TWI681620B - 馬達驅動電路 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種馬達驅動電路，包括多個腳位、霍爾感測器、霍爾訊號處理部及驅動處理電路。其中，用於接收啟動測試訊號的啟動測試腳位與用於輸出測試訊號的測試訊號輸出腳位與多個腳位中的至少一腳位共用。霍爾感測器感測馬達的磁場變化，以產生霍爾訊號。霍爾訊號處理部連接於霍爾感測器，以將所產生的霍爾訊號放大。驅動處理電路根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由多個腳位的其中之一輸入的控制訊號而驅動該馬達。其中，在測試模式中，輸出訊號由測試訊號輸出腳位輸出作為測試訊號。在正常模式中，至少一腳位供正常操作使用。

Description

馬達驅動電路
本發明涉及一種馬達驅動電路，特別是涉及一種能利用現有腳位對霍爾感應器進行測試的馬達驅動電路。
在眾多形式的馬達控制器中，常用與外部溝通之通訊介面有I2C、SPI、SMBUS等均需要至少兩條傳輸線，一條為傳輸資料、一條為傳輸時脈。腳位數目視馬達之驅動相數而可有所改變。多個腳位可用以接收相關於馬達轉速控制的PWM(脈寬調變)控制訊號，並根據這些訊號產生輸出訊號提供給驅動電路，以進行操作控制。
一般內建霍爾感測器的馬達驅動電路，由於外部使用者量測不到內部霍爾感測器的訊號，因此馬達搭配馬達驅動電路時，不知實際感測到的磁場是否夠強，因為感測到的磁場與轉子的充磁大小及霍爾感測器至轉子的距離有很大的關係，如果霍爾感測器感測到的磁場不夠大時，在量產有機會造成馬達運轉不順。
另一方面，在製作單一IC時，腳位數目將直接影響封裝成本，故減少腳位乃為所冀。故，如何通過電路設計的改良，以在有限的腳位下能提供測試機制，來克服上述的缺陷，已成為該項事業所欲解決的重要課題之一。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供 一種馬達驅動電路，用於驅動馬達，包括多個腳位、霍爾感測器、霍爾訊號處理部及驅動處理電路。多個腳位，其中用於接收一啟動測試訊號的一啟動測試腳位與用於輸出一測試訊號的一測試訊號輸出腳位與該多個腳位中的至少一腳位共用。霍爾感測器感測馬達的磁場變化，以據此產生一霍爾訊號。霍爾訊號處理部，連接於霍爾感測器，經配置以將所產生的霍爾訊號放大。驅動處理電路，其根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由多個腳位的其中之一輸入的控制訊號而驅動該馬達。霍爾訊號處理部包括放大器電路及比較器電路，放大器電路用於將霍爾訊號放大，比較器電路用於對霍爾訊號進行比較產生輸出訊號。其中，驅動處理電路經配置以在接收啟動測試訊號時，進入測試模式，並向測試訊號輸出腳位輸出霍爾訊號處理部之輸出訊號作為測試訊號。在一正常模式中，至少一腳位供正常操作使用。
較佳者，驅動處理電路包括驅動電路、驅動脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號產生部及選擇電路。驅動PWM訊號產生部連接驅動電路，選擇電路連接驅動PWM訊號產生部、放大器電路及至少一腳位。其中，在正常模式中，驅動PWM訊號產生部通過選擇電路由多個腳位中的PWM腳位接收PWM訊號，並根據PWM訊號產生驅動PWM訊號，驅動電路接收輸出訊號及驅動PWM訊號，並據其驅動馬達。其中，選擇電路在由PWM腳位接收啟動測試訊號時，進入測試模式，選擇電路經配置以選擇性的在放大器電路及PWM腳位之間產生第一訊號路徑，以輸出經放大的霍爾訊號作為測試訊號。
較佳者，驅動處理電路包括及驅動PWM訊號產生部。驅動PWM訊號產生部連接驅動電路、放大器電路及I2C介面。其中，在正常模式中，驅動PWM訊號產生部通過I2C介面由多個腳位中的串列時脈訊號腳位接收PWM訊號，並根據PWM訊號產生驅動PWM訊號，驅動電路接收輸出訊號及驅動PWM訊號，並據其驅 動馬達。其中，選擇電路在由PWM腳位接收啟動測試訊號時，進入測試模式，驅動PWM訊號產生部經配置以根據所接收的霍爾訊號，通過I2C介面由多個腳位中的串列資料訊號腳位輸出測試訊號。
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的馬達驅動電路，其能通過“接收啟動測試訊號的啟動測試腳位與用於輸出測試訊號的測試訊號輸出腳位與多個腳位中的至少一腳位共用”的技術方案，以在有限腳位下，能對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
1‧‧‧馬達驅動電路
10‧‧‧霍爾感測器
12‧‧‧霍爾訊號處理部
120‧‧‧放大器電路
122‧‧‧比較器電路
14‧‧‧驅動處理電路
140‧‧‧驅動電路
142‧‧‧驅動PWM訊號產生部
1420‧‧‧ADC
1422‧‧‧暫存器
144‧‧‧選擇電路
146‧‧‧轉速訊號產生部
16‧‧‧全橋電路
18‧‧‧I2C介面
FG‧‧‧轉速訊號輸出腳位
FUN1‧‧‧功能腳位
OUT1‧‧‧第一輸出端
OUT2‧‧‧第二輸出端
PWM‧‧‧PWM腳位
SCL‧‧‧串列時脈訊號腳位
SDA‧‧‧串列資料訊號腳位
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關
圖1為本發明第一實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。
圖2為本發明第二實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。
圖3為本發明第三實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。
圖4為本發明第四實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“馬達驅動電路”的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不悖離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內 容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。
應當可以理解的是，雖然本文中可能會使用到“第一”、“第二”、“第三”等術語來描述各種元件或者訊號，但這些元件或者訊號不應受這些術語的限制。這些術語主要是用以區分一元件與另一元件，或者一訊號與另一訊號。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包括相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
圖1為本發明第一實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種馬達驅動電路1，用於驅動一馬達，其包括霍爾感測器10、霍爾訊號處理部12及驅動處理電路14。在此架構下，馬達驅動電路1可包括多個腳位，例如圖所示的第一輸出端OUT1、第二輸出端OUT2及功能腳位FUN1，其中，用於接收啟動測試訊號的啟動測試腳位與用於輸出測試訊號的測試訊號輸出腳位可與功能腳位FUN1共用。圖中所繪示單一功能腳位FUN1僅用於舉例，但其數量不限於此。
續言之，霍爾感測器10可設置於鄰近馬達處，且用以感測該馬達的磁場變化，並確定單一磁極位置，以據此產生霍爾訊號。
霍爾訊號處理部12，連接於霍爾感測器10，經配置以將所產生的該霍爾訊號放大。霍爾訊號處理部12可接收2組霍爾訊號，並根據其等而檢測切換驅動相之時序。例如霍爾訊號檢測電路12亦可包括對霍爾訊號進行比較之比較器，且將比較器之輸出訊號作為表示切換驅動相之時序之訊號而加以輸出。或者霍爾訊號檢測12亦可包括對霍爾訊號進行放大之放大器，或霍爾訊號之配對之差分進行放大。
驅動處理電路14可根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由多個腳位的其中之一，例如，由功能腳位FUN1輸入的控制訊號而驅 動馬達。馬達驅動電路1還包括有全橋電路16，其可包括於驅動處理電路14或獨立設置，全橋電路16具有第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3與第四開關SW4，第一開關SW1耦接於驅動處理電路14與第一輸出端OUT1之間，第二開關SW2耦接於驅動處理電路14輸入端與第二輸出端OUT2之間，第三開關SW3耦接於第一輸出端OUT1與接地端之間，且第四開關SW4耦接於第二輸出端OUT2與接地端之間。
大體來說，驅動處理電路14可經由功能腳位FUN1接收啟動測試訊號，並進入測試模式。在測試模式中，驅動處理電路14可以功能腳位FUN1作為前述的測試訊號輸出腳位，並輸出霍爾訊號處理部12之輸出訊號作為測試訊號，而在正常模式中，功能腳位FUN1可供正常操作使用。例如，正常操作下，驅動處理電路14可根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由功能腳位FUN1輸入的控制訊號而驅動馬達。
因此，通過上述配置，可在馬達驅動電路的有限腳位下，對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
本實施例僅對本發明的核心概念做示例性的描述，以下將根據附圖在下列實施例中做更詳細的描述。
[第二實施例]
圖2為本發明第二實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。參閱圖1所示，本發明第二實施例提供一種馬達驅動電路1，用於驅動一馬達，其包括霍爾感測器10、霍爾訊號處理部12及驅動處理電路14。在本實施例中，類似的元件使用類似的元件符號，故省略重複敘述。
具體而言，霍爾訊號處理部12可進一步包括放大器電路120及比較器電路122。放大器電路120可用於將霍爾訊號放大，比較 器電路用於對該霍爾訊號進行比較產生輸出訊號。
舉例而言，霍爾訊號處理部12可接收2組霍爾訊號，放大器電路120將2組霍爾訊號放大，比較器電路122可對2組霍爾訊號之配對進行比較，或將2組霍爾訊號分別與參考電壓比較，以檢測切換驅動相之時序。
另一方面，在本實施例中，驅動處理電路14進一步包括驅動電路140、驅動PWM訊號產生部142及選擇電路144。驅動PWM訊號產生部142連接驅動電路140，而選擇電路144連接驅動PWM訊號產生部141、放大器電路120及PWM腳位PWM。
選擇電路144可例如為多工器。在正常模式中，驅動PWM訊號產生部142通過選擇電路144，由PWM腳位PWM接收PWM訊號，並根據PWM訊號產生驅動PWM訊號，驅動電路140在接收輸出訊號及驅動PWM訊號後，根據比較器電路122產生的輸出訊號以及驅動PWM訊號，而驅動馬達。其中，藉由外部輸入的PWM訊號，通過改變工作週期大小，使整體平均電壓值上升或下降，藉此間歇性電壓及功率切換以控制馬達的轉速等特性。
在此架構下，馬達驅動電路1可包括多個腳位，例如圖所示的第一輸出端OUT1、第二輸出端OUT2及PWM腳位PWM，其中，用於接收啟動測試訊號的啟動測試腳位與用於輸出測試訊號的測試訊號輸出腳位可與PWM腳位PWM共用。
詳細而言，選擇電路144可由PWM腳位PWM接收啟動測試訊號，此時進入測試模式，選擇電路144可經配置以選擇性的在放大器電路122及PWM腳位PWM之間產生第一訊號路徑，以輸出經放大的霍爾訊號作為測試訊號。
另一方面，驅動電路140耦接於霍爾訊號處理部12與全橋電路16之間，接收該輸出訊號，且儲存有一脈寬調變表，以根據輸出訊號與脈寬調變表控制全橋電路16進行相位切換。
需要說明的是，PWM訊號、啟動測試訊號與測試訊號在相 位、時序或工作週期上不同，以確保選擇電路144可區分正常模式與測試模式的差異，同時亦需要確保能正確輸出測試訊號，以對霍爾感測器10的霍爾訊號進行分析。
大體來說，驅動處理電路14可經由PWM腳位PWM接收啟動測試訊號，並進入測試模式。在測試模式中，驅動處理電路14可以PWM腳位PWM作為前述的啟動測試訊號腳位及測試訊號輸出腳位，並輸出放大器電路120放大的霍爾訊號作為測試訊號，而在正常模式中，PWM腳位PWM可供正常操作使用。例如，正常操作下，驅動處理電路14可根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由PWM腳位PWM輸入的PWM訊號而驅動馬達。
因此，通過上述配置，可在馬達驅動電路的有限腳位下，對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
[第三實施例]
圖3為本發明第三實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。參閱圖3所示，本發明第三實施例提供一種馬達驅動電路1，用於驅動一馬達，其包括霍爾感測器10、霍爾訊號處理部12及驅動處理電路14。在本實施例中，類似的元件使用類似的元件符號，故省略重複敘述。
延續第二實施例所提供的馬達驅動電路1，驅動處理電路14可進一步包括轉速訊號產生部146，其連接於選擇電路144及驅動電路140。具體而言，轉速訊號產生部146用於在每次於轉子旋轉特定電氣角時產生有效之轉速信號，並將此轉速訊號通過選擇電路144，向轉速訊號輸出腳位FG輸出。
在正常模式下，驅動PWM訊號產生部142通過選擇電路144，由PWM腳位PWM接收PWM訊號，並根據PWM訊號產生驅動PWM訊號，驅動電路140在接收輸出訊號及驅動PWM訊號 後，根據比較器電路122產生的輸出訊號以及驅動PWM訊號，而驅動馬達。同時，轉速訊號產生部146通過選擇電路144由轉速訊號輸出腳位FG輸出轉速訊號。
另一方面，選擇電路144可由PWM腳位PWM接收啟動測試訊號，此時進入測試模式，選擇電路144可經配置以選擇性的在放大器電路120及轉速訊號輸出腳位FG之間產生第二訊號路徑，以輸出經放大的霍爾訊號作為測試訊號。
需要說明的是，PWM訊號與啟動測試訊號在相位、時序或工作週期上不同，以確保選擇電路144可區分正常模式與測試模式的差異。而由於測試訊號是通過不同的腳位，亦即，轉速訊號輸出腳位FG來輸出，因此可確保測試訊號不會干擾PWM訊號與啟動測試訊號。
大體來說，驅動處理電路14可經由PWM腳位PWM接收啟動測試訊號，並進入測試模式。在測試模式中，驅動處理電路14可以PWM腳位PWM作為前述的啟動測試訊號腳位，而由轉速訊號輸出腳位FG作為測試訊號輸出腳位，並輸出放大器電路120放大的霍爾訊號作為測試訊號，而在正常模式中，PWM腳位PWM與轉速訊號輸出腳位FG可供正常操作使用。例如，正常操作下，驅動處理電路14可根據霍爾訊號處理部之輸出訊號及由PWM腳位PWM輸入的PWM訊號而驅動馬達，同時，轉速訊號產生部146通過選擇電路144由轉速訊號輸出腳位FG輸出轉速訊號。
因此，通過上述配置，可在馬達驅動電路的有限腳位下，對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
[第四實施例]
圖3為本發明第三實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。參閱圖3所示，本發明第三實施例提供一種馬達驅動電路1，用於驅 動一馬達，其包括霍爾感測器10、霍爾訊號處理部12及驅動處理電路14。在本實施例中，類似的元件使用類似的元件符號，故省略重複敘述。
與前述實施例不同之處在於，驅動處理電路包括驅動電路14及驅動PWM訊號產生部142。驅動PWM訊號產生部142連接驅動電路14、該放大器電路120及I2C介面18。
I2C(Inter-Integrated Circuit)為一種串列通訊匯流排，可被應用在各種控制架構上，如系統管理匯流排(System Management Bus,SMBus)、電源管理匯流排(Power Management Bus,PMBus)、智慧平台管理介面(Intelligent Platform Management Interface,IPMI)、顯示數據通道(Display Data Channel,DDC)、先進電信運算架構(Advanced Telecom Computing Architecture,ATCA)。
在正常模式中，驅動PWM訊號產生部142通過I2C介面18由一串列時脈訊號(Serial Clock Line,SCL)腳位SCL接收PWM訊號，並根據PWM訊號產生驅動PWM訊號，驅動電路140可接收比較器電路122輸出的輸出訊號，以及此驅動PWM訊號，並據其驅動馬達。
另一方面，驅動PWM訊號產生部142在由串列時脈訊號腳位SCL接收啟動測試訊號時，進入一測試模式，該驅動PWM訊號產生部經配置以根據所接收的該霍爾訊號，通過該I2C介面由該多個腳位中的串列資料訊號(Serial Data Line,SDA)腳位SDA輸出測試訊號。
更詳細而言，驅動PWM訊號產生部142更包括類比數位轉換器(Analog to Digital Converter,ADC)1420及暫存器1422。其中，ADC 1420可經配置以接收經放大的霍爾訊號，並產生數位訊號並寫入暫存器1422。因此，在測試模式時，驅動PWM訊號產生部142可經配置以根據啟動測試訊號，通過I2C介面18由串列資料訊號腳位SDA輸出暫存器1422中的資料作為測試訊號。
然而，上述所舉的例子只是其中一可行的實施例而並非用以限定本發明。本發明的馬達驅動電路亦可透過在其他現有馬達驅動電路的已知腳位上，透過輸入啟動測試訊號啟動測試模式，並提供一訊號路徑使經放大的霍爾訊號能輸出作為測試訊號。
因此，通過上述配置，可在馬達驅動電路的有限腳位下，對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
[實施例的有益效果]
本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的馬達驅動電路，其能通過“接收啟動測試訊號的啟動測試腳位與用於輸出測試訊號的測試訊號輸出腳位與多個腳位中的至少一腳位共用”的技術方案，以在有限腳位下，能對霍爾感測器的運作狀況進行測試，在量產時能確保馬達運轉順利，並在現有腳位下實現，能節省封裝成本。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
1‧‧‧馬達驅動電路
10‧‧‧霍爾感測器
12‧‧‧霍爾訊號處理部
14‧‧‧驅動處理電路
16‧‧‧全橋電路
FUN1‧‧‧功能腳位
OUT1‧‧‧第一輸出端
OUT2‧‧‧第二輸出端
SW1‧‧‧第一開關
SW2‧‧‧第二開關
SW3‧‧‧第三開關
SW4‧‧‧第四開關

Claims (6)

  1. 一種馬達驅動電路，用於驅動一馬達，其包括：多個腳位，其中用於接收一啟動測試訊號的一啟動測試腳位與用於輸出一測試訊號的一測試訊號輸出腳位與該多個腳位中的至少一腳位共用；一霍爾感測器，感測該馬達的磁場變化，以據此產生一霍爾訊號；一霍爾訊號處理部，連接於該霍爾感測器，經配置以將所產生的該霍爾訊號放大；以及一驅動處理電路，其根據該霍爾訊號處理部之一輸出訊號及由該多個腳位的其中之一輸入的一控制訊號而驅動該馬達，其中該霍爾訊號處理部包括一放大器電路及一比較器電路，該放大器電路用於將該霍爾訊號放大，該比較器電路用於對該霍爾訊號進行比較產生該輸出訊號；其中該驅動處理電路經配置以在接收該啟動測試訊號時，進入一測試模式，並向該測試訊號輸出腳位輸出該霍爾訊號處理部之輸出訊號作為該測試訊號；以及其中在一正常模式中，該至少一腳位供正常操作使用，其中該驅動處理電路包括：一驅動電路；一驅動脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation,PWM)訊號產生部，連接該驅動電路；以及一選擇電路，連接該驅動PWM訊號產生部、該放大器電路及該至少一腳位，其中在該正常模式中，該驅動PWM訊號產生部通過該選擇電路由該多個腳位中的一PWM腳位接收一PWM訊號，並根據該PWM訊號產生一驅動PWM訊號，該驅動電路接收該 輸出訊號及該驅動PWM訊號，並據其驅動該馬達，其中該選擇電路在由該PWM腳位接收該啟動測試訊號時，進入一測試模式，該選擇電路經配置以選擇性的在該放大器電路及該PWM腳位之間產生一第一訊號路徑，以輸出經放大的該霍爾訊號作為該測試訊號。
  2. 如請求項1所述的馬達驅動電路，其中該驅動處理電路更包括一轉速訊號產生部，連接於該選擇電路及該驅動電路，其中在該正常模式中，該轉速訊號產生部通過該選擇電路由該多個腳位中的一轉速訊號輸出腳位輸出一轉速訊號，其中在該測試模式中，該選擇電路經配置以選擇性的在該放大器電路及該轉速訊號輸出腳位之間產生一第二訊號路徑，以輸出經放大的該霍爾訊號作為該測試訊號。
  3. 如請求項1所述的馬達驅動電路，其中該驅動處理電路更包括一全橋電路，該驅動電路耦接於該霍爾訊號處理部與該全橋電路之間，接收該輸出訊號，且儲存有一脈寬調變表，以根據該輸出訊號與該脈寬調變表控制該全橋電路進行相位切換。
  4. 如請求項1所述的馬達驅動電路，其中該驅動處理電路包括：一驅動PWM訊號產生部，連接該驅動電路、該放大器電路及一I2C介面，其中在該正常模式中，該驅動PWM訊號產生部通過該I2C介面由該多個腳位中的一串列時脈訊號腳位接收一PWM訊號，並根據該PWM訊號產生一驅動PWM訊號，該驅動電路接收該輸出訊號及該驅動PWM訊號，並據其驅動該馬達，其中該選擇電路在由該串列時脈訊號腳位接收該啟動測試訊號時，進入該測試模式，該驅動PWM訊號產生部經配置以根據所接收的該霍爾訊號，通過該I2C介面由該多個腳位中的一串列資料訊號腳位輸出該測試訊號。
  5. 如請求項4所述的馬達驅動電路，其中該驅動PWM訊號產生 部更包括一類比數位轉換器及一暫存器，其中該類比數位轉換器經配置以接收經放大的該霍爾訊號，並產生一數位訊號並寫入該暫存器。
  6. 如請求項5所述的馬達驅動電路，其中在該測試模式時，該驅動PWM訊號產生部經配置以根據該測試訊號，通過該I2C介面由該多個腳位中的該串列資料訊號腳位輸出該暫存器中的資料作為該測試訊號。
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