=Tsum
可看出，藉由施加連同該BLDC馬達的磁鐵一起旋轉之係為Ipeak直流電流的1.5倍之Idrive，該BLDC馬達被等效轉矩Tdrive=Tsum驅動。因而，對於分析而言， 三相電流IA、IB、及IC被Idrive取代。Idriving是Idrive的振幅，且可以I_bus/命令模組206(第2圖)測量Idriving。
第5圖示出根據本發明的實施例的BLDC馬達控制之一例示程序。在步驟500中，可使用諸如美國專利8,917,043示出且說明的零電流偵測(ZCD)技術等的一適當的零電流偵測(ZCD)技術偵測相電流方向，本發明特此引用該專利以供參照。在步驟502中，當偵測到零電流時，可自被抽樣的電壓驅動角θ s計算相電流302(請參閱諸如第3圖)與相電壓306間之一角θ e。該電壓驅動角θ可以是自0至360度的一索引，用以決定正弦波輸出。該角θ e可對應於第3A圖所示的極座標系中之電流的角位置。在步驟504中，自馬達電感計算的或以類似方式計算的一相超前角θ0被被接收作為一輸入。一般而言，穩態時的該角θ e應等於θ0。在步驟506中，差角△θ(例如，θ0-θ e)將一回饋信號提供給諸如PID控制器216(第2圖)等的控制迴路，以便調整馬達速度ω。
在步驟508中，該系統(例如，第2圖的I_bus/命令模組206)測量匯流排電流204的平均值(第2圖及第4圖)，且將該值轉換為驅動電流(I_driving)，該驅動電流(I_driving)是用於產生該馬達的驅動轉矩(driving torque)之有效旋轉電流。應當理解：可使用測量及/或估計驅動電流之任何適當的方法。如前文所述，在以正弦 波驅動的三相BLDC馬達中，可以可被稱為驅動電流的一等效旋轉直流電流取代三相交流電流，其中該驅動電流係與匯流排電流除以振幅命令成正比。在一實施例中，I_driving=Ibus*1.732/amplitude_command。該驅動電流是第3A圖的該極座標系中之徑向部分352。
在步驟510中，將該驅動電流乘以該差角△θ，且將乘積饋入PID控制器216(第2圖)。可由諸如馬達參數決定該PI控制迴路的比例增益(Kp)及積分增益(Ki)。該驅動電流以可被用於控制系統加速度及減速度的功率控制。
第6圖示出可執行本發明所述的處理的至少一部分之一例示電腦600。電腦600包含一處理器602、一揮發性記憶體604、一非揮發性記憶體606(例如，硬碟)、一輸出裝置607、以及一圖形使用者介面(Graphical User Interface；簡稱GUI)608(例如，一滑鼠、一鍵盤、一顯示器)。非揮發性記憶體606儲存電腦指令612、一作業系統616、以及資料618。在一例子中，處理器602執行揮發性記憶體604之外的電腦指令612。在一實施例中，物品620包含非暫態電腦可讀取的指令。
可以硬體、軟體、或該等兩者的一組合實施處理。可以在可程式電腦/機器上執行的電腦程式實施處理，其中該等可程式電腦/機器分別包含一處理器、可被該處理器讀取的一儲存媒體或其他製品(包括揮發性及非揮發性記憶體及/或儲存元件)、至少一輸入裝置、以及一或多個 輸出裝置。程式碼可被施加到使用一輸入裝置輸入的資料，而執行處理且產生輸出資訊。
該系統可經由(例如，一機器可讀取的儲存裝置中之)一電腦程式產品而至少部分地執行處理，以便由資料處理設備(例如，一可程式處理器、一電腦、或多個電腦)執行，或控制資料處理設備的操作。可以高階程序或物件導向程式語言實施每一此類程式，以便與一處理系統通訊。然而，可以組合語言或機器語言實施該等程式。該語言可以是一編譯式或直譯式語言，且可以任何形式部署該語言，其中包括部署為一獨立程式或部署為一模組、組件、次常式、或適用於一計算環境的其他單元。電腦程式可被部署成將在一場所上的一電腦或多個電腦上執行，或使電腦程式分佈到多個場所且被一通訊網路互連。電腦程式可被儲存在可被一般用途或特殊用途可程式電腦讀取的一儲存媒體或裝置(例如，CD-ROM(唯讀光碟)、硬碟、或軟碟)，以便在該儲存媒體或裝置被該電腦讀取時配置且操作該電腦。處理亦可被實施為以一電腦程式配置之一機器可讀取的儲存媒體，而該電腦程式被執行時，該電腦程式中之指令使該電腦操作。
可以用於執行一或多個電腦程式的一或多個可程式處理器執行處理，以便執行該系統的功能。可將該系統的全部或部分實施為特殊用途邏輯電路(例如，一現場可程式閘陣列(Field Programmable Gate Array；簡稱FPGA)及/或特定應用積體電路(Application-Specific Integrated Circuit；簡稱ASIC)。
已說明了本發明的實施例，對此項技術具有一般知識者現在將易於得知：亦可使用包含本發明的該等實施例的概念之其他實施例。本發明所含的實施例不應限於被揭露的實施例，而是應只受限於最後的申請專利範圍之精神及範圍。本發明特此引用本說明書中引述的所有公開及參考文件之全文以供參照。
可合併本發明所述的不同的實施例之成分，而構成前文中並未明確述及的其他實施例。亦可個別地提供或在任何適當的子組合之方式下提供單一實施例中述及的各種成分。本發明並未明確述及的其他實施例也是在最後的申請專利範圍之範圍內。

Claims (17)

  1. 一種控制三相無刷直流(BLDC)馬達之方法，包含：接收該BLDC馬達的相電流方向；自對應於相電流的零電流偵測之一電壓驅動角決定該BLDC馬達的相電流與相電壓間之一第一角差，其中該驅動角對應於零至三百六十度的範圍；決定一超前角與該第一角差間之一第二角差；決定自該BLDC馬達的至少一相電流衍生的一驅動電流；合併該第二角差及該驅動電流，而產生一輸出；以及將該輸出饋入用於控制該BLDC馬達的速度之一控制迴路。
  2. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：採用一比例-積分-微分(PID)控制器，作為該控制迴路的一部分。
  3. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電壓驅動角對應於相對於有一北N極及一南S極的一轉子磁鐵之一位置。
  4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該電壓驅動角對應於該相電壓的一正弦函數之一輸入。
  5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該超前角被提供作為一輸入信號。
  6. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：自 一平均匯流排電流決定該驅動電流。
  7. 如申請專利範圍第1項之方法，其中該驅動電流與匯流排電流除以一振幅命令成正比。
  8. 如申請專利範圍第1項之方法，進一步包含：採用一比例-積分-微分(PID)控制器，作為該控制迴路的一部分，且使用該PID控制器的一輸出作為用於調整馬達速度的一查詢。
  9. 如申請專利範圍第8項之方法，進一步包含：合併該查詢、一振幅命令、及一電壓，以便控制馬達速度。
  10. 一種控制三相BLDC馬達的系統，包含：一換流器/馬達模組，用以接收該BLDC馬達的相電流方向；一抽樣/計算模組，用以自對應於相電流的零電流偵測之一電壓驅動角決定該BLDC馬達的相電流與相電壓間之一第一角差，其中該驅動角對應於零至三百六十度的範圍；一加法器，用以決定一超前角與該第一角差間之一第二角差；一I_bus/命令模組，用以決定自該BLDC馬達的至少一相電流衍生的一驅動電流；一合併器，用以合併該第二角差及該驅動電流，而產生一輸出；以及有一電腦處理器的一控制迴路模組，用以接收該合併器的輸出，以便控制BLDC馬達的速度。
  11. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該控制迴路模組包含一比例-積分-微分(PID)控制器。
  12. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該電壓驅動角對應於相對於有一北N極及一南S極的一轉子磁鐵之一位置。
  13. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該超前角被提供作為一輸入信號。
  14. 如申請專利範圍第10項之系統，其中該I_bus/命令模組被配置成自平均匯流排電流決定該驅動電流。
  15. 如申請專利範圍第14項之系統，其中該驅動電流與匯流排電流除以一振幅命令成正比。
  16. 如申請專利範圍第10項之系統，進一步包含第一、第二、及第三切換裝置對，用以產生至該馬達的該等三相中之每一相的輸出。
  17. 如申請專利範圍第16項之系統，進一步包含一閘極驅動器模組，用以接收脈寬調變(PWM)信號，且產生至該馬達的該等三相中之每一相的輸出。
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Families Citing this family (13)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2017005905A (ja) * 2015-06-12 2017-01-05 日本電産サーボ株式会社 モータ駆動制御装置およびモータ制御方法
WO2018146774A1 (ja) * 2017-02-09 2018-08-16 株式会社Ｆｕｊｉ モータ制御装置およびフィーダ
JP6914351B2 (ja) * 2017-10-25 2021-08-04 株式会社ミツバ モータの回転方向検出装置および回転方向検出方法ならびにモータ制御装置
TWI675544B (zh) * 2018-04-24 2019-10-21 建準電機工業股份有限公司 用於直流無刷馬達之位置感測系統及其切換方法
US11374513B2 (en) 2019-01-23 2022-06-28 Allegro Microsystems, Llc Motor control circuit with degauss filter
US10784810B1 (en) 2019-04-29 2020-09-22 Allegro Microsystems, Llc Motor controller with accurate current measurement
US11736047B2 (en) 2019-09-25 2023-08-22 Allegro Microsystems, Llc BLDC motor controller/driver
WO2021207988A1 (zh) * 2020-04-15 2021-10-21 深圳市大疆创新科技有限公司 电机控制方法、装置、可移动平台及存储介质
US11264934B2 (en) 2020-07-16 2022-03-01 Allegro Microsystems, Llc Method to control loads using isolated drive circuits
US11658597B1 (en) 2021-12-20 2023-05-23 Allegro Microsystems, Llc Single-shunt current measurement
WO2024118235A1 (en) 2022-12-01 2024-06-06 Allegro Microsystems, Llc Motor controller having low noise high frequency signal injection
US20240291415A1 (en) 2023-02-23 2024-08-29 Allegro Microsystems, Llc Three-phase motor current measurement
CN116155148B (zh) * 2023-04-25 2023-06-20 广东华芯微特集成电路有限公司 一种bldc电机控制驱动电路

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020113569A1 (en) * 2000-10-11 2002-08-22 Matsushita Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for position-sensorless motor control
US20080201041A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-21 Nsk Ltd. Control device for electric power steering apparatus
US20110074327A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-31 Melexis Tessenderlo Nv Control of sinusoidally driven brushless dc (bldc) motors
TW201429149A (zh) * 2012-08-30 2014-07-16 Allegro Microsystems Llc 用以根據在電動馬達之繞線中偵測到的零電流自動調整施加到電動馬達之驅動信號的相位及用以偵測零電流的電子電路與方法

Family Cites Families (52)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4223261A (en) 1978-08-23 1980-09-16 Exxon Research & Engineering Co. Multi-phase synchronous machine system
JPS5664209A (en) 1979-10-29 1981-06-01 Matsushita Electric Ind Co Ltd Oil combustion device
US4494052A (en) 1982-08-05 1985-01-15 Rca Corporation DC Motor servo system
EP0181511B1 (en) 1984-10-19 1990-08-22 Kollmorgen Corporation Servomotor control systems
EP0251785B1 (en) 1986-07-01 1993-08-04 Conner Peripherals, Inc. Electric motor control method and apparatus
US5001405A (en) 1989-09-27 1991-03-19 Seagate Technology, Inc. Position detection for a brushless DC motor
IT1271327B (it) 1994-12-23 1997-05-27 Sisme Metodo e relativo dispositivo di controllo di un motore sincrono monofase a magneti permanenti atto ad ottimizzare i parametri di funzionamento anche in presenza di oscillazioni della tensione di alimentazione o del carico applicato
GB9518806D0 (en) 1995-09-14 1995-11-15 Switched Reluctance Drives Ltd Reduced noise controller for a switched reluctance machine using active noise cancellation
GB9518837D0 (en) 1995-09-14 1995-11-15 Switched Reluctance Drives Ltd Reduced noise controller for a switched reluctance machine
US5627447A (en) 1995-09-29 1997-05-06 Allen-Bradley Company, Inc. Method and apparatus for detecting current delay angle from motor terminal voltage
GB9607688D0 (en) 1996-04-12 1996-06-12 Switched Reluctance Drives Ltd Current shaping in reluctance machines
US5994881A (en) 1997-10-07 1999-11-30 Hitachi, Ltd. Control apparatus for a synchronous generator system and a hybrid-type electric vehicle using it
US6163120A (en) 1996-12-17 2000-12-19 Stmicroelectronics, Inc. Simple back emf reconstruction in pulse width modulation (PWM) mode
KR100238026B1 (ko) 1997-02-06 2000-01-15 윤종용 센서리스 브러쉬리스 직류모터
US5811949A (en) 1997-09-25 1998-09-22 Allen Bradley Company, Llc Turn-on delay compensator for motor control
US6218795B1 (en) 1998-12-17 2001-04-17 Matsushita Electric Industrial Co., Ltd. Rotor magnetic pole position detection device
JP3714814B2 (ja) 1999-01-28 2005-11-09 シャープ株式会社 インバータ洗濯機
WO2001020822A1 (en) 1999-09-17 2001-03-22 Delphi Technologies, Inc. Reduction of emi through switching frequency dithering
JP3832396B2 (ja) 2002-07-17 2006-10-11 コニカミノルタフォトイメージング株式会社 駆動装置、位置制御装置およびカメラ
JP3693173B2 (ja) 2002-10-16 2005-09-07 日本サーボ株式会社 単相ブラシレスｄｃモータ
DE10342192B4 (de) 2003-09-12 2011-06-16 Infineon Technologies Ag Verfahren und Vorrichtung zur Berechnung von Nulldurchgangs-Referenzsequenzen für die Signaldetektion winkelmodulierter Signale auf der Basis von Nulldurchgängen des Empfangssignals
JP2005110471A (ja) 2003-10-02 2005-04-21 Matsushita Electric Ind Co Ltd モータ駆動装置
JPWO2005071827A1 (ja) 2004-01-27 2007-09-06 ローム株式会社 モータ駆動制御回路及びそれを用いたモータ装置
JP4469628B2 (ja) 2004-02-18 2010-05-26 セイコーＮｐｃ株式会社 分散変調型クロック発生回路
JP2006053271A (ja) 2004-08-10 2006-02-23 Brother Ind Ltd 画像形成装置
JP2006058364A (ja) 2004-08-17 2006-03-02 Canon Inc 画像形成装置
JP4261523B2 (ja) 2004-09-03 2009-04-30 パナソニック株式会社 モータ駆動装置および駆動方法
JP2006287990A (ja) 2005-03-31 2006-10-19 Matsushita Electric Ind Co Ltd ブラシレスモータ駆動方法
JP4745745B2 (ja) 2005-07-21 2011-08-10 パナソニック株式会社 モータ駆動装置及びモータ駆動方法
JP2008113506A (ja) * 2006-10-31 2008-05-15 Renesas Technology Corp モータ駆動制御装置およびモータ起動方法
JP4279886B2 (ja) 2007-02-28 2009-06-17 株式会社日立製作所 同期モータ駆動装置および方法
US7541760B2 (en) 2007-03-13 2009-06-02 Sentelic Corporation Method capable of controlling brushless DC motor
US7590334B2 (en) 2007-08-08 2009-09-15 Allegro Microsystems, Inc. Motor controller
US7747146B2 (en) 2007-08-08 2010-06-29 Allegro Microsystems, Inc. Motor controller having a multifunction port
CN201118414Y (zh) 2007-10-29 2008-09-17 深圳航天科技创新研究院 方波三相无刷永磁直流电动机
JP2009124864A (ja) 2007-11-15 2009-06-04 Panasonic Corp モータ駆動装置
JP5149695B2 (ja) 2008-05-15 2013-02-20 パナソニック株式会社 モータ駆動制御装置
JP4771240B2 (ja) 2009-03-31 2011-09-14 ブラザー工業株式会社 画像形成装置
US8633662B2 (en) 2009-06-12 2014-01-21 Standard Microsystems Corporation Drive method to minimize vibration and acoustics in three phase brushless DC (TPDC) motors
JP2011109866A (ja) 2009-11-20 2011-06-02 Konica Minolta Business Technologies Inc モータ制御装置
KR101702440B1 (ko) 2010-07-08 2017-02-06 에스프린팅솔루션 주식회사 화상형성장치, 모터 제어 장치 및 그 모터 제어 방법
US8680799B2 (en) 2011-05-16 2014-03-25 Texas Instruments Incorporated Method and apparatus for applying a commutation advance automatically in a brushless DC motor
US8729841B2 (en) 2011-07-08 2014-05-20 Allegro Microsystems, Llc Electronic circuit and method generating electric motor drive signals having phase advances in accordance with a user selected relationship between rotational speed of an electric motor and the phase advances
US8638053B2 (en) 2011-10-21 2014-01-28 Allegro Microsystems, Llc Motor control circuit and method that synchronize a speed of an electric motor to an external clock signal
US8742713B2 (en) 2011-10-21 2014-06-03 Allegro Microsystems, Llc Motor control circuit and method that reduce speed jitter of an electric motor
US8773056B2 (en) 2012-06-11 2014-07-08 Caterpillar Inc. FPDA closed loop electric drives controls
US8917044B2 (en) 2012-08-30 2014-12-23 Allegro Microsystems, Llc Electronic circuit and method for detecting a zero current in a winding of an electric motor
US8917043B2 (en) 2012-08-30 2014-12-23 Allegro Microsystems, Llc Electronic circuit and method for automatically adjusting a phase of a drive signal applied to an electric motor in accordance with a zero current detected in a winding of the electric motor
US9310439B2 (en) * 2012-09-25 2016-04-12 Emerson Climate Technologies, Inc. Compressor having a control and diagnostic module
US9281769B2 (en) 2013-05-14 2016-03-08 Allegro Microsystems, Llc Electronic circuit and method for adjusting start-up characteristics of drive signals applied to an electric motor
US9172320B2 (en) 2013-05-14 2015-10-27 Allegro Microsystems, Llc Electronic circuit and method for synchronizing electric motor drive signals between a start-up mode of operation and a normal mode of operation
DE202015008901U1 (de) 2015-07-30 2016-01-29 Elmos Semiconductor Aktiengesellschaft Vorrichtung zur Ansteuerung eines bürstenlosen Motors wobei eine Skalierung der Regelparameter mit der Motorstromamplitude erfolgt

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20020113569A1 (en) * 2000-10-11 2002-08-22 Matsushita Industrial Co., Ltd. Method and apparatus for position-sensorless motor control
US20080201041A1 (en) * 2007-02-07 2008-08-21 Nsk Ltd. Control device for electric power steering apparatus
US20110074327A1 (en) * 2009-09-21 2011-03-31 Melexis Tessenderlo Nv Control of sinusoidally driven brushless dc (bldc) motors
TW201429149A (zh) * 2012-08-30 2014-07-16 Allegro Microsystems Llc 用以根據在電動馬達之繞線中偵測到的零電流自動調整施加到電動馬達之驅動信號的相位及用以偵測零電流的電子電路與方法

Also Published As

Publication number Publication date
WO2017196525A1 (en) 2017-11-16
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