TWI687037B - 馬達驅動電路及方法 - Google Patents

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Abstract

一種馬達驅動電路包括轉速要求產生器、馬達驅動訊號產生部、反相器電路、位置偵測電路、電流偵測模組、轉速訊號查表模組、自動超前角控制器及調變訊號產生電路。當轉速要求訊號指示調整至當前轉速，轉速訊號查表模組查詢並產生用於指示當前超前角的超前角指示訊號，自動超前角控制器以當前超前角作為調整相位產生相位調整訊號，調變訊號產生電路以調整相位對調變波形進行粗略調整。自動超前角控制器進一步依據電流零交越點及反電動勢零點之間的相位差產生另一相位調整訊號，調變訊號產生電路對調變波形進行細部調整，使電流零交越點接近反電動勢零點。

Description

馬達驅動電路及方法
本發明涉及一種馬達驅動電路及方法，特別是涉及一種防止輸出週期快速變化時產生逆電流的馬達驅動電路及方法。
於無刷DC(Direct Current，直流)馬達等不具有由電刷形成之換向機構之馬達中，必須根據轉子之位置而切換供給至線圈之電流之方向。該無刷直流馬達之驅動方式大體上分為如下兩種方式，即：利用自霍爾元件獲得之轉子之位置資訊之方式；及不利用霍爾元件，而根據產生於線圈之反電動勢(感應電壓)之零交叉點來推測轉子之位置之無感測器方式。
現有的直流馬達驅動方式可分為六步方波驅動法及弦波脈波寬度調變法，此兩種不同的驅動方式各有優缺點。弦波脈波寬度調變驅動法類似交流馬達，係在定子端輸入三相正弦波電流，產生一組旋轉磁場帶動轉子旋轉，使用弦波脈波寬度調變驅動法來驅動無刷直流馬達可獲得較小的轉矩漣波，但需要較高解析度的位置感測器來產生正確的正弦波訊號。而六步方波驅動法具有低切換損失，且不須精確的轉子位置回授等優點，但其轉矩漣波較大。
其次，在進行馬達轉速控制時，主要是利用脈波寬度調變技術，亦即，產生PWM訊號控制電晶體開關，PWM訊號的工作週期與給予馬達的平均電壓成正比，故可進而控制馬達的轉速。PWM訊號控制電晶體開關有許多不同的方式，例如可輪流或同時控制上橋電晶體開關及下橋電晶體開關。
無感測器馬達中，需要通過測量相電壓的反電動勢零點及相電流的零交越點，來決定轉子的位置及驅動訊號的切換時機。測量相電路的反電動勢零點時，通常會停止輸出驅動訊號，等待一段時間，直到原本流經線圈的電流流完後，方可偵測反電動勢零點，並且在出現反電動勢零點時即可輸出下一週期的弦波驅動訊號。然而，在轉速快速切換下，反電動勢零點會因為相電流在測量時尚未完全流完，而造成誤判。
在現有馬達驅動電路中，雖有在轉速變化時，直接取最大超前角來輸出驅動電壓，使相電流零點提早出現，以避免誤判情形，然而，會造成相電流不連續的時間過長，產生噪音。
故，急需一種能夠達成低切換噪音的超前角度調整機制的馬達驅動電路及方法。
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能夠防止輸出轉速變化時產生噪音的馬達驅動電路及方法。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的其中一技術方案是，提供一種馬達驅動電路，用於驅動一馬達，其包括轉速要求產生器、馬達驅動訊號產生部、反相器電路、位置偵測電路、電流偵測模組、轉速訊號查表模組、自動超前角控制器及調變訊號產生電路。轉速要求產生器經配置以接收一外部轉速要求訊號並產生一轉速要求訊號，其用於指示該馬達的一轉速。馬達驅動訊號產生部，接收該轉速要求訊號及多個調變波形，並依據該些調變波形的調變特性及該轉速要求訊號產生多個閘極驅動訊號。反相器電路，包括多個半橋電路，經配置以由該些閘極驅動訊號所控制，以產生多個馬達驅動訊號，分別輸入該馬達的多個相電路。位置偵測電路，經配置以接收來自該些相電路的多個反電動勢訊號，並產生一位置參考訊號，其用於指示該馬達的一反電動勢零點。電流偵測模組，經配置以接收該些馬達驅動訊號，並產生一零電流訊號，用於指示該些相電路的電流零交越點。轉速訊號查表模組，其儲存有一查詢表，該查詢表定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係，其中該轉速訊號查表模組響應於該轉速要求訊號，依據該轉速對該查詢表進行查詢，以產生一超前角指示訊號。自動超前角控制器，接收該超前角指示訊號、該零電流訊號及該位置參考訊號，經配置以依據該超前角指示訊號指示的超前角、該零電流訊號指示的電流零點及該位置參考訊號指示的旋轉參考位置產生一相位調整訊號，其用於指示一調整相位。調變訊號產生電路，接收該相位調整訊號，經配置以產生該些調變波形，更根據該相位調整訊號指示的調整相位來改變該些調變波形的相位。其中，當該轉速要求訊號指示該轉速由一先前轉速調整至一當前轉速，該轉速訊號查表模組經配置以依據該當前轉速查詢並產生用於指示一當前超前角的該超前角指示訊號，該自動超前角控制器經配置以該當前超前角作為該調整相位產生該相位調整訊號，該調變訊號產生電路經配置以該調整相位對該些調變波形進行一粗略調整。該自動超前角控制器進一步接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該電流零交越點及該反電動勢零點之間的一相位差產生另一相位調整訊號，該調變訊號產生電路接收該另一相位調整訊號，並依據該相位差對該些調變波形進行一細部調整，使該些相電路的該電流零交越點接近該反電動勢零點。
在一些實施例中，馬達驅動訊號產生部包括PWM產生器及閘極驅動電路。PWM產生器，接收該轉速要求訊號，經配置以產生多個PWM訊號，其中該PWM產生器還經配置以接收該些調變波形，以依據該些調變波形的調變特性以產生該些PWM訊號。閘極驅動電路，經配置以接收該些PWM訊號並產生該些閘極驅動訊號。
在一些實施例中，該些超前角係分別將該馬達以該些轉速驅動，調整多個預定超前角以確保該電流零交越點提前以一緩衝相位差出現於該反電動勢零點之前所產生。
在一些實施例中，電流偵測模組包括一比較器，包括第一輸入端、第二輸入端及輸出端。第一輸入端，用於接收該些相電路的其中之一的電流，第二輸入端，用於接收參考電流，輸出端在該比較器對該電流及該參考電流進行運算，以產生該零電流訊號，用於指示該電流的電流零交越點。
在一些實施例中，該自動超前角控制器進一步接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差與一預定相位差相減，以產生該另一相位調整訊號，用於將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差調整至該預定相位差。
為了解決上述的技術問題，本發明所採用的另外一技術方案是，提供一種馬達驅動方法，其包括下列步驟：配置一轉速要求產生器以接收一外部轉速要求訊號並產生一轉速要求訊號，其中該轉速要求訊號用於指示該馬達的一轉速；配置一馬達驅動訊號產生部，接收該轉速要求訊號及多個調變波形，並依據該些調變波形的調變特性及該轉速要求訊號產生多個閘極驅動訊號；配置一反相器電路的多個半橋電路以由該些閘極驅動訊號所控制，以產生多個馬達驅動訊號，分別輸入一馬達的多個相電路；配置一位置偵測電路以接收來自該些相電路的多個反電動勢訊號，並產生一位置參考訊號，其中該位置參考訊號用於指示該馬達的一反電動勢零點；配置一電流偵測模組以接收該些馬達驅動訊號，並產生一零電流訊號，其中該零電流訊號用於指示該些相電路的電流零交越點；配置一轉速訊號查表模組儲存一查詢表，該查詢表定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係；配置該轉速訊號查表模組響應於該轉速要求訊號，依據該轉速對該查詢表進行查詢，以產生一超前角指示訊號；配置一自動超前角控制器接收該超前角指示訊號、該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該超前角指示訊號指示的超前角、該零電流訊號指示的電流零點及該位置參考訊號指示的旋轉參考位置產生一相位調整訊號，其用於指示一調整相位；配置一調變訊號產生電路接收該相位調整訊號、該位置參考訊號及該零電流訊號，經配置以產生該些調變波形，更根據該相位調整訊號指示的調整相位來改變該些調變波形的相位，其中，當該轉速要求訊號指示該轉速由一先前轉速調整至一當前轉速，配置該轉速訊號查表模組以依據該當前轉速查詢並產生用於指示一當前超前角的該超前角指示訊號，配置該自動超前角控制器經配置以該當前超前角作為該調整相位產生該相位調整訊號，配置該調變訊號產生電路以該調整相位對該些調變波形進行一粗略調整，配置該自動超前角控制器接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該電流零交越點及該反電動勢零點之間的一相位差產生另一相位調整訊號，配置該調變訊號產生電路接收該另一相位調整訊號，並依據該相位差對該些調變波形進行一細部調整，使該些相電路的該電流零交越點接近該反電動勢零點。
在一些實施例中，馬達驅動方法，更包括：配置該馬達驅動訊號產生部的一PWM產生器接收該轉速要求訊號，以產生多個PWM訊號；配置該PWM產生器接收該些調變波形，以依據該些調變波形的調變特性以產生該些PWM訊號；以及配置該馬達驅動訊號產生部的一閘極驅動電路以接收該些PWM訊號並產生該些閘極驅動訊號。
在一些實施例中，馬達驅動方法，更包括：配置該馬達以該查詢表中的該些轉速驅動，調整多個預定超前角以確保該電流零交越點提前以一緩衝相位差出現於該反電動勢零點之前，以獲得對應該些轉速的該些超前角，並建立該查詢表。
在一些實施例中，馬達驅動方法，更包括：配置該電流偵測模組的一比較器的一第一輸入端接收該些相電路的其中之一的電流；配置該比較器的一第二輸入端接收一參考電流；以及配置該比較器對該電流及該參考電流進行運算，以於該比較器的輸出端產生該零電流訊號，其中該零電流訊號用於指示該電流的電流零交越點。
在一些實施例中，馬達驅動方法，更包括：配置該自動超前角控制器接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差與一預定相位差相減，以產生該另一相位調整訊號，其中該另一相位調整訊號用於將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差調整至該預定相位差。
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及方法，當切換轉速變化時，可通過對查詢表進行查詢來決定超前角，以此超前角對調變波形進行粗略調整，以提前輸出驅動電壓，使相電流零點提早出現，再通過偵測相電流零點與反電動勢零點的相位差，來調整超前角，使其接近合理相位。因此，可在滿足無感測器馬達偵測位置的前提下，確保測量反電動勢零點時，相電流不會造成反電動勢零點偵測錯誤，同時更能夠有效縮減電流不連續區域，進而降低噪音。
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。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明所公開有關“馬達驅動電路及方法”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。
圖1為本發明實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。參閱圖1所示，本發明實施例提供一種馬達驅動電路1，用於驅動馬達11，其包括轉速要求產生器10、馬達驅動訊號產生部12、反相器電路14、位置偵測電路15、電流偵測模組16、轉速訊號查表模組17、自動超前角控制器18及調變訊號產生電路19。
馬達11如圖所示包括三個繞組，例如相電路U、V、W，每個繞組通常被描繪為相應的等效電路，其具有與電阻器串聯並且與反電動勢電壓源串聯的電感器。例如，相電路U被示出為包括與電阻器串聯並且與反電動勢訊號Vu的電壓源串聯的電感器，相電路V被示出為包括與電阻器串聯並且與反電動勢訊號Vv的電壓源串聯的電感器，且相電路W被示出為包括與電阻器串聯並且與反電動勢訊號Vw的電壓源串聯的電感器。
轉速要求產生器10經配置以從外部接收外部轉速要求訊號S1，外部轉速要求訊號S1可以是各種格式的其中之一，一般而言，外部轉速要求訊號S1表示從馬達驅動電路1外部請求的馬達11的轉速。當轉速要求產生器10接收到外部轉速要求訊號S1，可對應產生轉速要求訊號S2，以用於指示馬達11以要求的轉速運轉。
馬達驅動訊號產生部12，接收轉速要求訊號S2及多個調變波形Su、Sv及Sw，並依據調變波形Su、Sv及Sw的調變特性及轉速要求訊號S2產生多個閘極驅動訊號UH、UL、VH、VL、WH、WL。在本實施例中，馬達驅動訊號產生部12包括PWM產生器120及閘極驅動電路121。PWM產生器120接收轉速要求訊號S2，經配置以產生多個PWM訊號S3，其中，PWM產生器120還接收調變波形Su、Sv及Sw，以依據調變波形Su、Sv及Sw的調變特性產生該些PWM訊號S3，且該些PWM訊號S3的最大工作週期是由轉速要求訊號S2所控制。
馬達驅動訊號產生部12還包括閘極驅動電路121，經配置以接收該些PWM訊號S3，以產生該些閘極驅動訊號UH、UL、VH、VL、WH、WL來控制反相器電路14。
反相器電路14包括多個半橋電路14u、14v及14w，半橋電路14u、14v及14w各包括上橋開關M1、M2、M3及下橋開關M4、M5、M6，由閘極驅動訊號UH、UL、VH、VL、WH、WL所控制，以產生多個馬達驅動訊號S31、S32及S33，分別輸入馬達11的相電路U、V、W，閘極驅動訊號UH、UL、VH、VL、WH、WL用於控制反向器電路14內之各個開關單元的導通或截止狀態。
一般而言，馬達11具有三個繞組，分別為U線圈繞組、V線圈繞組與W線圈繞組。當上橋開關M1與下橋開關M5開啟時，此時馬達11運轉的電流，由電源端經電晶體M1、馬達11的U線圈繞組、V線圈繞組，並再經由電晶體M5流到地端。
一般正常的馬達電流控制是由U線圈繞組流向V線圈繞組，U線圈繞組流向W線圈繞組，之後換向由U線圈繞組流向W線圈繞組，換向電流由V線圈繞組流向W線圈繞組，再由V線圈繞組流向U線圈繞組，V線圈繞組流向W線圈繞組。接著，其他的換相持續的控制U線圈繞組、V線圈繞組、W線圈繞組的電流流向，進而控制馬達的轉向，上述是馬達的換相方式，但這只是控制馬達換相的一種，其它的馬達的換相方式，於此不加以贅述。
馬達驅動電路1還包括位置偵測電路15，經配置以接收來自該些相電路U、V、W的多個反電動勢訊號Vu、Vv及Vw。由圖1的馬達11的等效電路可知，位置偵測電路15可接收馬達驅動訊號S31、S32及S33，其包括反電動勢訊號Vu、Vv及Vw，其可在相電路U、V、W並未被驅動且相電流Iv、Iu及Iw為零的情況下直接觀察出。位置偵測電路15可產生位置參考訊號S4，其用於指示馬達11的反電動勢零點，此反電動勢零點可進一步用於指示馬達11的轉子位置。
電流偵測模組16可接收馬達驅動訊號S31、S32及S33的其中之一，並產生一零電流訊號S5，用於指示相電路U、V、W的電流零交越點。一般而言，會期望反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的過零點與通過馬達11的相電路U、V、W的零電流一致或幾乎一致，這種關係將使馬達11以最高效率運轉。
在一些實施例中，電流偵測模組16可如圖1包括比較器CP1。比較器CP1的第一輸入端可接收相電流Iu、Iv或Iw，比較器CP1的第二輸入端可接收參考電流IREF，例如零電流，比較器CP1進一步對相電流Iu、Iv或Iw及參考電流進行運算，以產生零電流訊號S5，用於指示相電流Iu、Iv或Iw的電流零交越點。
馬達11可為無感測器馬達，需要通過測量相電路U、V、W的反電動勢零點及相電流Iu、Iv或Iw的零交越點，來決定轉子的位置及驅動訊號的切換時機。測量相電路U、V、W的反電動勢零點時，通常會停止輸出PWM訊號S3，等待一段時間，直到原本流經線圈的電流流完後，方可偵測反電動勢零點，並且在出現反電動勢零點時即可輸出下一週期的弦波驅動訊號。然而，在轉速快速切換下，反電動勢零點會因為相電流Iv、Iu及Iw在測量時尚未完全流完，而造成誤判。
因此，在轉速變化時，需要使用超前角來提前輸出PWM訊號S3，使相電流Iv、Iu及Iw的零點提早出現，以避免誤判情形，然而，若採用過大的超前角，會造成相電流Iv、Iu及Iw不連續的時間過長，產生噪音。
其中，由於相電流Iv、Iu及Iw本身落後調變波形Su、Sv及Sw相位約30度，為使相電流Iv、Iu及Iw的零點對應於反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的過零點，須提前輸出調變波形Su、Sv及Sw。再者，測量反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的零點時，相電流Iv、Iu及Iw不為零會造成反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的零點偵測位置出現誤差。
因此，本發明的馬達驅動電路1進一步包括轉速訊號查表模組17，其儲存有一查詢表170，該查詢表170定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係。轉速訊號查表模組17響應於轉速要求訊號S2，依據轉速要求訊號S2要求的轉速對查詢表170進行查詢，以產生超前角指示訊號S6。
其中，查詢表170中定義的多個超前角及多個轉速，是通過將馬達11以該些轉速驅動，同時調整多個預定超前角，以確保相電流Iv、Iu及Iw的電流零交越點提前以一緩衝相位差出現於反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的反電動勢零點之前來產生。如此，採用該些預定超前角時，將可確保測量反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的零點位置時，相電流Iv、Iu及Iw必為零，藉此獲得精確的反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的零點位置。轉速訊號查表模組17除了可用於對轉速要求訊號S2對應的轉速進行查表，以輸出超前角指示訊號17，查詢表170更可定義多個轉速對應的電壓大小與該些轉速對應的超前角之間的關係，以針對轉速要求訊號S2的電壓大小進行查詢。轉速訊號查表模組17可為資料庫、暫存器、記憶體或其他具有儲存功能的元件，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
此外，本發明的馬達驅動電路1還包括自動超前角控制器18，接收超前角指示訊號S6、零電流訊號S5及位置參考訊號S4，經配置以依據超前角指示訊號S6指示的超前角、零電流訊號S5指示的電流零點及該位置參考訊號S4指示的旋轉參考位置產生相位調整訊號S7，其用於指示一調整相位，以調整調變波形Su、Sv、Sw的相位。
調變訊號產生電路19，接收相位調整訊號S7，經配置以產生調變波形Su、Sv、Sw，更根據相位調整訊號S7指示的調整相位來改變調變波形Su、Sv、Sw的相位。
其中，當該轉速要求訊號指示該轉速由一先前轉速調整至一當前轉速，例如，從20%轉速調整至80%轉速，轉速訊號查表模組17經配置以依據當前轉速，例如80%進行查詢，從查詢表170中找到對應於轉速80%的當前超前角，並產生用於指示此當前超前角的超前角指示訊號S6’，自動超前角控制器18經配置以當前超前角作為調整相位，產生相位調整訊號S7，調變訊號產生電路19經配置以調整相位對調變波形Su、Sv、Sw進行粗略調整。
接著，自動超前角控制器18進一步接收零電流訊號S5及位置參考訊號S4，以依據相電流Iv、Iu及Iw的電流零交越點及反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的反電動勢零點之間的相位差產生另一相位調整訊號S7’。
調變訊號產生電路19接收另一相位調整訊號S7’，並依據相位差對該些調變波形進行細部調整，使相電路U、V、W的電流零交越點接近反電動勢零點。
請參閱圖2，其為本發明實施例的馬達驅動電路的訊號時序圖。當切換轉速後，相電路U產生相電流Iv，此時，所產生的反電動勢訊號Vu如圖所示，由圖可知，此時偵測到的電流零交越點CZCP落後反電動勢零點BEMFZC，會造成偵測反電動勢訊號Vu、Vv及Vw的零點位置時產生誤差。此時，轉速訊號查表模組17依據當前轉速進行查詢，從查詢表170中找到對應於當前轉速的當前超前角LA，並產生用於指示此當前超前角LA的超前角指示訊號S6’並傳輸至自動超前角控制器18。自動超前角控制器18通過相位調整訊號S7控制調變訊號產生電路19，以依據此當前超前角LA對調變波形Su的相位進行粗略調整，而於相電路U上產生調整後的相電流Iu’。
接著，自動超前角控制器18進一步接收零電流訊號S5及位置參考訊號S4，以依據相電流Iu’的電流零交越點CZCP’及反電動勢訊號Vu的反電動勢零點BEMFZC之間的相位差產生另一相位調整訊號S7’。
舉例而言，自動超前角控制器18可將電流零交越點CZCP’及反電動勢零點BEMFZC之間的相位差與一預定相位差相減，例如1至5度，以產生對應調整相位PA的另一相位調整訊號S7’，用於將電流零交越點CZCP’及反電動勢零點BEMFZC之間的相位差調整至預定相位差。
請進一步參閱圖3，其為依據本發明實施例的查詢表繪示的超前角對輸出轉速作圖，其中描繪了多個轉速X1、X2、…、X8以及多個超前角Y1、Y2、…、Y8之間的對應關係。如圖所示，從轉速X2調整至當前轉速X時，轉速訊號查表模組17依據當前轉速進行查詢，從查詢表170中找到對應於當前轉速X的當前超前角LA，以進行粗略調整，而於相電路U上產生調整後的相電流Iu’。
接著，自動超前角控制器18進一步依據相電流Iv’的電流零交越點CZCP’及反電動勢訊號Vu的反電動勢零點BEMFZC之間的相位差產生另一相位調整訊號S7’，以調整相位PA對相電流Iu’進行細部調整，細部調整結果如圖3的虛線資料所示。
可進一步參考圖4，其為本發明的實施例的相電流的局部放大圖。如圖所示，通過當前超前角LA對前述的相電流Iu進行粗略調整後，產生調整後的相電流Iu’，可見其浮接區，亦即，電流不連續區域，已經相當小。當進一步通過調整相位PA對相電流Iu’進行細部調整後，產生的相電流Iu”，可進一步將浮接區縮小，進而減少切換噪音。
因此，通過採用本發明所提供的馬達驅動電路，當切換轉速變化時，可通過對查詢表進行查詢來決定超前角，以此超前角對調變波形進行粗略調整，以提前輸出驅動電壓，使相電流零點提早出現，再通過偵測相電流零點與反電動勢零點的相位差，來調整超前角，使其接近合理相位。因此，可在滿足無感測器馬達偵測位置的前提下，確保測量反電動勢零點時，相電流不會造成反電動勢零點偵測錯誤，同時更能夠有效縮減電流不連續區域，進而降低噪音。
圖5A及5B為本發明實施例的馬達驅動方法的流程圖。參閱圖5所示，本發明實施例提供一種馬達驅動方法，其適用於前述實施例中的馬達驅動電路1，至少包括下列步驟：
步驟S100：配置轉速要求產生器以接收外部轉速要求訊號並產生轉速要求訊號。其中該轉速要求訊號用於指示該馬達的一轉速。
步驟S101：配置馬達驅動訊號產生部，接收轉速要求訊號及多個調變波形，並依據調變波形的調變特性及轉速要求訊號產生多個閘極驅動訊號。
步驟S102：配置反相器電路的多個半橋電路以由閘極驅動訊號所控制，以產生多個馬達驅動訊號，分別輸入馬達的多個相電路。
步驟S103：配置位置偵測電路以接收來自相電路的多個反電動勢訊號，並產生位置參考訊號。其中該位置參考訊號用於指示該馬達的一反電動勢零點；
步驟S104：配置電流偵測模組以接收馬達驅動訊號，並產生零電流訊號。其中，零電流訊號用於指示該些相電路的電流零交越點。
步驟S105：配置轉速訊號查表模組儲存查詢表。其中，查詢表定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係。
步驟S106：配置轉速訊號查表模組響應於轉速要求訊號，依據轉速對查詢表進行查詢，以產生超前角指示訊號。
步驟S107：配置自動超前角控制器接收超前角指示訊號、零電流訊號及位置參考訊號，以依據超前角、電流零點及旋轉參考位置產生相位調整訊號。相位調整訊號用於指示調整相位。
步驟S108：配置調變訊號產生電路接收該相位調整訊號，以產生調變波形，更根據調整相位來改變調變波形的相位。
步驟S109：轉速要求訊號指示轉速由先前轉速調整至當前轉速。
步驟S110：配置轉速訊號查表模組依據當前轉速查詢並產生用於指示當前超前角的超前角指示訊號。
步驟S111：配置自動超前角控制器以當前超前角作為調整相位產生相位調整訊號。
步驟S112：配置調變訊號產生電路以調整相位對調變波形進行粗略調整。
步驟S113：配置自動超前角控制器依據電流零交越點及反電動勢零點之間的相位差產生另一相位調整訊號。
步驟S114：配置該調變訊號產生電路接收另一相位調整訊號，並依據該相位差對該些調變波形進行細部調整，使該些相電路的該電流零交越點接近該反電動勢零點。
其中，本發明的馬達驅動方法包括前述實施例中的馬達驅動電路的各元件的操作方式，故不在此贅述。
[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及方法，當切換轉速變化時，可通過對查詢表進行查詢來決定超前角，以此超前角對調變波形進行粗略調整，以提前輸出驅動電壓，使相電流零點提早出現，再通過偵測相電流零點與反電動勢零點的相位差，來調整超前角，使其接近合理相位。因此，可在滿足無感測器馬達偵測位置的前提下，確保測量反電動勢零點時，相電流不會造成反電動勢零點偵測錯誤，同時更能夠有效縮減電流不連續區域，進而降低噪音。
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 11:馬達 10:轉速要求產生器 12:馬達驅動訊號產生部 14:反相器電路 15:位置偵測電路 16:電流偵測模組 17:轉速訊號查表模組 18:自動超前角控制器 19:調變訊號產生電路 U、V、W:相電路 S1:外部轉速要求訊號 S2:轉速要求訊號 Su、Sv及Sw:調變波形 UH、UL、VH、VL、WH、WL:閘極驅動訊號 120:PWM產生器 121:閘極驅動電路 S3:PWM訊號 14u、14v、14w:半橋電路 M1、M2、M3:上橋開關 M4、M5、M6:下橋開關 S31、S32及S33:馬達驅動訊號 Vu、Vv、Vw:反電動勢訊號 Iv、Iu、Iu’、Iu”、Iw:相電流 S4:位置參考訊號 S5:零電流訊號 CP1:比較器 170:查詢表 S6、S6’:超前角指示訊號 S7、S7’:相位調整訊號 IREF:參考電流 CZCP、CZCP’:電流零交越點 BEMFZC:反電動勢零點 LA:當前超前角 X1、X2、…、X8:轉速 Y1、Y2、…、Y8:超前角 X:當前轉速 PA:調整相位
圖1為本發明實施例的馬達驅動電路的電路架構圖。
圖2為本發明實施例的馬達驅動電路的訊號時序圖。
圖3為依據本發明實施例的查詢表繪示的超前角對輸出轉速作圖。
圖4為本發明的實施例的相電流的局部放大圖。
圖5A及5B為本發明實施例的馬達驅動方法的流程圖。
1:馬達驅動電路
11:馬達
10:轉速要求產生器
12:馬達驅動訊號產生部
14:反相器電路
15:位置偵測電路
16:電流偵測模組
17:轉速訊號查表模組
18:自動超前角控制器
19:調變訊號產生電路
U、V、W:相電路
S1:外部轉速要求訊號
S2:轉速要求訊號
Su、Sv及Sw:調變波形
UH、UL、VH、VL、WH、WL:閘極驅動訊號
120:PWM產生器
121:閘極驅動電路
S3:PWM訊號
14u、14v、14w:半橋電路
M1、M2、M3:上橋開關
M4、M5、M6:下橋開關
S31、S32及S33:馬達驅動訊號
Vu、Vv及Vw:反電動勢訊號
Iv、Iu及Iw:相電流
S4:位置參考訊號
S5:零電流訊號
CP1:比較器
170:查詢表
S6、S6’:超前角指示訊號
S7、S7’:相位調整訊號
IREF:參考電流

Claims (10)

  1. 一種馬達驅動電路，用於驅動一馬達，其包括： 一轉速要求產生器，經配置以接收一外部轉速要求訊號並產生一轉速要求訊號，其用於指示該馬達的一轉速； 一馬達驅動訊號產生部，接收該轉速要求訊號及多個調變波形，並依據該些調變波形的調變特性及該轉速要求訊號產生多個閘極驅動訊號； 一反相器電路，包括多個半橋電路，經配置以由該些閘極驅動訊號所控制，以產生多個馬達驅動訊號，分別輸入該馬達的多個相電路； 一位置偵測電路，經配置以接收來自該些相電路的多個反電動勢訊號，並產生一位置參考訊號，其用於指示該馬達的一反電動勢零點； 一電流偵測模組，經配置以接收該些馬達驅動訊號，並產生一零電流訊號，用於指示該些相電路的電流零交越點； 一轉速訊號查表模組，其儲存有一查詢表，該查詢表定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係，其中該轉速訊號查表模組響應於該轉速要求訊號，依據該轉速對該查詢表進行查詢，以產生一超前角指示訊號； 一自動超前角控制器，接收該超前角指示訊號、該零電流訊號及該位置參考訊號，經配置以依據該超前角指示訊號指示的超前角、該零電流訊號指示的電流零點及該位置參考訊號指示的旋轉參考位置產生一相位調整訊號，其用於指示一調整相位； 一調變訊號產生電路，接收該相位調整訊號，經配置以產生該些調變波形，更根據該相位調整訊號指示的調整相位來改變該些調變波形的相位， 其中，當該轉速要求訊號指示該轉速由一先前轉速調整至一當前轉速，該轉速訊號查表模組經配置以依據該當前轉速查詢並產生用於指示一當前超前角的該超前角指示訊號，該自動超前角控制器經配置以該當前超前角作為該調整相位產生該相位調整訊號，該調變訊號產生電路經配置以該調整相位對該些調變波形進行一粗略調整，以及 該自動超前角控制器進一步接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該電流零交越點及該反電動勢零點之間的一相位差產生另一相位調整訊號，該調變訊號產生電路接收該另一相位調整訊號，並依據該相位差對該些調變波形進行一細部調整，使該些相電路的該電流零交越點接近該反電動勢零點。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的馬達驅動電路，其中該馬達驅動訊號產生部包括： 一PWM產生器，接收該轉速要求訊號，經配置以產生多個PWM訊號，其中該PWM產生器還經配置以接收該些調變波形，以依據該些調變波形的調變特性以產生該些PWM訊號；以及 一閘極驅動電路，經配置以接收該些PWM訊號並產生該些閘極驅動訊號。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的馬達驅動電路，其中該些超前角係分別將該馬達以該些轉速驅動，調整多個預定超前角以確保該電流零交越點提前以一緩衝相位差出現於該反電動勢零點之前所產生。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的馬達驅動電路，其中該電流偵測模組包括一比較器，包括： 一第一輸入端，用於接收該些相電路的其中之一的電流； 一第二輸入端，用於接收一參考電流；以及 一輸出端，係在該比較器對該電流及該參考電流進行運算，以產生該零電流訊號，用於指示該電流的電流零交越點。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的馬達驅動電路，其中該自動超前角控制器進一步接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差與一預定相位差相減，以產生該另一相位調整訊號，用於將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差調整至該預定相位差。
  6. 一種馬達驅動方法，包括下列步驟： 配置一轉速要求產生器以接收一外部轉速要求訊號並產生一轉速要求訊號，其中該轉速要求訊號用於指示該馬達的一轉速； 配置一馬達驅動訊號產生部，接收該轉速要求訊號及多個調變波形，並依據該些調變波形的調變特性及該轉速要求訊號產生多個閘極驅動訊號； 配置一反相器電路的多個半橋電路以由該些閘極驅動訊號所控制，以產生多個馬達驅動訊號，分別輸入一馬達的多個相電路； 配置一位置偵測電路以接收來自該些相電路的多個反電動勢訊號，並產生一位置參考訊號，其中該位置參考訊號用於指示該馬達的一反電動勢零點； 配置一電流偵測模組以接收該些馬達驅動訊號，並產生一零電流訊號，其中該零電流訊號用於指示該些相電路的電流零交越點； 配置一轉速訊號查表模組儲存一查詢表，該查詢表定義多個轉速及多個超前角之間的對應關係； 配置該轉速訊號查表模組響應於該轉速要求訊號，依據該轉速對該查詢表進行查詢，以產生一超前角指示訊號； 配置一自動超前角控制器接收該超前角指示訊號、該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該超前角指示訊號指示的超前角、該零電流訊號指示的電流零點及該位置參考訊號指示的旋轉參考位置產生一相位調整訊號，其用於指示一調整相位； 配置一調變訊號產生電路接收該相位調整訊號，以產生該些調變波形，更根據該相位調整訊號指示的調整相位來改變該些調變波形的相位， 其中，當該轉速要求訊號指示該轉速由一先前轉速調整至一當前轉速，配置該轉速訊號查表模組以依據該當前轉速查詢並產生用於指示一當前超前角的該超前角指示訊號，配置該自動超前角控制器經配置以該當前超前角作為該調整相位產生該相位調整訊號，配置該調變訊號產生電路以該調整相位對該些調變波形進行一粗略調整，配置該自動超前角控制器接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以依據該電流零交越點及該反電動勢零點之間的一相位差產生另一相位調整訊號，配置該調變訊號產生電路接收該另一相位調整訊號，並依據該相位差對該些調變波形進行一細部調整，使該些相電路的該電流零交越點接近該反電動勢零點。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的馬達驅動方法，更包括： 配置該馬達驅動訊號產生部的一PWM產生器接收該轉速要求訊號，以產生多個PWM訊號； 配置該PWM產生器接收該些調變波形，以依據該些調變波形的調變特性以產生該些PWM訊號；以及 配置該馬達驅動訊號產生部的一閘極驅動電路以接收該些PWM訊號並產生該些閘極驅動訊號。
  8. 如申請專利範圍第6項所述的馬達驅動方法，更包括： 配置該馬達以該查詢表中的該些轉速驅動，調整多個預定超前角以確保該電流零交越點提前以一緩衝相位差出現於該反電動勢零點之前，以獲得對應該些轉速的該些超前角，並建立該查詢表。
  9. 如申請專利範圍第6項所述的馬達驅動方法，更包括： 配置該電流偵測模組的一比較器的一第一輸入端接收該些相電路的其中之一的電流； 配置該比較器的一第二輸入端接收一參考電流；以及 配置該比較器對該電流及該參考電流進行運算，以於該比較器的輸出端產生該零電流訊號，其中該零電流訊號用於指示該電流的電流零交越點。
  10. 如申請專利範圍第6項所述的馬達驅動方法，更包括： 配置該自動超前角控制器接收該零電流訊號及該位置參考訊號，以將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差與一預定相位差相減，以產生該另一相位調整訊號，其中該另一相位調整訊號用於將該電流零交越點及該反電動勢零點之間的該相位差調整至該預定相位差。
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