TWI687041B

TWI687041B - 馬達啟動裝置及方法

Info

Publication number: TWI687041B
Application number: TW108128810A
Authority: TW
Inventors: 陳昆民
Original assignee: 茂達電子股份有限公司
Priority date: 2019-08-13
Filing date: 2019-08-13
Publication date: 2020-03-01
Also published as: TW202107833A; US10978974B2; CN112398380B; CN112398380A; US20210050806A1

Abstract

本發明公開一種馬達啟動裝置，包括啟動單元、驅動單元、浮接點選擇單元、反電動勢偵測單元及控制單元。在啟動模式下，啟動單元依據換相順序產生具有多個相位的初始啟動訊號，驅動單元以初始啟動訊號中的第一相位驅動馬達，浮接點選擇單元根據驅動單元之驅動狀況，選擇馬達上未被導通之浮接相，反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，以產生偵測結果，控制單元根據偵測結果，輸出換相訊號至驅動單元。

Description

馬達啟動裝置及方法

本發明涉及一種馬達啟動裝置及方法，特別是涉及一種用於無感測器三相馬達的馬達啟動裝置及方法。

直流無刷馬達(direct current brushless motor)為一種常見的馬達，其具有高效率、輕、薄、短、小等優點，因而廣泛地被應用於各種領域。在現今之電子產品中，如個人電腦、筆記型電腦、通訊裝置及家用電器等等皆會使用到直流無刷馬達，例如各種電子產品之風扇馬達、電腦儲存裝置之主軸馬達皆是使用直流無刷馬達。一般來說，在驅動直流無刷馬達時，必須偵測馬達轉子的位置，以正確地驅動換相開關來進行換相程序。

現有的無刷直流馬達系統通常包含三相無刷直流馬達、霍爾感測器及驅動器。然而，由於霍爾感測器容易受外界環境的影響，造成感測準確度降低，甚至在某些環境下無法正常工作(例如溫度過高之環境)，另一方面，於無刷直流馬達系統中多了霍爾感測器的設計，除了會增加系統之體積外，更提高了製造成本，因此，不使用感測器之無感測驅動方法進而被提出。

在現有的無感測器驅動方法中，在馬達以開迴路方式驅動後，設定一激發相位，將馬達的轉子帶到某一定點位置附近，再設定換相時間，並設定對應的變短速度，使馬達換相加速，直到某一設定轉速進入閉迴路模式進行驅動。

然而，在上述的方法中，開迴路啟動需要設定一些馬達的慣性參數，導致設定複雜，且需要多個腳位來控制上述的參數，或需要記憶體進行燒錄，進而導致馬達設計成本及量產成本提昇。再者，於馬達老化時，開迴路的驅動方式容易在過程中產生失步的風險。

因此，急需一種不需調整慣性參數來節省馬達設計時間及量產成本的馬達啟動裝置及方法。

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用於無感測器三相馬達的馬達啟動裝置及方法。

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，提供一種馬達啟動裝置，用於啟動一馬達，其包括啟動單元、驅動單元、浮接點選擇單元、反電動勢偵測單元及控制單元。啟動單元經配置以在啟動模式及運轉模式之間切換，其中在啟動模式下，啟動單元依據換相順序產生具有多個相位的初始啟動訊號，且換相順序係依據馬達的預定轉動方向所設定。驅動單元耦接於啟動單元及馬達，經配置以初始啟動訊號中的第一相位驅動馬達。浮接點選擇單元耦接於驅動單元及馬達，用來根據驅動單元之驅動狀況，選擇馬達上未被導通之浮接相。反電動勢偵測單元耦接於浮接點選擇單元，經配置以偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，以產生偵測結果。控制單元，耦接於反電動勢偵測單元及驅動單元，經配置以依據換相順序控制反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，並根據偵測結果，輸出換相訊號至驅動單元。其中，在馬達由初始啟動訊號的第一相位驅動後，反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第二電壓位準，若是，則產生偵測結果，控制單元經配置以輸出換相訊號至驅動單元。其中，當驅動單元接收到換相訊號，經配置以依據換相順序，以第一相位後的一第二相位驅動馬達，控制單元控制反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第一電壓位準，若是，則產生偵測結果，控制單元經配置以依據偵測結果輸出換相訊號至驅動單元。其中，控制單元經配置以判斷偵測結果是否在預定時間內產生，若否，則產生強制換相訊號，以控制驅動單元依據換相順序，以所使用的初始啟動訊號的一當前相位的下一相位驅動馬達。

在一些實施例中，控制單元經配置以計算該偵測結果的數量，並經配置以判斷該偵測結果的數量是否超過一預定數量，若是，則控制該啟動單元進入該運轉模式，以產生一運轉訊號，該驅動單元依據該運轉訊號驅動該馬達。

在一些實施例中，反電動勢偵測單元包括一遲滯比較器，經配置以偵測該浮接相之反電動勢大於一遲滯電壓的正值或小於該遲滯電壓的負值，以產生一高電壓位準或一低電壓位準作為該偵測結果。

在一些實施例中，控制單元經配置以依據該些相位的該換相順序將該遲滯比較器設定為該第一電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值，或將該遲滯比較器設定為該第二電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值。

在一些實施例中，當該遲滯比較器被設定為該第一電壓位準並判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值時，若判斷該浮接相的反電動勢小於該遲滯電壓的負值時，則產生該低電壓位準以作為該偵測結果。

在一些實施例中，當該遲滯比較器被設定為該第二電壓位準以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值時，若判斷該浮接相的反電動勢大於該遲滯電壓的正值時，則產生該高電壓位準以作為該偵測結果。

在一些實施例中，控制單元進一步經配置以在產生該換相訊號或該強制換相訊號後，控制該反電動勢偵測單元在一遮罩時間後才偵測該浮接相的反電動勢。

在一些實施例中，當該驅動單元接收該換相訊號或該強制換相訊號後，將該初始切換訊號中用於驅動該馬達的該當前相位的下一相位轉換為一軟切換訊號以驅動該馬達。

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，提供一種馬達啟動方法，用於啟動一馬達，馬達啟動方法包括下列步驟：配置一啟動單元進入一啟動模式，以依據一換相順序產生具有多個相位的一初始啟動訊號，其中換相順序係依據馬達的一預定轉動方向所設定；配置一驅動單元以初始啟動訊號中的一第一相位驅動馬達；配置一浮接點選擇單元根據驅動單元之驅動狀況，選擇馬達上未被導通之一浮接相；配置一反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有一第一電壓位準或一第二電壓位準，以產生一偵測結果；配置一控制單元依據換相順序控制反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，並根據偵測結果，輸出一換相訊號至驅動單元；以及配置控制單元以判斷偵測結果是否在一預定時間內產生，若否，則配置控制單元產生一強制換相訊號，以控制驅動單元依據換相順序，以所使用的初始啟動訊號的一當前相位的下一相位驅動馬達，其中在馬達由初始啟動訊號的第一相位驅動後，配置反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第二電壓位準，若是，則產生偵測結果，並配置控制單元輸出換相訊號至驅動單元，其中當驅動單元接收到換相訊號，配置驅動單元以依據換相順序，以第一相位後的一第二相位驅動馬達，且配置控制單元控制反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第一電壓位準，若是，則配置反電動勢偵測單元產生偵測結果，並配置控制單元依據偵測結果輸出換相訊號至驅動單元。

在一些實施例中，馬達啟動方法，更包括配置該控制單元計算該偵測結果的數量，並判斷該偵測結果的數量是否超過一預定數量，若是，則配置該控制單元控制該啟動單元進入該運轉模式，以產生一運轉訊號，且配置該驅動單元依據該運轉訊號驅動該馬達。

在一些實施例中，該反電動勢偵測單元包括一遲滯比較器，且該馬達啟動方法更包括配置該遲滯比較器偵測該浮接相之反電動勢大於一遲滯電壓的正值或小於該遲滯電壓的負值，以產生一高電壓位準或一低電壓位準作為該偵測結果。

在一些實施例中，馬達啟動方法，更包括配置該控制單元依據該些相位的該換相順序將該遲滯比較器設定為該第一電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值，或將該遲滯比較器設定為該第二電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值。

在一些實施例中，馬達啟動方法，更包括配置該控制單元以在產生該換相訊號或該強制換相訊號後，控制該反電動勢偵測單元在一遮罩時間後才偵測該浮接相的反電動勢。

在一些實施例中，當該驅動單元接收該換相訊號或該強制換相訊號後，配置該驅動單元將該初始切換訊號中用於驅動該馬達的該當前相位的下一相位轉換為一軟切換訊號以驅動該馬達。

本發明的其中一有益效果在於，本發明所提供的馬達啟動裝置及方法，不需調整慣性參數，只需加入強制換相參數以避免0力矩之死點，可節省馬達設計時間及其它燒錄成本，並且適用性高，對於少量多樣的風扇產品極具優勢。

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“馬達啟動裝置及方法”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信號，但這些元件或者信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，或者一信號與另一信號。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。

請一併參閱圖1至圖3，圖1為本發明實施例的馬達啟動電路的電路架構圖，圖2為本發明實施例的馬達及驅動單元的電路架構圖，圖3為本發明實施例的馬達產生的力矩對應上正轉時浮接相的反電動勢電壓示意圖。

參閱圖1所示，本發明第一實施例提供一種馬達啟動裝置1，用於啟動一馬達11，其包括啟動單元10、驅動單元12、浮接點選擇單元14、反電動勢偵測單元16及控制單元18。其中，馬達11可為一三相無刷直流馬達。

啟動單元10可在啟動模式及運轉模式之間切換，其中在啟動模式下，啟動單元10依據換相順序產生具有多個相位的初始啟動訊號S1，且換相順序係依據馬達的預定轉動方向所設定。

如圖2所示，驅動單元12耦接於啟動單元10及馬達11，經配置以初始啟動訊號S1中的第一相位驅動馬達。驅動單元12可接收初始啟動訊號S1，以分別輸出開關訊號UH、UL、VH、VL、WH、WL來控制驅動單元12內之各個開關單元的導通或截止狀態。

一般而言，馬達12具有三個繞組，分別為U線圈繞組U、V線圈繞組V與W線圈繞組W。由圖2的電路架構可知，驅動單元12包括電晶體M1、M2、M3、M4、M5、M6，當電晶體M1與電晶體M5開啟時，此時馬達運轉的電流，由電源端經電晶體M1、馬達12的U線圈繞組U、V線圈繞組V，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U流向V線圈繞組V，U線圈繞組U流向W線圈繞組W，之後換向由U線圈繞組U流向W線圈繞組W，換向電流由V線圈繞組V流向W線圈繞組W，再由V線圈繞組V流向U線圈繞組U，V線圈繞組V流向W線圈繞組W。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。

再者，換相順序可例如圖3所示，為依序排列的UV、UW、VW、VU、WU及WV，依據此順序，啟動單元10可產生具有多個相位的初始啟動訊號S1，且換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV係依據馬達的預定轉動方向，例如正轉所設定。圖3亦繪示了在換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV中，所產生的力矩及對應的反電動勢。其中，U線圈繞組U作為浮接相時產生的反電動勢為Emf_A，V線圈繞組V作為浮接相時產生的反電動勢為Emf_B， W線圈繞組W作為浮接相時產生的反電動勢為Emf_C。

進一步，浮接點選擇單元14耦接於驅動單元12及馬達11，用來根據驅動單元12之驅動狀況，選擇馬達11上未被導通之浮接相。例如，以換相順序中的UV而言，即是U線圈繞組U及V線圈繞組V導通，而此時馬達11上未被導通之浮接相為W線圈繞組W，以換相順序中的UW而言，即是U線圈繞組U及W線圈繞組W導通，而此時馬達11上未被導通之浮接相為V線圈繞組V。

進一步，反電動勢偵測單元16耦接於浮接點選擇單元14，經配置以偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，以產生偵測結果。舉例來說，以換相順序中的UV而言，即是U線圈繞組U及V線圈繞組V導通，而此時反電動勢偵測單元16偵測馬達11上未被導通之浮接相為W線圈繞組W具有第一電壓位準或第二電壓位準。其中，第一電壓位準可為大於0的高電位，而第二電壓位準可為小於0的低電位，據此以產生偵測結果。

再者，控制單元18耦接於反電動勢偵測單元16及驅動單元14，經配置以依據換相順序，例如換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV，來控制反電動勢偵測單元16對浮接相之反電動勢進行偵測，以判定其具有第一電壓位準或第二電壓位準，並根據偵測結果，輸出換相訊號S2至驅動單元12。

其中，在馬達11由初始啟動訊號S1的第一相位驅動後，例如，第一相位可為控制U線圈繞組U及V線圈繞組V導通的開關訊號，而反電動勢偵測單元16偵測浮接相（此時為W線圈繞組W）的反電動勢（此時為反電動勢Emf_C）電壓是否具有第二電壓位準，若是，則產生偵測結果，控制單元18經配置以輸出換相訊號S2至驅動單元12。

當驅動單元12接收到換相訊號S2，可依據換相順序，以第一相位後的第二相位驅動馬達11。舉例來說，當第一相位為控制U線圈繞組U及V線圈繞組V導通的開關訊號，依據換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV，第二相位為控制U線圈繞組U及W線圈繞組W導通的開關訊號。接著，控制單元18控制反電動勢偵測單元16偵測浮接相（此時為V）的反電動勢（此時為反電動勢Emf_B）電壓是否具有第一電壓位準，若是，則產生偵測結果，控制單元18經配置以依據偵測結果輸出換相訊號S2至驅動單元14。更具體而言，控制單元18是依據換相順序，決定反電動勢偵測單元16此時要偵測的是第一電壓位準或第二電壓位準（例如大於0的高電位或小於0的低電位）。例如，依據換相順序UV及UW，以及預期要在U線圈繞組U、V線圈繞組V、W線圈繞組W上產生的反電動勢的趨勢，可決定反電動勢偵測單元16於換相順序UV時偵測第二電壓位準（小於0的低電位），且於換相順序UW時偵測第一電壓位準（大於0的高電位）。

再者，控制單元18可包括計數器，用於判斷偵測結果是否在預定時間內產生，若否，則產生強制換相訊號S3，以控制驅動單元12依據換相順序，以所使用的初始啟動訊號S1的當前相位的下一相位驅動馬達11，例如，當當前相位為控制U線圈繞組U及V線圈繞組V導通的開關訊號，依據換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV，下一相位為控制U線圈繞組U及W線圈繞組W導通的開關訊號。換言之，當在預定時間內，反電動勢偵測單元16沒有偵測到對應的反電動勢訊號，則強制由UV切換為UW。詳細而言，強制換相時間是避免激磁時，轉子停在合成總力矩接近於0的點，並且，強制啟動設定的時間不能小於啟動時轉子慣性換相的時間。

此後，以三相無感測器馬達為例，以三相六步為一個循環偵測浮接相的反電動勢電壓的高低準位，其目的在於，通過偵測浮接相的反電動勢電壓位準，可使換相點趨近於反電動勢零點，以正確啟動馬達11，進而穩定後可進入運轉模式。再者，無須針對反電動勢零點進行偵測，而省去了對馬達慣性參數設定的必要性。

在一些實施例中，控制單元18更可計算偵測結果的數量，並經配置以判斷偵測結果的數量是否超過預定數量，若是，則控制16啟動單元進入運轉模式，以產生運轉訊號S4，使驅動單元12依據運轉訊號S4驅動馬達11。

在一些實施例中，反電動勢偵測單元16可為一遲滯比較器，經配置以偵測浮接相之反電動勢大於遲滯電壓的正值，或小於遲滯電壓的負值，以產生高電壓位準H或低電壓位準L作為該偵測結果。

例如，控制單元18可依據換相順序UV、UW、VW、VU、WU及WV，將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢是否小於遲滯電壓的負值，或將遲滯比較器設定為第二電壓位準，以判斷浮接相的反電動勢是否大於遲滯電壓的正值。

詳細而言，在換相順序為UV時，控制單元18可將遲滯比較器設定為高電位，此時，遲滯比較器偵測浮接相之反電動勢（此時為W線圈繞組W的反電動勢Emf_C）是否小於遲滯電壓的負值。在換相順序為UW時，控制單元18可將遲滯比較器設定為低電位，此時，遲滯比較器偵測浮接相之反電動勢（此時為V線圈繞組V的反電動勢Emf_B）是否大於遲滯電壓的正值。如此，將可避免電壓小幅擾動造成比較器誤判反電動勢電壓的位準的情形，進而提昇偵測的精確度。

在一些實施例中，當遲滯比較器被設定為第一電壓位準並判斷浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值時，若判斷浮接相的反電動勢小於遲滯電壓的負值時，則產生低電壓位準以作為偵測結果。另一方面，當遲滯比較器被設定為第二電壓位準以判斷浮接相的反電動勢是否大於遲滯電壓的正值時，若判斷浮接相的反電動勢大於遲滯電壓的正值，則產生高電壓位準以作為偵測結果。

在一些實施例中，控制單元18還可在產生換相訊號S2或強制換相訊號S3後，控制反電動勢偵測單元16在一遮罩時間後才偵測浮接相的反電動勢。其目的在於避免浮接相在換相時，剛切換而未達到穩定電壓時，會造成反電動勢電壓位準的誤判情形。

在一些實施例中，當驅動單元12接收換相訊號S2或強制換相訊號S4後，將初始切換訊號S1中用於驅動馬達11的當前相位的下一相位轉換為一軟切換訊號以驅動馬達11。舉例而言，對於馬達線圈與轉子而言，在接近換相時點的時候，因為馬達線圈與轉子的相對位置逐漸接近，會導致感應電動勢的變化使得線圈電流增加；不過，在換相的時候，開關元件切換又會造成線圈電流急速下降。此電流的劇烈變化除了會產生噪音，由於轉子磁極接近馬達線圈時，馬達線圈所產生的磁場對於馬達轉動並沒有太大的幫助，因此，在轉子磁極接近馬達線圈時，線圈電流增加並不會對於驅動馬達有明顯的幫助。此部分的電流可理解為馬達驅動的無效電流，其所伴隨產生的功耗及磁場形同浪費。因此，軟切換訊號可定義出固定的提早切換區間，以調整原本的初始切換訊號S1的時序，以產生新的控制信號，使線圈電流提早放電到零，避免無效電流的產生。

進一步，請參照圖4及圖5，其為依據本發明實施例的馬達啟動第一範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖及馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

如圖所示，假設馬達11的初始位置為位置P1，其轉子及定子示意如圖5所示，馬達11為一四極六槽馬達，轉子的磁極N、S及感應產生的磁極N、S如圖所示。其中，控制單元18可依據換相順序UV將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_C）是否小於遲滯電壓的負值。此時，由於U相產生S極，V相產生N極，使轉子正轉，而轉子的N極靠近浮接相，而產生N極的反電動勢，使反電動勢Emf_C產生正值。直到轉子的N極遠離浮接相，而產生S極的反電動勢，使反電動勢Emf_C轉為負值，遲滯比較器偵測到過零點zc1，產生偵測結果，控制單元18進而於位置P2產生換相訊號S2，使換相順序由UV進入UW。

在進入UW後，控制單元18可依據換相順序UW將遲滯比較器設定為第二電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_B）是否大於遲滯電壓的負值。此時，由於轉子的S極接近浮接相，產生S極的反電動勢，使反電動勢Emf_B產生負值。直到轉子的S極遠離浮接相，而產生N極的反電動勢，使反電動勢Emf_B轉為正值，遲滯比較器偵測到過零點zc2，產生偵測結果，控制單元18進而於位置P3產生換相訊號S2，使換相順序由UW進入VW。在此範例中，由於遲滯比較器可完整偵測到反電動勢由正轉為負或由負轉為正的完整趨勢，因此換相訊號S2產生的時機即為正確的換相時機，偵測結果將對應於理想的換相點，當馬達11穩定啟動後，可進入運轉模式。

進一步，請參照圖6及圖7，其為依據本發明實施例的馬達啟動第二範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖及馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

如圖所示，假設馬達11的初始位置為位置P1，其轉子及定子示意如圖7所示，控制單元18可依據換相順序UV將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_C）是否小於遲滯電壓的負值。此時，由於U相產生S極，V相產生N極，使轉子正轉，而轉子的N極由靠近浮接相轉為遠離浮接相，而產生N極轉為S極的反電動勢，使反電動勢Emf_C由正值轉為負值，此時，遲滯比較器於啟動後馬上偵測到過零點zc1，產生偵測結果，控制單元18進而於位置P1產生換相訊號S2，使換相順序由UV進入UW。

在進入UW後，控制單元18可依據換相順序UW將遲滯比較器設定為第二電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_B）是否大於遲滯電壓的負值。此時，由於轉子的S極接近浮接相，產生S極的反電動勢，使反電動勢Emf_B產生負值。直到轉子的S極遠離浮接相，而產生N極的反電動勢，使反電動勢Emf_B轉為正值，遲滯比較器偵測到過零點zc2，產生偵測結果，控制單元18進而於位置P3產生換相訊號S2，使換相順序由UW進入VW。在此範例中，由於遲滯比較器可在進入UW後完整偵測到反電動勢由由負轉為正的完整趨勢，因此換相訊號S2產生的時機即為正確的換相時機，偵測結果將對應於理想的換相點，當馬達11穩定啟動後，可進入運轉模式。

進一步，請參照圖8、圖9A及圖9B，其為依據本發明實施例的馬達啟動第三範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖及馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

如圖所示，假設馬達11的初始位置為位置P1，其轉子及定子的起始示意如圖9B所示，控制單元18可依據換相順序UV將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_C）是否小於遲滯電壓的負值。此時，由於U相產生S極，V相產生N極，使轉子反轉，將會產生一慣性使轉子移動到位置P2，而轉子及定子的停止轉動的示意如圖9A所示，而在此過程中，雖然反電動勢Emf_C似乎感應出負電動勢，然而，由於此時轉子方向為反轉，因此感應出的反電動勢Emf_C實質上為正值。當慣性消失，轉子開始正轉，反電動勢Emf_C由正值轉為負值，此時，遲滯比較器於正轉後馬上偵測到反電動勢Emf_C小於遲滯電壓的負值，進而產生偵測結果，控制單元18進而於位置P2產生換相訊號S2，使換相順序由UV進入UW。

進一步，請參照圖10、圖11A及圖11B，其為依據本發明實施例的馬達啟動第四範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖及馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

如圖所示，假設馬達11的初始位置為位置P1，其轉子及定子的起始示意如圖11A所示，控制單元18可依據換相順序UV將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_C）是否小於遲滯電壓的負值。此時，由於U相產生S極，V相產生N極，使轉子反轉，將會產生一慣性使轉子反轉，而在此過程中，由於此時轉子方向為反轉，因此感應出的反電動勢Emf_C實質上為負值，遲滯比較器偵測到反電動勢Emf_C小於遲滯電壓的負值，進而產生偵測結果，控制單元18進而於位置P2產生換相訊號S2，使換相順序由UV進入UW。

在進入UW後，控制單元18可依據換相順序UW將遲滯比較器設定為第二電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_B）是否大於遲滯電壓的正值。此時，轉子仍在反轉。直到慣性消失，轉子開始正轉，反電動勢Emf_B由負值轉為正值，而轉子及定子的停止轉動的示意如圖11B所示，此時，此時，遲滯比較器於正轉後馬上偵測到反電動勢Emf_B大於遲滯電壓的正值，進而產生偵測結果，控制單元18進而於位置P2產生換相訊號S2，使換相順序由UW進入VW。

在進入VW後，控制單元18可依據換相順序VW將遲滯比較器設定為第一電壓位準，進而判斷浮接相的反電動勢（此時為反電動勢Emf_A）是否小於遲滯電壓的負值。此時，由於轉子的S極接近浮接相，產生S極的反電動勢，使反電動勢Emf_A產生負值。直到轉子的S極遠離浮接相，而產生N極的反電動勢，使反電動勢Emf_A轉為正值，遲滯比較器偵測到過零點zc3，產生偵測結果，控制單元18進而於位置P3產生換相訊號S2，使換相順序由UW進入VW。在此範例中，由於遲滯比較器可在進入UW後完整偵測到反電動勢由負轉為正的完整趨勢，因此換相訊號S2產生的時機即為正確的換相時機，偵測結果將對應於理想的換相點，當馬達11穩定啟動後，可進入運轉模式。

換言之，依據上述第一範例至第四範例，可知不論馬達11中的轉子與定子的相對位置為何，均可通過偵測浮接相的反電動勢準位，進而使換相點趨近反電動勢過零點，最終獲得理想的換相點。此外，本發明所提供的馬達啟動裝置不需調整慣性參數，只需加入強制換相參數，以避免0力矩之死點，可節省馬達設計時間及其它燒錄成本，並且適用性高，對於少量多樣的風扇產品極具優勢。

請參照圖12及圖13，其為根據本發明實施例之馬達啟動方法之流程圖。本實施例所述的方法可以在圖1所示的馬達啟動裝置1上執行，因此請一併照圖1至圖11B以利理解，而馬達啟動方法包括以下步驟：

步驟S100：配置啟動單元進入啟動模式，以依據換相順序產生具有多個相位的初始啟動訊號，其中換相順序係依據馬達的一預定轉動方向所設定；配置一驅動單元以初始啟動訊號中的一第一相位驅動馬達。

步驟S101：配置浮接點選擇單元根據驅動單元之驅動狀況，選擇馬達上未被導通之浮接相；

步驟S102：配置反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，以產生偵測結果；

步驟S103：配置控制單元依據換相順序控制反電動勢偵測單元偵測浮接相之反電動勢具有第一電壓位準或第二電壓位準，並根據偵測結果，輸出換相訊號至驅動單元；

步驟S104：配置控制單元以判斷偵測結果是否在預定時間內產生，若是，則回到步驟S101，若否，則進入步驟S104，配置控制單元產生強制換相訊號，以控制驅動單元依據換相順序，以所使用的初始啟動訊號的當前相位的下一相位驅動馬達。

其中在步驟S101中，當馬達由初始啟動訊號的第一相位驅動後(步驟S200)，進入步驟S201：配置反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第二電壓位準。

若浮接相的反電動勢電壓具有第二電壓位準（步驟S202），則進入步驟S203，產生偵測結果，並配置控制單元輸出換相訊號至驅動單元，當驅動單元接收到換相訊號，進入步驟S204：配置驅動單元以依據換相順序，以第一相位後的一第二相位驅動馬達，且配置控制單元控制反電動勢偵測單元偵測浮接相的反電動勢電壓是否具有第一電壓位準。

若浮接相的反電動勢電壓具有第一電壓位準（步驟S205），則進入步驟S206：配置反電動勢偵測單元產生偵測結果，並配置控制單元依據偵測結果輸出換相訊號至驅動單元，並回到步驟S101。

[實施例的有益效果]

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:馬達啟動裝置 11:馬達 10:啟動單元 12:驅動單元 14:浮接點選擇單元 16:反電動勢偵測單元 18:控制單元 S1:初始啟動訊號 S2:換相訊號 S3:強制換相訊號 S4:運轉訊號 U:U線圈繞組 V:V線圈繞組 W:W線圈繞組 UH、UL、VH、VL、WH、WL:開關訊號 M1、M2、M3、M4、M5、M6:電晶體 Emf_A、Emf_B、Emf_C:反電動勢 UV、UW、VW、VU、WU、WV:換相順序 P1、P2、P3:位置 zc1、zc2、zc3:過零點 N、S:磁極

圖1為本發明實施例的馬達啟動電路的電路架構圖。

圖2為本發明實施例的馬達及驅動單元的電路架構圖。

圖3為本發明實施例的馬達產生的力矩對應上正轉時浮接相的反電動勢電壓示意圖。

圖4為依據本發明實施例的馬達啟動第一範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖。

圖5為依據本發明實施例的馬達啟動第一範例示出的馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

圖6為依據本發明實施例的馬達啟動第二範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖。

圖7為依據本發明實施例的馬達啟動第二範例示出的馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

圖8為依據本發明實施例的馬達啟動第三範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖。

圖9A及圖9B為依據本發明實施例的馬達啟動第三範例示出的馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

圖10為依據本發明實施例的馬達啟動第四範例示出的力矩對反電動勢電壓示意圖。

圖11A及圖11B為依據本發明實施例的馬達啟動第四範例示出的馬達轉子及定子的相對位置示意圖。

圖12及圖13為根據本發明實施例之馬達啟動方法之流程圖。

1:馬達啟動裝置

11:馬達

10:啟動單元

12:驅動單元

14:浮接點選擇單元

16:反電動勢偵測單元

18:控制單元

S1:初始啟動訊號

S2:換相訊號

S3:強制換相訊號

S4:運轉訊號

Claims

一種馬達啟動裝置，用於啟動一馬達，其包括：一啟動單元，經配置以在一啟動模式及一運轉模式之間切換，其中在該啟動模式下，該啟動單元依據一換相順序產生具有多個相位的一初始啟動訊號，且該換相順序係依據該馬達的一預定轉動方向所設定；一驅動單元，耦接於該啟動單元及該馬達，經配置以該初始啟動訊號中的一第一相位驅動該馬達；一浮接點選擇單元，耦接於該驅動單元及該馬達，用來根據該驅動單元之驅動狀況，選擇該馬達上未被導通之一浮接相；一反電動勢偵測單元，耦接於該浮接點選擇單元，經配置以偵測該浮接相之反電動勢具有一第一電壓位準或一第二電壓位準，以產生一偵測結果；以及一控制單元，耦接於該反電動勢偵測單元及該驅動單元，經配置以依據該換相順序控制該反電動勢偵測單元偵測該浮接相之反電動勢具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，並根據該偵測結果，輸出一換相訊號至該驅動單元；其中在該馬達由該初始啟動訊號的該第一相位驅動後，該反電動勢偵測單元偵測該浮接相的反電動勢電壓是否具有該第二電壓位準，若是，則產生該偵測結果，該控制單元經配置以輸出該換相訊號至該驅動單元，其中當該驅動單元接收到該換相訊號，經配置以依據該換相順序，以該第一相位後的一第二相位驅動該馬達，該控制單元控制該反電動勢偵測單元偵測該浮接相的反電動勢電壓是否具有該第一電壓位準，若是，則產生該偵測結果，該控制單元經配置以依據該偵測結果輸出該換相訊號至該驅動單元，其中該控制單元經配置以判斷該偵測結果是否在一預定時間內產生，若否，則產生一強制換相訊號，以控制該驅動單元依據該換相順序，以所使用的該初始啟動訊號的一當前相位的下一相位驅動該馬達。
如申請專利範圍第1項所述的馬達啟動裝置，其中該控制單元經配置以計算該偵測結果的數量，並經配置以判斷該偵測結果的數量是否超過一預定數量，若是，則控制該啟動單元進入該運轉模式，以產生一運轉訊號，該驅動單元依據該運轉訊號驅動該馬達。
如申請專利範圍第1項所述的馬達啟動裝置，其中該反電動勢偵測單元包括一遲滯比較器，經配置以偵測該浮接相之反電動勢大於一遲滯電壓的正值或小於該遲滯電壓的負值，以產生一高電壓位準或一低電壓位準作為該偵測結果。
如申請專利範圍第3項所述的馬達啟動裝置，其中該控制單元經配置以依據該些相位的該換相順序將該遲滯比較器設定為該第一電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值，或將該遲滯比較器設定為該第二電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值。
如申請專利範圍第4項所述的馬達啟動裝置，其中當該遲滯比較器被設定為該第一電壓位準並判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值時，若判斷該浮接相的反電動勢小於該遲滯電壓的負值時，則產生該低電壓位準以作為該偵測結果。
如申請專利範圍第5項所述的馬達啟動裝置，其中當該遲滯比較器被設定為該第二電壓位準以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值時，若判斷該浮接相的反電動勢大於該遲滯電壓的正值時，則產生該高電壓位準以作為該偵測結果。
如申請專利範圍第1項所述的馬達啟動裝置，其中該控制單元進一步經配置以在產生該換相訊號或該強制換相訊號後，控制該反電動勢偵測單元在一遮罩時間後才偵測該浮接相的反電動勢。
如申請專利範圍第1項所述的馬達啟動裝置，其中當該驅動單元接收該換相訊號或該強制換相訊號後，將該初始切換訊號中用於驅動該馬達的該當前相位的下一相位轉換為一軟切換訊號以驅動該馬達。
一種馬達啟動方法，用於啟動一馬達，該馬達啟動方法包括下列步驟：配置一啟動單元進入一啟動模式，以依據一換相順序產生具有多個相位的一初始啟動訊號，其中該換相順序係依據該馬達的一預定轉動方向所設定；配置一驅動單元以該初始啟動訊號中的一第一相位驅動該馬達；配置一浮接點選擇單元根據該驅動單元之驅動狀況，選擇該馬達上未被導通之一浮接相；配置一反電動勢偵測單元偵測該浮接相之反電動勢具有一第一電壓位準或一第二電壓位準，以產生一偵測結果；配置一控制單元依據該換相順序控制該反電動勢偵測單元偵測該浮接相之反電動勢具有該第一電壓位準或該第二電壓位準，並根據該偵測結果，輸出一換相訊號至該驅動單元；以及配置該控制單元以判斷該偵測結果是否在一預定時間內產生，若否，則配置該控制單元產生一強制換相訊號，以控制該驅動單元依據該換相順序，以所使用的該初始啟動訊號的一當前相位的下一相位驅動該馬達，其中在該馬達由該初始啟動訊號的該第一相位驅動後，配置該反電動勢偵測單元偵測該浮接相的反電動勢電壓是否具有該第二電壓位準，若是，則產生該偵測結果，並配置該控制單元輸出該換相訊號至該驅動單元，其中當該驅動單元接收到該換相訊號，配置該驅動單元以依據該換相順序，以該第一相位後的一第二相位驅動該馬達，且配置該控制單元控制該反電動勢偵測單元偵測該浮接相的反電動勢電壓是否具有該第一電壓位準，若是，則配置該反電動勢偵測單元產生該偵測結果，並配置該控制單元依據該偵測結果輸出該換相訊號至該驅動單元。
如申請專利範圍第9項所述的馬達啟動方法，更包括配置該控制單元計算該偵測結果的數量，並判斷該偵測結果的數量是否超過一預定數量，若是，則配置該控制單元控制該啟動單元進入該運轉模式，以產生一運轉訊號，且配置該驅動單元依據該運轉訊號驅動該馬達。
如申請專利範圍第9項所述的馬達啟動方法，其中該反電動勢偵測單元包括一遲滯比較器，且該馬達啟動方法更包括配置該遲滯比較器偵測該浮接相之反電動勢大於一遲滯電壓的正值或小於該遲滯電壓的負值，以產生一高電壓位準或一低電壓位準作為該偵測結果。
如申請專利範圍第11項所述的馬達啟動方法，更包括配置該控制單元依據該些相位的該換相順序將該遲滯比較器設定為該第一電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值，或將該遲滯比較器設定為該第二電壓位準，以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值。
如申請專利範圍第12項所述的馬達啟動方法，其中當該遲滯比較器被設定為該第一電壓位準並判斷該浮接相的反電動勢是否小於該遲滯電壓的負值時，若判斷該浮接相的反電動勢小於該遲滯電壓的負值時，則產生該低電壓位準以作為該偵測結果。
如申請專利範圍第13項所述的馬達啟動方法，其中當該遲滯比較器被設定為該第二電壓位準以判斷該浮接相的反電動勢是否大於該遲滯電壓的正值時，若判斷該浮接相的反電動勢大於該遲滯電壓的正值時，則產生該高電壓位準以作為該偵測結果。
如申請專利範圍第9項所述的馬達啟動方法，更包括配置該控制單元以在產生該換相訊號或該強制換相訊號後，控制該反電動勢偵測單元在一遮罩時間後才偵測該浮接相的反電動勢。
如申請專利範圍第9項所述的馬達啟動方法，其中當該驅動單元接收該換相訊號或該強制換相訊號後，配置該驅動單元將該初始切換訊號中用於驅動該馬達的該當前相位的下一相位轉換為一軟切換訊號以驅動該馬達。