TWI738392B

TWI738392B - 馬達驅動系統及控制方法

Info

Publication number: TWI738392B
Application number: TW109120828A
Authority: TW
Inventors: 張奕然; 周逸凱; 江伯崧; 陳建豪
Original assignee: 台達電子工業股份有限公司
Priority date: 2019-06-20
Filing date: 2020-06-19
Publication date: 2021-09-01
Also published as: US20200403552A1; TW202103434A; US11133770B2

Abstract

本案為一種馬達驅動系統及控制方法，馬達驅動系統具有兩個安全扭矩關斷模組，以達成雙路冗餘設計，進而提升馬達驅動系統之安全性，此外，馬達驅動系統更具有診斷功能，以診斷安全扭矩關斷模組是否存在故障問題。馬達驅動系統確保其安全扭矩關斷模組符合相關安全規範。

Description

馬達驅動系統及控制方法

本案為一種馬達驅動系統及控制方法，尤指一種具有兩個安全扭矩關斷模組的馬達驅動系統及其控制方法，用以達成雙路冗餘設計，並可對安全扭矩關斷模組進行故障診斷。

在現有技術中，為防止具馬達之電動機意外起動，或避免發生有人身損害的事故，人們針對馬達系統類的相關產品，例如變頻器(inverter)及伺服電機驅動器(servo motor drive)等，提出了安全扭矩關斷(Safety torque off)功能的要求。安全扭矩關斷功能能使電動機達到無扭矩狀態，即安全扭矩關斷功能可以用作停止電動機(例如電動機的過熱保護、過速保護或緊急停止)的致動過程，也可以用作防止電動機有不期望的啟動及致動。

因此，如何提高安全扭矩關斷電路的安全性，以及如何在安全扭矩關斷電路可能存在故障問題導致無法正常運作時，事先進行故障診斷，藉此使安全扭矩關斷電路符合平均診斷覆蓋率(Average Diagnostic Coverage，DCavg)以及安全故障失效比率（Safe Failure Fraction，SFF）的相關安全需求，為目前的研發重點。

本案之目的為提供一種馬達驅動系統及控制方法，其係具有兩個安全扭矩關斷模組，以達成雙路冗餘設計，進而提升馬達驅動系統之安全性。此外，馬達驅動系統更具有診斷功能，以診斷安全扭矩關斷模組是否存在故障問題。更甚者，本案有利於提高安全扭矩關斷模組的安全性，並在安全扭矩關斷模組可能有故障時，提前執行故障診斷，以確保安全扭矩關斷模組滿足平均診斷覆蓋率 (DCavg) 和安全故障失效比率 (SFF)。

為達上述目的，本案之一實施態樣為提供一種馬達驅動系統，用於驅動一馬達，包含控制單元、第一安全扭矩關斷模組、第二安全扭矩關斷模組、第一閘極驅動電路、第二閘極驅動電路以及診斷模組。第一安全扭矩關斷模組包括第一耦合模組，且電連接於控制單元，用以接收控制單元之第一控制訊號，第一安全扭矩關斷模組轉換第一控制訊號為第一驅動訊號。第二安全扭矩關斷模組包括第二耦合模組，且電連接於控制單元，用以接收控制單元之第二控制訊號，第二安全扭矩關斷模組轉換第二控制訊號為第二驅動訊號。第一閘極驅動電路電連接於第一安全扭矩關斷模組，用於接收第一驅動訊號，第一閘極驅動電路驅動一高壓側開關，該高壓側開關電連接於馬達。第二閘極驅動電路電連接於第二安全扭矩關斷模組，用於接收第二驅動訊號，第二閘極驅動電路驅動一低壓側開關，該低壓側開關電連接於馬達。診斷模組包括微控制器，且電連接於第一安全扭矩斷開模組及該第二安全扭矩斷開模組，以分別接收第一驅動訊號及第二驅動訊號，該診斷模組比較第一驅動訊號與第二驅動訊號，以輸出一比較結果。其中微控制器依據比較結果判斷第一安全扭矩關斷模組及第二安全扭矩關斷模組中之任一者是否故障。

為達上述目的，本案之另一實施態樣為提供一種馬達驅動系統之控制方法，包括步驟：利用控制單元，輸出第一控制訊號與第二控制訊號分別至第一安全扭矩斷開模組與第二安全扭矩斷開模組；利用第一安全扭矩斷開模組，根據第一控制訊號輸出第一驅動訊號；利用第二安全扭矩斷開模組，根據第二控制訊號輸出第二驅動訊號；利用診斷模組，比較第一驅動訊號與第二驅動訊號，以輸出一比較結果至微控制器；利用微控制器，根據該比較結果判斷第一安全扭矩斷開模組與第二安全扭矩斷開模組為正常運作，其中該比較結果係當第一控制訊號與第二控制訊號為相同電壓準位時，第一驅動訊號與第二驅動訊號為相同；以及利用微控制器，根據該比較結果判斷第一安全扭矩斷開模組與第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障，其中該比較結果係當第一控制訊號與第二控制訊號為相同電壓準位時，第一驅動訊號與第二驅動訊號為相異。

體現本案特徵與優點的一些典型實施例將在後段的說明中詳細敘述。應理解的是本案能夠在不同的態樣上具有各種的變化，其皆不脫離本案的範圍，且其中的說明及圖示在本質上當作說明之用，而非架構於限制本案。

第1圖為本案第一較佳實施例之馬達驅動系統1的電路結構示意圖，第2圖為第1圖所示之第一控制訊號S1、第二控制訊號S2及診斷訊號Vd的訊號時序圖。如第1圖及第2圖所示，本實施例之馬達驅動系統1係與馬達9電連接，用以驅動馬達9運作，其中馬達驅動系統1可為但不限應用於電梯設備中，而馬達9則用於驅動電梯設備之電梯移動。馬達驅動系統1包含開關電路10、第一閘極驅動電路11、第二閘極驅動電路12、控制單元13、第一安全扭矩關斷模組14、第二安全扭矩關斷模組15及診斷模組16。開關電路10與馬達9電連接，且包含高壓側開關100及低壓側開關101，高壓側開關100及低壓側開關101可分別為但不限於由絕緣柵雙極電晶體（Insulated Gate Bipolar Transistor， IGBT）所構成。當高壓側開關100及低壓側開關101運作而進行交錯地導通及截止的切換時，開關電路10便驅動馬達9運作。

第一閘極驅動電路11與高壓側開關100電連接，用以在啟動時，依據第一脈衝寬度調變訊號而驅動高壓側開關100運作。第二閘極驅動電路12與低壓側開關101電連接，用以在啟動時，依據第二脈衝寬度調變訊號驅動低壓側開關101運作。控制單元13可為但不限於包含可程式化邏輯控制器(Programmable Logic Controller，PLC)。於此實施例中，控制單元13更運作於運作模式或診斷模式，其中在運作模式下或診斷模式下，控制單元13利用可程式化邏輯控制器輸出第一控制訊號S1及第二控制訊號S2。

於一些實施例中，當控制單元13運作於運作模式時，馬達驅動系統1運作，而馬達9則為運作或不運作。更進一步說明，當控制單元13運作於運作模式且馬達驅動系統1處於正常運作狀態時，控制單元13會輸出分別具有第一邏輯電壓準位(即高電壓準位)之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，藉此讓馬達9可以運作；當控制單元13運作於運作模式但馬達驅動系統1處於緊急運作狀態，例如馬達9因應安全保護措施而需立即停止運作時，控制單元13會輸出分別具有第二邏輯電壓準位(即低電壓準位)之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，藉此讓馬達9停止運作。另外，當控制單元13運作於診斷模式時，此時馬達驅動系統1運作，然馬達9並不運作，且控制單元13更輸出在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間做電壓準位切換之第一控制訊號S1，及輸出在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間做電壓準位切換之第二控制訊號S2。控制單元13可根據電壓準位之比較而診斷第一安全扭矩關斷模組14與第二安全扭矩關斷模組15之任何一安全扭矩關斷模組是否故障，藉此實現馬達驅動系統1內部電路之安全性診斷。於上述實施例中，當控制單元13運作於運作模式時，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2可為相同的訊號，當控制單元13運作於診斷模式時，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2可為相異的訊號。另外，於本實施例中，第一邏輯電壓準位可為高電壓準位，而第二邏輯電壓準位可為低電壓準位，但不以此為限。

於上述實施例中，第一安全扭矩斷開模組14電連接於控制單元13及第一閘極驅動電路11之間，並用以控制第一閘極驅動電路11啟動與否，即當控制單元13運作於運作模式且輸出具第一邏輯電壓準位之第一控制訊號S1時，第一安全扭矩斷開模組14便對應輸出可使第一閘極驅動電路11啟動之第一驅動訊號Sa，使第一閘極驅動電路11啟動而可依據第一脈衝寬度調變訊號驅動高壓側開關100進行運作；當控制單元13運作於運作模式且輸出具第二邏輯電壓準位之第一控制訊號S1時，第一安全扭矩斷開模組14所對應輸出之第一驅動訊號Sa便使第一閘極驅動電路11不啟動，進而使高壓側開關100不運作。另外，當控制單元13運作於診斷模式時，由於第一控制訊號S1在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間做電壓準位的切換，故在第一安全扭矩關斷模組14為正常運作的情況下，第一安全扭矩關斷模組14所輸出的第一驅動訊號Sa同樣對應地在不同的兩個邏輯電壓準位間進行切換。

於此實施例中，第二安全扭矩斷開模組15電連接於控制單元13及第二閘極驅動電路12之間，用以控制第二閘極驅動電路12啟動與否，即當控制單元13運作於運作模式且輸出具第一邏輯電壓準位之第二控制訊號S2時，第二安全扭矩斷開模組15便對應輸出可使第二閘極驅動電路12啟動之第二驅動訊號Sb，使第二閘極驅動電路12啟動而可依據第二脈衝寬度調變訊號驅動低壓側開關101進行運作；當控制單元13運作於運作模式且輸出具第二邏輯電壓準位之第二控制訊號S2時，第二安全扭矩斷開模組15所對應輸出之第二驅動訊號Sb便使第二閘極驅動電路12不啟動，進而使低壓側開關101不運作。另外，當控制單元13運作於診斷模式時，由於第二控制訊號S2在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間做邏輯電壓準位的切換，故在第二安全扭矩關斷模組15為正常運作的情況下，第二安全扭矩關斷模組15所輸出的第二驅動訊號Sb同樣對應地在不同的兩個邏輯電壓準位間進行切換。於一些實施例中，第一安全扭矩斷開模組14及第二安全扭矩斷開模組15的電路結構可為相同，但不以此為限。此外，第一脈衝寬度調變訊號及第二脈衝寬度調變訊號可分別為但不限於三相脈衝寬度調變訊號。

於此實施例中，診斷模組16電連接於控制單元13、具有第一耦合模組之第一安全扭矩斷開模組14及具有第二耦合模組之第二安全扭矩斷開模組15，且包括反或(NOR)閘電路160。當診斷模組16接收到第一安全扭矩斷開模組14所輸出之第一驅動訊號Sa及第二安全扭矩斷開模組15所輸出之第二驅動訊號Sb時，診斷模組16利用反或閘電路160對第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb進行第一反或運算，並依據第一反或運算之運作結果輸出診斷訊號Vd，並送該診斷訊號Vd回控制單元13，藉此控制單元13依據診斷訊號Vd診斷第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15中之任一者是否故障。

於一些實施例中，診斷模組16可選擇性地輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，並可選擇性地輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。因此，當第一閘極驅動電路11啟動並接收第一脈衝寬度調變訊號時，第一閘極驅動電路11便依據第一脈衝寬度調變訊號對應驅動高壓側開關100進行導通及截止的切換。同樣地，當第二閘極驅動電路12啟動並接收第二脈衝寬度調變訊號時，第二閘極驅動電路12便依據第二脈衝寬度調變訊號而對應驅動低壓側開關101進行導通及截止的切換。

於此實施例中，第一安全扭矩斷開模組14包含第一限流電阻R1、第二限流電阻R2、第一濾波電容C1、第一耦合模組之第一光耦合器140及第一轉換電路141。第一限流電阻R1包含第一端及第二端，並且第一限流電阻R1之第一端與控制單元13電連接。第二限流電阻R2包含第一端及第二端，並且第二限流電阻R2之第一端與第一限流電阻R1之第二端電連接，且第二限流電阻R2之第二端與控制單元13電連接。第一濾波電容C1與第二限流電阻R2並聯連接。第一光耦合模組的第一光耦合器140包含輸入端及輸出端。第一光耦合器140之輸入端電連接於第一限流電阻R1之第二端與控制單元13之間。第一轉換電路141電連接於第一光耦合器140之輸出端及第一閘極驅動電路11之間，並用以依據第一控制訊號S1輸出第一驅動訊號Sa。在本實施例中，第一轉換電路141包含第一調節電阻RT1、第二調節電阻RT2、第三調節電阻RT3、第一PNP雙極性電晶體Q1及第一穩壓電容C2。第一調節電阻RT1包含第一端及第二端，且第一調節電阻RT1之第一端電連接於第一光耦合器140之輸出端，第一調節電阻RT1之第二端電連接於電壓源Vs。第二調節電阻RT2包含第一端及第二端，且第二調節電阻RT2之第一端電連接於第一調節電阻RT1之第一端及第一光耦合器140之輸出端之間。第一PNP雙極性電晶體Q1包含基極、射極和集極。第一PNP雙極性電晶體Q1之基極電連接於第二調節電阻RT2之第二端，第一PNP雙極性電晶體Q1之射極電連接於電壓源Vs，第一PNP雙極性電晶體Q1之集極電連接於第一閘極驅動電路11，且第一PNP雙極性電晶體Q1之集極上的電壓構成第一驅動訊號Sa。第一穩壓電容C2電連接於第一PNP雙極性電晶體Q1之集極及接地端之間。第三調節電阻RT3電連接於第一PNP雙極性電晶體Q1之集極及接地端之間。

第二安全扭矩斷開模組15包含第三限流電阻R3、第四限流電阻R4、第二濾波電容C3、第二耦合模組之第一光耦合器150及第二轉換電路151。第三限流電阻R3包含第一端及第二端。第三限流電阻R3之第一端與控制單元13電連接。第四限流電阻R4包含第一端及第二端。第四限流電阻R4之第一端與第三限流電阻R3之第二端電連接，且第四限流電阻R4之第二端與控制單元13電連接。第二濾波電容C3與第四限流電阻R4並聯連接。第一光耦合器150包含輸入端及輸出端。第一光耦合器150之輸入端電連接於第三限流電阻R3之第二端與控制單元13之間。第二轉換電路151電連接於第二耦合模組之第一光耦合器150之輸出端及第二閘極驅動電路12之間，用以依據第二控制訊號S2輸出第二驅動訊號Sb。於此實施例中，第二轉換電路151包含第四調節電阻RT4、第五調節電阻RT5、第六調節電阻RT6、第二PNP雙極性電晶體Q2及第二穩壓電容C4。第四調節電阻RT4包含第一端及第二端。第四調節電阻RT4之第一端電連接於第一光耦合器150之輸出端，第四調節電阻RT4之第二端電連接於電壓源Vs。第五調節電阻RT5包含第一端及第二端。第五調節電阻RT5之第一端電連接於第四調節電阻RT4之第一端及第一光耦合器150之輸出端之間。第二PNP雙極性電晶體Q2包含基極、射極和集極。第二PNP雙極性電晶體Q2之基極電連接於第五調節電阻RT5之第二端，第二PNP雙極性電晶體Q2之射極電連接於電壓源Vs，第二PNP雙極性電晶體Q2之集極電連接於第二閘極驅動電路12，且第二PNP雙極性電晶體Q2之集極上的電壓構成第二驅動訊號Sb。第二穩壓電容C4電連接於第二PNP雙極性電晶體Q2之集極及接地端之間。第六調節電阻RT6電連接於第二PNP雙極性電晶體Q2之集極及接地端之間。

於一些實施例中，診斷模組16更包含第一分壓電路161、第二分壓電路162及第三光耦合器163。第一分壓電路161電連接於第一安全扭矩斷開模組14之輸出端及反或閘電路160之間，且包含兩個串聯連接之分壓電阻，第一分壓電路161用以在第一安全扭矩斷開模組14輸出第一驅動訊號Sa時，對第一驅動訊號Sa進行分壓，並將分壓後之第一驅動訊號Sa傳送至反或閘電路160。第二分壓電路162電連接於第二安全扭矩斷開模組15之輸出端及反或閘電路160之間，且包含兩個串聯連接之分壓電阻，第二分壓電路162用以在第二安全扭矩斷開模組15輸出第二驅動訊號Sb時，對第二驅動訊號Sb進行分壓，並將分壓後之第二驅動訊號Sb傳送至反或閘電路160。第三光耦合器163電連接於反或閘電路160及控制單元13之間，用以傳送反或閘電路160所輸出之診斷訊號Vd至控制單元13。

如第2圖所示，於一些實施例中，當控制單元13運作於診斷模式時，第一控制訊號S1於一診斷週期中，例如時間T0~時間T6之時間區間中，在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間進行變化(即類似於高電壓準位與低電壓準位之間變化，其中例如：高電壓準位為1，低電壓準位為0)。相似地，第二控制訊號S2同樣於診斷週期中，在第一邏輯電壓準位及第二邏輯電壓準位之間進行變化(即類似於高電壓準位與低電壓準位之間變化，其中例如：高電壓準位為1，低電壓準位為0)。在該診斷周期內，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2須相互配合而產生四種不同的邏輯狀態，其中之第一邏輯狀態為第一控制訊號S1具第一邏輯電壓準位而第二控制訊號S2具第一邏輯電壓準位，即邏輯狀態為(1, 1)，例如時間T0~時間T1之時間區間所示。第二邏輯狀態為第一控制訊號S1具第二邏輯電壓準位而第二控制訊號S2具第一邏輯電壓準位，即邏輯狀態為(0, 1)，例如時間T1~時間T2之時間區間所示。第三邏輯狀態為第一控制訊號S1具第一邏輯電壓準位而第二控制訊號S2具第二邏輯電壓準位，即邏輯狀態為(1, 0)，例如時間T3~時間T4之時間區間所示。第四邏輯狀態為第一控制訊號S1具第二邏輯電壓準位而第二控制訊號S2具第二邏輯電壓準位，即邏輯狀態為(0, 0)，例如時間T5~時間T6之時間區間所示。應強調的是，基於防錯與正確的考量，當採樣時，時間T2至時間T3之期間係省略，且於時間T4至時間T5之期間亦採相同的操作。另外，當控制單元13依據診斷訊號Vd而確認了在該診斷周期內而第一控制訊號S1及第二控制訊號S2的相互配合所產生的每一種邏輯狀態。優選但不限於，第二反或運算依據第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，來輸出參考訊號作為一結果。若反或閘電路160對第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb進行第一反或運算所輸出的診斷訊號Vd的邏輯狀態，皆符合第一控制訊號S1及第二控制訊號S2在對應的邏輯狀態下進行第二反或運算的結果，則控制單元13便診斷出第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15皆可正常運作。如第2圖所示，在時間區間T5~T6時，由於控制單元13經由診斷訊號Vd已確認了在第一控制訊號S1及第二控制訊號S2的相互配合所產生的四種邏輯狀態下，反或閘電路160對第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb進行第一反或運算後所輸出的診斷訊號Vd的邏輯狀態皆符合第一控制訊號S1及第二控制訊號S2在對應的邏輯狀態下的第二反或運算的結果，故控制單元13便診斷出第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15皆正常。反之，在診斷周期內而第一控制訊號S1及第二控制訊號S2的相互配合所產生的任一種邏輯狀態下，若反或閘電路160對第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb進行第一反或運算所輸出的診斷訊號的邏輯狀態，不符合第一控制訊號S1及第二控制訊號S2在對應的邏輯狀態下的第二反或運算的結果，則控制單元13便診斷出第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組中有至少一安全扭矩關斷模組發生故障。於其它實施例中，當控制單元13診斷出第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15中有至少一安全扭矩關斷模組發生故障時，控制單元13可輸出警告訊號，使控制馬達驅動系統1整體運作之上位機(未圖示)可依據警告訊號而採取對應的防護措施。

當然，第2圖所示之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2的訊號時序僅為例示，並不以此為侷限，即第一控制訊號S1及第二控制訊號S2的相互配合所產生的四種邏輯狀態的先後順序可任意設定，只要在診斷周期內，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2可相互配合產生四種不同的邏輯狀態即可。

由上述內容可知，由於本案之馬達驅動系統1具有第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15，且第一安全扭矩關斷模組14用來驅動第一閘極驅動電路11以及高壓側開關100，而第二安全扭矩關斷模組15用來驅動第二閘極驅動電路12以及低壓側開關101，故可利用第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15達成雙路冗餘設計。如此一來，可提升馬達驅動系統1之安全性。再者，本實施例之馬達驅動系統1更可在馬達9需運作之前，藉由診斷模組16事先主動診斷第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15中是否有安全扭矩關斷模組因電路元件異常而發生故障，藉此在任一安全扭矩關斷模組有故障問題存在時採取必要的防護措施，例如讓馬達驅動系統1不運作，故更進一步提升馬達驅動系統1之安全性。

於一些實施例中，診斷模組16更包含微控制器164，微控制器164與第一閘極驅動電路11及第二閘極驅動電路12電連接，用以選擇性地輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，或選擇性地輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。另外，診斷模組16更包含反(NOT)閘電路165，反閘電路165電連接於反或閘電路160之輸出端及微控制器164。反閘電路165電連接於第一分壓電路161之輸出端及第二分壓電路162之輸出端電連接，其中反閘電路165依據反或閘電路160之輸出進行反運算，以輸出第一比較訊號Vc1至微控制器164，且依據第一分壓電路161之輸出進行反運算，以輸出第二比較訊號Vc2至微控制器164，並依據第二分壓電路162之輸出進行反運算，以輸出第三比較訊號Vc3至微控制器164。此外，微控制器164更依據第二比較訊號Vc2及第三比較訊號Vc3而比較第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb是否相等(即是否為相同電壓準位)，且更依據第一比較訊號Vc1、第二比較訊號Vc2及第三比較訊號Vc3而比較診斷訊號Vd是否相等於第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb經邏輯運算後之結果，以依據比較結果決定是否輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，及依據比較結果決定是否輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12，其中當微控制器164比較的結果為第一驅動訊號Sa相等於第二驅動訊號Sb，且診斷訊號Vd相等於第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb經邏輯運算後之結果時(即代表第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15兩者皆正常運作)，微控制器164輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12；反之，當微控制器164比較的結果為第一驅動訊號Sa不相等於第二驅動訊號Sb(即電壓準位不同)，或第一比較訊號Vc1不相等於第二比較訊號Vc2及第三比較訊號Vc3經邏輯運算後之結果時(即代表第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15中之至少一安全扭矩關斷模組故障)，微控制器164不輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及不輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12，使得第一閘極驅動電路11及第二閘極驅動電路12即便分別處於啟動狀態，也無法分別驅動高壓側開關100及驅動低壓側開關101運作。而藉由微控制器164及反閘電路165之間的相互配合，可使微控制器164被動診斷第一安全扭矩關斷模組14及第二安全扭矩關斷模組15中是否有安全扭矩關斷模組因電路元件異常而發生故障，藉此在任一安全扭矩關斷模組有故障問題存在時採取必要的防護措施，如此一來，又進一步提升馬達驅動系統1之安全性。

請參閱第3圖，其係為本案第二較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。如第3圖所示，本實施例之馬達驅動系統2的電路結構相似於第1圖所示之馬達驅動系統1的電路結構，故於此僅以相同符號標示代表電路結構與作動相似而不再贅述。惟本實施例之馬達驅動系統2之第一安全扭矩關斷模組24之第一轉換電路241的電路結構相比於第1圖所示之馬達驅動系統1之第一安全扭矩關斷模組14之第一轉換電路141的電路結構係變更，本實施例之馬達驅動系統2之第二安全扭矩關斷模組25之第二轉換電路251的電路結構相比於第1圖所示之馬達驅動系統1之第二安全扭矩關斷模組15之第二轉換電路151係變更，藉此可因電路結構的變更而提升安全性及可靠度。

在本實施例中，第一安全扭矩關斷模組24係由第1圖所示之第一安全扭矩關斷模組14變更。相較於第1圖所示之第一轉換電路141，第一轉換電路241更包含第七調節電阻RT7、第八調節電阻RT8，第一NPN雙極性電晶體Q3及第二NPN雙極性電晶體Q4。第七調節電阻RT7包含第一端及第二端。第七調節電阻RT7之第一端電連接於電壓源Vs。第一NPN雙極性電晶體Q3包含：基極、射極和集極。第一NPN雙極性電晶體Q3之基極電連接於第一調節電阻RT1之第一端與第一光耦合器140之輸出端之間，第一NPN雙極性電晶體Q3之射極電連接於接地端，第一NPN雙極性電晶體Q3之集極電連接於第七調節電阻RT7之第二端。第八調節電阻RT8之第一端電連接於電壓源Vs。第二NPN雙極性電晶體Q4之基極電連接於第七調節電阻RT7之第二端與第一NPN雙極性電晶體Q3之集極之間，第二NPN雙極性電晶體Q4之射極電連接於接地端，第二NPN雙極性電晶體Q4之集極電連接於第八調節電阻RT8之第二端。第二調節電阻RT2之第一端電連接於第八調節電阻RT8之第二端及第二NPN雙極性電晶體Q4之集極之間。第一PNP雙極性電晶體Q1之基極電連接於第二調節電阻RT2之第二端，第一PNP雙極性電晶體Q1之射極電連接於電壓源Vs，第一PNP雙極性電晶體Q1之集極電連接於第一閘極驅動電路11。

於本實施例中，第二安全扭矩關斷模組25係由第1圖所示之第二安全扭矩關斷模組15變更。相較於第1圖所示之第二轉換電路151，第二轉換電路251更包含第九調節電阻RT9、第十調節電阻RT10、第三NPN雙極性電晶體Q5、第四NPN雙極性電晶體Q6。第九調節電阻RT9包含第一端及第二端。第九調節電阻RT9之第一端電連接於電壓源Vs。第三NPN雙極性電晶體Q5包含：基極、射極和集極。第三NPN雙極性電晶體Q5之基極電連接於第四調節電阻RT4之第一端與第一光耦合器150之輸出端之間，第三NPN雙極性電晶體Q5之射極電連接於接地端，第三NPN雙極性電晶體Q5之集極電連接於第九調節電阻RT9之第二端。第十調節電阻RT10包含第一端及第二端。第十調節電阻RT10之第一端電連接於電壓源Vs。第四NPN雙極性電晶體Q6包含：基極、射極和集極。第四NPN雙極性電晶體Q6之基極電連接於第九調節電阻RT9之第二端與第三NPN雙極性電晶體Q5之集極之間，第四NPN雙極性電晶體Q6之射極電連接於接地端，第四NPN雙極性電晶體Q6之集極電連接於第十調節電阻RT10之第二端。第五調節電阻RT5之第一端電連接於第十調節電阻RT10之第二端及第四NPN雙極性電晶體Q6之集極之間。第二PNP雙極性電晶體Q2之基極電連接於第五調節電阻RT5之第二端，第二PNP雙極性電晶體Q2之射極電連接於電壓源Vs，第二PNP雙極性電晶體Q2之集極電連接於第二閘極驅動電路12。第一轉換電路241與第二轉換電路251內具更多雙極電晶體，訊號將會放大，且量測精確度將會改善。

請參閱第4圖，其係為本案第三較佳實施例之馬達驅動系統3的電路結構示意圖。本實施例之馬達驅動系統3係與馬達9電連接，用以驅動馬達9運作，其中馬達驅動系統3可應用於電梯設備中，而馬達9則對應為讓電梯設備中之電梯移動所需使用之馬達。馬達驅動系統3包含開關電路10、第一閘極驅動電路11、第二閘極驅動電路12、控制單元33、具第一耦合模組之第一安全扭矩關斷模組34、具第二耦合模組之第二安全扭矩關斷模組35及診斷模組36。本實施例之開關電路10、第一閘極驅動電路11、第二閘極驅動電路12之電路架構與運作原理相同於第1圖所示之開關電路10、第一閘極驅動電路11及第二閘極驅動電路12，於此不再贅述。

於本實施例中，控制單元33用以輸出第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，當馬達驅動系統3處於正常運作狀態時，控制單元33輸出分別具第一邏輯電壓準位之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，藉此讓馬達9可以運作；反之，當馬達驅動系統3處於緊急運作狀態，例如馬達9因應安全保護措施而需立即停止運作時，控制單元33輸出分別具第二邏輯電壓準位之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2，藉此讓馬達9停止運作。於一些實施例中，控制單元33可為但不限於包含安全感測器(未圖示)，當安全感測器感測到馬達驅動系統3處於正常運作狀態時，控制單元33依據安全感測器的感測結果而輸出分別具第一邏輯電壓準位之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2；反之，當安全感測器感測到馬達驅動系統3處於緊急運作狀態時，控制單元33依據安全感測器的感測結果輸出分別具第二邏輯電壓準位之第一控制訊號S1及第二控制訊號S2。另外，第一控制訊號S1及第二控制訊號S2可為相同的訊號(即具有相同電壓準位)。

於本實施例，第一安全扭矩斷開模組34電連接於控制單元33及第一閘極驅動電路11之間，用以控制第一閘極驅動電路11啟動與否。當控制單元33輸出具第一邏輯電壓準位之第一控制訊號S1時，第一控制訊號S1驅使第一安全扭矩斷開模組34產生第一內部訊號SA，且驅使第一安全扭矩斷開模組34之輸出端亦對應輸出可使第一閘極驅動電路11啟動之第一驅動訊號Sa，使第一閘極驅動電路11可依據第一脈衝寬度調變訊號驅動高壓側開關100進行運作；當控制單元33輸出第二邏輯電壓準位之第一控制訊號S1時，第一控制訊號S1驅使第一安全扭矩斷開模組34之內部產生第一內部訊號SA，且第一安全扭矩斷開模組34之輸出端亦對應輸出使第一閘極驅動電路11不啟動之第一驅動訊號Sa，進而使高壓側開關100不運作。

於本實施例，第二安全扭矩斷開模組35電連接於控制單元33及第二閘極驅動電路12之間，用以控制第二閘極驅動電路12啟動與否。當控制單元33輸出具第一邏輯電壓準位之第二控制訊號S2給第二安全扭矩斷開模組35時，第二控制訊號S2驅使第二安全扭矩斷開模組35產生第二內部訊號SB，且驅使第二安全扭矩斷開模組35之輸出端亦對應輸出可使第二閘極驅動電路12啟動之第二驅動訊號Sb，使第二閘極驅動電路12依據第二脈衝寬度調變訊號驅動低壓側開關101進行運作；當控制單元33輸出具第二邏輯電壓準位之第二控制訊號S2時，第二控制訊號S2驅使第二安全扭矩斷開模組35之內部產生第二內部訊號SB，且第二安全扭矩斷開模組35之輸出端亦對應輸出使第二閘極驅動電路12不啟動之第二驅動訊號Sb，進而使低壓側開關101不運作。

於一些實施例中，若第一安全扭矩關斷模組34為正常運作，則第一內部訊號SA為第一驅動訊號Sa的反向。若第二安全扭矩關斷模組35為正常運作，則第二內部訊號SB為第二驅動訊號Sb的反向。但本揭露不限於此。

於本實施例中，診斷模組36電連接於第一安全扭矩關斷模組34之內部及輸出端而分別接收第一內部訊號SA及第一驅動訊號Sa。並且，診斷模組36亦電連接於第二安全扭矩關斷模組35之內部及輸出端而分別接收第二內部訊號SB及第二驅動訊號Sb。於本實施例中，診斷模組36更包含微控制器360。微控制器360判斷第一內部訊號SA及第二內部訊號SB是否相等、第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb是否相等、第一內部訊號SA是否為第一驅動訊號Sa的反向以及第二內部訊號SB是否為第二驅動訊號Sb的反向。因此，當第一內部訊號SA與第二內部訊號SB反向、第一驅動訊號Sa與第二驅動訊號Sb反向、第一內部訊號SA與第一驅動訊號Sa相等，或第二內部訊號SB及第二驅動訊號Sb相等時，微控制器360更診斷上述情況且判斷第一安全扭矩關斷模組34及第二安全扭矩關斷模組35中之任一者是否故障。

於一些實施例中，診斷模組36可選擇性地輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，或可選擇性地輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。因此，當第一閘極驅動電路11啟動並接收第一脈衝寬度調變訊號時，第一閘極驅動電路11便依據第一脈衝寬度調變訊號而對應驅動高壓側開關100進行導通及截止的切換。同樣地，當第二閘極驅動電路12啟動並接收第二脈衝寬度調變訊號時，第二閘極驅動電路12便依據第二脈衝寬度調變訊號而對應驅動低壓側開關101進行導通及截止的切換。

於本實施例中，第一安全扭矩關斷模組34係由第1圖所示之第一安全扭矩關斷模組14變更，且第一安全扭矩斷開模組34更包含第五限流電阻R5、第六限流電阻R6與第一耦合模組之第二光耦合器341。第五限流電阻R5包含第一端及第二端。第五限流電阻R5之第一端電連接於控制單元33。第六限流電阻R6串聯連接於第一限流電阻R1之第二端及第五限流電阻R5之第二端之間。第一耦合模組之第二光耦合器341包含輸入端及輸出端。第一耦合模組之第一光耦合器340之輸入端與第二光耦合器341之輸入端串聯連接於第一限流電阻R1之第二端及第五限流電阻R5之第二端之間。第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端與第一耦合模組之第二光耦合器341之輸出端串聯連接於接地端與電壓源Vs之間，且第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端的電壓構成第一內部訊號SA。第一轉換電路342電連接於第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端、第二光耦合器341之輸出端與第一閘極驅動電路11之間，且第一轉換電路342用以依據第一控制訊號S1輸出第一驅動訊號Sa。於本實施例中，第一轉換電路342包含第一調節電阻RT1、第二調節電阻RT2、第三調節電阻RT3、第一PNP雙極性電晶體Q1及第一穩壓電容C2。第一調節電阻RT1包含第一端及第二端。第一調節電阻RT1之第一端電連接於第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端，第一調節電阻RT1之第二端電連接於電壓源Vs。第二調節電阻RT2包含第一端及第二端。第二調節電阻RT2之第一端電連接於第一調節電阻RT1之第一端及第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端之間。第一PNP雙極性電晶體Q1包含：基極、射極和集極。第一PNP雙極性電晶體Q1之基極電連接於第二調節電阻RT2之第二端，第一PNP雙極性電晶體Q1之射極電連接於電壓源Vs，第一PNP雙極性電晶體Q1之集極電連接於第一閘極驅動電路11。第一PNP雙極性電晶體Q1之集極上的電壓構成第一驅動訊號Sa。第一穩壓電容C2電連接於第一PNP雙極性電晶體Q1之集極及接地端之間。第三調節電阻RT3電連接於第一PNP雙極性電晶體Q1之集極及接地端之間。

於本實施例中，第二安全扭矩關斷模組35係由第1圖所示之第二安全扭矩關斷模組15變更，且第二安全扭矩斷開模組35更包含第七限流電阻R7、第八限流電阻R8與第二耦合模組之第二光耦合器351。第七限流電阻R7包含第一端和第二端。第七限流電阻R7之第一端電連接於控制單元33。第八限流電阻R8串聯連接於第三限流電阻R3之第二端及第七限流電阻R7之第二端之間。第四限流電阻R4串聯連接於第三限流電阻R3之第二端及第七限流電阻R7之第二端之間，且與第八限流電阻R8並聯連接。第二耦合模組之第二光耦合器351包含輸入端及輸出端。第二耦合模組之第一光耦合器350之輸入端與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸入端串聯連接於第三限流電阻R3之第二端及第七限流電阻R7之第二端之間。第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸出端串聯連接於接地端與電壓源Vs之間，且第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端的電壓構成第二內部訊號SB。第二轉換電路352電連接於第一光耦合器350之輸出端、第二光耦合器351之輸出端與第二閘極驅動電路12之間，且第二轉換電路352用以依據第二控制訊號S2輸出第二驅動訊號Sb。於本實施例中，第二轉換電路352包含第四調節電阻RT4、第五調節電阻RT5、第六調節電阻RT6、第二PNP雙極性電晶體Q2及第二穩壓電容C4。第四調節電阻RT4包含第一端及第二端。第四調節電阻RT4之第一端電連接於第一光耦合器350之輸出端，第四調節電阻RT4之第二端電連接於電壓源Vs。第五調節電阻RT5包含第一端及第二端。第五調節電阻RT5之第一端電連接於第四調節電阻RT4之第一端及第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端之間。第二PNP雙極性電晶體Q2包含基極、射極和集極。第二PNP雙極性電晶體Q2之基極電連接於第五調節電阻RT5之第二端，第二PNP雙極性電晶體Q2之射極電連接於電壓源Vs，第二PNP雙極性電晶體Q2之集極電連接於第二閘極驅動電路12，且第二PNP雙極性電晶體Q2之集極上的電壓構成第二驅動訊號Sb。第二穩壓電容C4電連接於第二PNP雙極性電晶體Q2之集極及接地端之間。第六調節電阻RT6電連接於第二PNP雙極性電晶體Q2之集極及接地端之間。

相比於第1圖所示之馬達驅動系統1之第一安全扭矩關斷模組14僅具有兩個限流電阻(R1、R2)及一個光耦合器(140)，並且馬達驅動系統1之第二安全扭矩關斷模組15僅具有兩個限流電阻(R3、R4)及一個光耦合器(150)，由於本實施例之馬達驅動系統3之第一安全扭矩斷開模組34改為具有四個限流電阻(R1、R2、R5、R6)及兩個光耦合器(340、341)，並且馬達驅動系統3之第二安全扭矩斷開模組35改為具有四個限流電阻(R3、R4、R7、R8)及兩個光耦合器(350、351)，如第4圖所示。故，可提升第一安全扭矩斷開模組34及第二安全扭矩斷開模組35對於內部電路元件故障時的容錯能力，以提升馬達驅動系統3之安全性。

於一些實施例中，診斷模組36更包含第一分壓電路361、第二分壓電路362、第三分壓電路363及第四分壓電路364。第一分壓電路361電連接於第一安全扭矩斷開模組34之輸出端，且第一分壓電路361包含兩個串聯連接之分壓電阻。當第一安全扭矩斷開模組34輸出第一驅動訊號Sa時，第一分壓電路361用以對第一驅動訊號Sa進行分壓。第二分壓電路362電連接於第二安全扭矩斷開模組35之輸出端，且第二分壓電路362包含兩個串聯連接之分壓電阻。當第二安全扭矩斷開模組35輸出第二驅動訊號Sb時，第二分壓電路362用以對第二驅動訊號Sb進行分壓。第三分壓電路363電連接於第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端，且第三分壓電路363包含兩個串聯連接之分壓電阻。第三分壓電路363用以對第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端上的第一內部訊號SA進行分壓。第四分壓電路364電連接於第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端，且第四分壓電路364包含兩個串聯連接之分壓電阻，第四分壓電路364用以對第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端上的第二內部訊號SB進行分壓。

另外，診斷模組36更包含反閘電路365，反閘電路365電連接於微控制器360，且電連接於第一分壓電路361之輸出端、第二分壓電路362之輸出端、第三分壓電路363之輸出端及第四分壓電路364之輸出端。於本實施例中，反閘電路365依據第一分壓電路361之輸出進行反運算，以輸出第一比較訊號Vc1至微控制器360。反閘電路365還依據第二分壓電路362之輸出進行反運算，以輸出第二比較訊號Vc2至微控制器360。反閘電路365還依據第三分壓電路363之輸出進行反運算，以輸出第三比較訊號Vc3至微控制器360。反閘電路365亦依據第四分壓電路364之輸出進行反運算，以輸出第四比較訊號Vc4至微控制器360。此外，微控制器360藉由比較第一比較訊號Vc1及第二比較訊號Vc2，來判斷第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb是否相等。微控制器360藉由比較第三比較訊號Vc3及第四比較訊號Vc4，來判斷第一內部訊號SA及第二內部訊號SB是否相等。微控制器360藉由比較第一比較訊號Vc1及第三比較訊號Vc3，來判斷第一內部訊號SA是否為第一驅動訊號Sa的反向。以及，微控制器360藉由比較第二比較訊號Vc2及第四比較訊號Vc4，來判斷第二內部訊號SB是否為第二驅動訊號Sb的反向。微控制器360並依據比較結果決定是否輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，及微控制器360並依據比較結果決定是否輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。其中當微控制器360比較的結果為第一內部訊號SA及第二內部訊號SB相等、第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb相等、第一內部訊號SA為第一驅動訊號Sa的反向，或第二內部訊號SB為第二驅動訊號Sb的反向時，微控制器360判斷第一安全扭矩關斷模組34與第二安全扭矩關斷模組35兩者皆正常運作，且接著輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12；反之，當微控制器360比較的結果為第一內部訊號SA及第二內部訊號SB不相等(即反向)、第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb不相等(即反向)、第一內部訊號SA不為第一驅動訊號Sa的反向(即同向)或第二內部訊號SB不為第二驅動訊號Sb的反向(即同向)時，微控制器360判斷第一安全扭矩關斷模組34與第二安全扭矩關斷模組35中之至少一者為故障，且接著不輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及不輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。應強調的是，當第一內部訊號SA與第一驅動訊號Sa為相等時，微控制器360判斷第一安全扭矩關斷模組34為故障，且當第二內部訊號SB與第二驅動訊號Sb相等時，微控制器360判斷第二安全扭矩關斷模組35為故障。因此，即便第一閘極驅動電路11及第二閘極驅動電路12分別被啟動，也無法分別驅動高壓側開關100及驅動低壓側開關101運作。而藉由微控制器360及反閘電路365之間的相互配合，可使微控制器360被動診斷第一安全扭矩關斷模組34及第二安全扭矩關斷模組35中是否有安全扭矩關斷模組因電路元件異常而發生故障，藉此在任一安全扭矩關斷模組有故障問題存在時採取必要的防護措施，如此一來，可提升馬達驅動系統3之安全性。

請參閱第5圖，其係為本案第四較佳實施例之馬達驅動系統3的電路結構示意圖。於第4圖所示之實施例中，第一安全扭矩斷開模組34之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸入端與第一耦合模組之第二光耦合器341之輸入端串聯連接，而第二安全扭矩斷開模組35之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸入端與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸入端串聯連接。不同於第4圖所示之實施例，如第5圖所示的一些實施例中，第一安全扭矩斷開模組34之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸入端可改為與第一耦合模組之第二光耦合器341之輸入端並聯連接，而第二安全扭矩斷開模組35之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸入端可改為與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸入端並聯連接，本案並不以此為限。

請參閱第6圖，其係為本案第五較佳實施例之馬達驅動系統4的電路結構示意圖。本實施例之馬達驅動系統4的電路結構及運作原理皆相似於第4圖所示之馬達驅動系統3的電路結構及運作原理，故於此僅以相同符號標示代表電路電路結構及作動相似而不再贅述。惟相較於第4圖所示之馬達驅動系統3之第一安全扭矩斷開模組34及第二安全扭矩斷開模組35，本實施例之馬達驅動系統4之第一安全扭矩斷開模組44並不具有第4圖所示之第一轉換電路342，故第一安全扭矩斷開模組44之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端改為電連接於第一閘極驅動電路11，所以第一安全扭矩斷開模組44之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸出端上的電壓構成第一驅動訊號Sa。此外，本實施例之馬達驅動系統4之第二安全扭矩斷開模組45並不具有第4圖所示之第二轉換電路352，故第二安全扭矩斷開模組45之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端改為電連接於第二閘極驅動電路12，所以第二安全扭矩斷開模組45之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸出端上的電壓構成第二驅動訊號Sb。

更甚者，相較於第4圖所示之馬達驅動系統3之診斷模組36，本實施例之馬達驅動系統4之診斷模組46電連接於第一安全扭矩關斷模組44之輸出端而接收第一驅動訊號Sa，且診斷模組46亦電連接於第二安全扭矩關斷模組45之輸出端而接收第二驅動訊號Sb。於本實施例中，診斷模組46更包含微控制器460。微控制器460比較第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb是否相等，並依據比較結果診斷第一安全扭矩關斷模組44及第二安全扭矩關斷模組45中之任一者是否故障。換言之，當第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb為不同或反向時，微控制器460判斷第一安全扭矩關斷模組44及第二安全扭矩關斷模組45中至少一安全扭矩關斷模組為故障。

於一些實施例中，診斷模組46更包含第一分壓電路461及第二分壓電路462。第一分壓電路461電連接於第一安全扭矩斷開模組44之輸出端，且包含兩個串聯連接之分壓電阻。當第一安全扭矩斷開模組44輸出第一驅動訊號Sa時，第一分壓電路461用以對第一驅動訊號Sa進行分壓。第二分壓電路462電連接於第二安全扭矩斷開模組45之輸出端，且第二分壓電路462包含兩個串聯連接之分壓電阻，當第二安全扭矩斷開模組45輸出第二驅動訊號Sb時，第二分壓電路462用以對第二驅動訊號Sb進行分壓。

另外，診斷模組46更包含反閘電路463，反閘電路463電連接於微控制器460，且電連接於第一分壓電路461之輸出端及第二分壓電路462之輸出端。於本實施例中，反閘電路463依據第一分壓電路461之輸出進行反運算，以輸出第一比較訊號Vc1至微控制器460。並且，反閘電路463依據第二分壓電路462之輸出進行反運算，以輸出第二比較訊號Vc2至微控制器460。此外，微控制器460亦藉由比較第一比較訊號Vc1及第二比較訊號Vc2，而判斷第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb是否相等。微控制器460更依據比較結果決定是否輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11，及依據比較結果決定是否輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12。當微控制器460比較的結果為第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb相等時，微控制器460輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12；反之，當微控制器460比較的結果為第一驅動訊號Sa及第二驅動訊號Sb不相等(即反向)時，微控制器460不輸出第一脈衝寬度調變訊號至第一閘極驅動電路11及不輸出第二脈衝寬度調變訊號至第二閘極驅動電路12，使得第一閘極驅動電路11及第二閘極驅動電路12即便分別被啟動，也無法分別驅動高壓側開關100及驅動低壓側開關101運作。而藉由微控制器460及反閘電路463之間的相互配合，可使微控制器460被動診斷第一安全扭矩關斷模組44及第二安全扭矩關斷模組45中是否有安全扭矩關斷模組因電路元件異常而發生故障，藉此在任一安全扭矩關斷模組有故障問題存在時採取必要的防護措施，如此一來，可提升馬達驅動系統4之安全性。

請參閱第7圖，其係為本案第六較佳實施例之馬達驅動系統4的電路結構示意圖。請參閱第6圖及第7圖。於第6圖所示之實施例中，第一安全扭矩斷開模組44之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸入端與第一耦合模組之第二光耦合器341之輸入端串聯連接，而第二安全扭矩斷開模組45之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸入端與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸入端串聯連接。不同於第6圖所示之實施例，如第7圖所示之實施例，第一安全扭矩斷開模組44之第一耦合模組之第一光耦合器340之輸入端可改為與第一耦合模組之第二光耦合器341之輸入端並連聯接，而第二安全扭矩斷開模組45之第二耦合模組之第一光耦合器350之輸入端可改為與第二耦合模組之第二光耦合器351之輸入端並連聯接，但本案不以此為限。

綜上所述，本案提供一種馬達驅動系統，該馬達驅動系統具有兩個安全扭矩關斷模組，故可達成雙路冗餘設計，以提升馬達驅動系統之安全性。此外，馬達驅動系統更具有診斷功能，以診斷兩個安全扭矩關斷模組中是否有安全扭矩關斷模組存在故障問題，藉此在任一安全扭矩關斷模組有故障問題存在時便可採取必要的防護措施，如此一來，更提升馬達驅動系統之安全性。此外，本案利於改善安全扭矩關斷模組之安全性，且可於安全扭矩關斷模組發生故障時，預先進行錯誤診斷，藉此可確認安全扭矩關斷模組符合平均診斷覆蓋率(average diagnostic coverage, DCavg)以及安全故障失效率(safe failure fraction, SFF)之相關安全規範。

本案得由熟悉本技術之人士任施匠思而為諸般修飾，然皆不脫如附申請專利範圍所涵蓋之請求範圍。

1、2、3、4:馬達驅動系統 9:馬達 10:開關電路 11:第一閘極驅動電路 12:第二閘極驅動電路 13、33:控制單元 14、24、34、44:第一安全扭矩關斷模組 15、25、35、45:第二安全扭矩關斷模組 16、36、46:診斷模組 100:高壓側開關 101:低壓側開關 140、340:第一耦合模組之第一光耦合器 341:第一耦合模組之第二光耦合器 141、241、342:第一轉換電路 150、350:第二耦合模組之第一光耦合器 150、351:第二耦合模組之第二光耦合器 151、251、352:第二轉換電路 160:反或(NOR)閘電路 161、361、461:第一分壓電路 162、362、462:第二分壓電路 363:第三分壓電路 364:第四分壓電路 163:第三光耦合器 164、360、460:微控制器 165、365、463:反(NOT)閘電路 S1:第一控制訊號 S2:第二控制訊號 Sa:第一驅動訊號 Sb:第二驅動訊號 SA:第一內部訊號 SB:第二內部訊號 Vd:診斷訊號 R1:第一限流電阻 R2:第二限流電阻 R3:第三限流電阻 R4:第四限流電阻 R5:第五限流電阻 R6:第六限流電阻 R7:第七限流電阻 R8:第八限流電阻 C1:第一濾波電容 C2:第一穩壓電容 C3:第二濾波電容 C4:第二穩壓電容 Q1:第一PNP雙極性電晶體 Q2:第二PNP雙極性電晶體 Q3:第一NPN雙極性電晶體 Q4:第二NPN雙極性電晶體 Q5:第三NPN雙極性電晶體 Q6:第四NPN雙極性電晶體 RT1:第一調節電阻 RT2:第二調節電阻 RT3:第三調節電阻 RT4:第四調節電阻 RT5:第五調節電阻 RT6:第六調節電阻 RT7:第七調節電阻 RT8:第八調節電阻 RT9:第九調節電阻 RT10:第十調節電阻 Vc1:第一比較訊號 Vc2:第二比較訊號 Vc3:第三比較訊號 Vs:電壓源

第1圖為本案第一較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。第2圖為第1圖所示之第一控制訊號、第二控制訊號及診斷訊號的訊號時序圖。第3圖為本案第二較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。第4圖為本案第三較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。第5圖為本案第四較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。第6圖為本案第五較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。第7圖為本案第六較佳實施例之馬達驅動系統的電路結構示意圖。

1:馬達驅動系統

9:馬達

10:開關電路

11:第一閘極驅動電路

12:第二閘極驅動電路

13:控制單元

14:第一安全扭矩關斷模組

15:第二安全扭矩關斷模組

16:診斷模組

100:高壓側開關

101:低壓側開關

S1:第一控制訊號

S2:第二控制訊號

Sa:第一驅動訊號

Sb:第二驅動訊號

Vd:診斷訊號

160:反或閘電路

R1:第一限流電阻

R2:第二限流電阻

R3:第三限流電阻

R4:第四限流電阻

C1:第一濾波電容

C2:第一穩壓電容

C3:第二濾波電容

C4:第二穩壓電容

140:第一耦合模組之第一光耦合器

141:第一轉換電路

RT1:第一調節電阻

RT2:第二調節電阻

RT3:第三調節電阻

RT4:第四調節電阻

RT5:第五調節電阻

RT6:第六調節電阻

Q1:第一PNP雙極性電晶體

Q2:第二PNP雙極性電晶體

Vs:電壓源

150:第二耦合模組之第一光耦合器

151:第二轉換電路

161:第一分壓電路

162:第二分壓電路

163:第三光耦合器

164:微控制器

165:反閘電路

Vc1:第一比較訊號

Vc2:第二比較訊號

Vc3:第三比較訊號

Claims

一種馬達驅動系統，用於驅動一馬達，包含: 一控制單元；一第一安全扭矩關斷模組，包括一第一耦合模組，且電連接於該控制單元，用以接收來自該控制單元之一第一控制訊號，該第一安全扭矩關斷模組轉換該第一控制訊號為一第一驅動訊號；一第二安全扭矩關斷模組，包括一第二耦合模組，且電連接於該控制單元，用以接收來自該控制單元之一第二控制訊號，該第二安全扭矩關斷模組轉換該第二控制訊號為一第二驅動訊號；一第一閘極驅動電路，電連接於該第一安全扭矩關斷模組，以用於接收該第一驅動訊號，該第一閘極驅動電路驅動一高壓側開關，該高壓側開關電連接於該馬達；一第二閘極驅動電路，電連接於該第二安全扭矩關斷模組，以用於接收該第二驅動訊號，該第二閘極驅動電路驅動一低壓側開關，該低壓側開關電連接於該馬達；以及一診斷模組，包括一微控制器，且電連接於該第一安全扭矩斷開模組及該第二安全扭矩斷開模組，以分別接收該第一驅動訊號及該第二驅動訊號，該診斷模組比較該第一驅動訊號與該第二驅動訊號，以輸出一比較結果；其中該微控制器依據該比較結果判斷該第一安全扭矩關斷模組及該第二安全扭矩關斷模組中之至少一者是否故障。
如請求項1所述之馬達驅動系統，其中該第一安全扭矩斷開模組包含: 一第一限流電阻，電連接於該控制單元；一第二限流電阻，電連接於該第一限流電阻與該控制單元之間；一第一濾波電容，與該第二限流電阻並聯連接；該第一耦合模組之一第一光耦合器，電連接於該第一限流電阻與該控制單元之間；以及一第一轉換電路，電連接於該第一耦合模組之該第一光耦合器及該第一閘極驅動電路之間，且用以依據該第一控制訊號輸出該第一驅動訊號；以及其中，該第二安全扭矩斷開模組包含: 一第三限流電阻，電連接於該控制單元；一第四限流電阻，電連接於該第三限流電阻與該控制單元之間；一第二濾波電容，與該第四限流電阻並聯連接；該第二耦合模組之一第一光耦合器，電連接於該第三限流電阻與該控制單元之間；以及一第二轉換電路，電連接於該第二耦合模組之該第一光耦合器及該第二閘極驅動電路之間，且用以依據該第二控制訊號輸出該第二驅動訊號。
如請求項2所述之馬達驅動系統，其中該第一轉換電路包含：一第一調節電阻，電連接於該第一耦合模組之該第一光耦合器與一電壓源之間；一第二調節電阻，電連接於該第一調節電阻與該第一耦合模組之該第一光耦合器之間；一第一PNP雙極性電晶體，該第一PNP雙極性電晶體之一基極電連接於該第二調節電阻，該第一PNP雙極性電晶體之一射極電連接於該電壓源，該第一PNP雙極性電晶體之一集極電連接於該第一閘極驅動電路；一第一穩壓電容，電連接於該第一PNP雙極性電晶體之該集極及一接地端之間；以及一第三調節電阻，電連接於該第一PNP雙極性電晶體之該集極及該接地端之間，且與該第一穩壓電容並聯連接；以及其中，該第二轉換電路包含：一第四調節電阻，電連接於該第二耦合模組之該第一光耦合器與一電壓源之間；一第五調節電阻，電連接於該第二調節電阻與該第二耦合模組之該第一光耦合器之間；一第二PNP雙極性電晶體，該第二PNP雙極性電晶體之一基極電連接於該第五調節電阻，該第二PNP雙極性電晶體之一射極電連接於該電壓源，該第二PNP雙極性電晶體之一集極電連接於該第二閘極驅動電路；一第二穩壓電容，電連接於該第二PNP雙極性電晶體之該集極及該接地端之間；以及一第六調節電阻，電連接於該第二PNP雙極性電晶體之該集極與該接地端之間，且與該第二穩壓電容並聯連接。
如請求項3所述之馬達驅動系統，其中該診斷模組更包括一反或閘電路，該反或閘電路計算該第一驅動訊號與該第二驅動訊號，以輸出一診斷訊號至該控制單元，該控制單元比較該診斷訊號、該第一控制訊號與該第二控制訊號，以判斷該第一安全扭矩關斷模組或該第二安全扭矩關斷模組是否故障。
如請求項4所述之馬達驅動系統，其中該第一轉換電路更包含: 一第七調節電阻，電連接於該電壓源；一第一NPN雙極性電晶體，該第一NPN雙極性電晶體之一基極電連接於該第一調節電阻，該第一NPN雙極性電晶體之一射極電連接於該接地端，該第一NPN雙極性電晶體之一集極電連接於該第七調節電阻；一第八調節電阻，電連接於該電壓源；以及一第二NPN雙極性電晶體，該第二NPN雙極性電晶體之一基極電連接於該第七調節電阻與該第一NPN雙極性電晶體之該集極之間，該第二NPN雙極性電晶體之一射極電連接於該接地端，該第二NPN雙極性電晶體之一集極電連接於該第八調節電阻；以及其中該第二轉換電路更包含：一第九調節電阻，電連接於該電壓源；一第三NPN雙極性電晶體，該第三NPN雙極性電晶體之一基極電連接於該第四調節電阻，該第三NPN雙極性電晶體之一射極電連接於該接地端，該第三NPN雙極性電晶體之一集極電連接於該第九調節電阻；一第十調節電阻，電連接於該電壓源；以及一第四NPN雙極性電晶體，該第四NPN雙極性電晶體之一基極電連接於該第九調節電阻與該第三NPN雙極性電晶體之該集極之間，該第四NPN雙極性電晶體之一射極電連接於該接地端，該第四NPN雙極性電晶體之一集極電連接於該第十調節電阻。
如請求項3所述之馬達驅動系統，其中該第一安全扭矩斷開模組更包含：一第五限流電阻，電連接於該控制單元；一第六限流電阻，串聯連接於該第一限流電阻及該第五限流電阻之間，且與該第二限流電阻並聯連接；以及該第一耦合模組之一第二光耦合器，電連接於該第一耦合模組之該第一光耦合器，其中該第一耦合模組之該第一光耦合器電連接於該第一限流電阻及該第一調節電阻之間，該第一耦合模組之該第二光耦合器電連接於該第五限流電阻及該第一轉換電路之該接地端之間；以及其中，該第二安全扭矩斷開模組更包含：一第七限流電阻，電連接於該控制單元；一第八限流電阻，串聯連接於該第三限流電阻及該第七限流電阻之間，且與該第四限流電阻並聯連接；以及該第二耦合模組之一第二光耦合器，電連接於該第二耦合模組之該第一光耦合器，其中該第二耦合模組之該第一光耦合器電連接於該第三限流電阻及該第四調節電阻之間，該第二耦合模組之該第二光耦合器電連接於該第七限流電阻及該第二轉換電路之該接地端之間。
如請求項6所述之馬達驅動系統，其中該第一耦合模組之該第一光耦合器與該第二光耦合器係串聯或並聯連接，以及該第二耦合模組之該第一光耦合器與該第二光耦合器係串聯或並聯連接。
如請求項1所述之馬達驅動系統，其中該第一安全扭矩斷開模組包含：一第一限流電阻，電連接於該控制單元；一第二限流電阻，電連接於該第一限流電阻與該控制單元之間；一第一濾波電容，與該第二限流電阻並聯連接；以及該第一耦合模組之一第一光耦合器，電連接於該第一限流電阻與該第一閘極驅動電路之間；以及其中，該第二安全扭矩斷開模組包含: 一第三限流電阻，電連接於該控制單元；一第四限流電阻，電連接於該第三限流電阻與該控制單元之間；一第二濾波電容，與該第四限流電阻並聯連接；以及該第二耦合模組之一第一光耦合器，電連接於該第三限流電阻與該第二閘極驅動電路之間；以及其中，該第一安全扭矩斷開模組更包含：一第五限流電阻，電連接於該控制單元；一第六限流電阻，串聯連接於該第一限流電阻及該第五限流電阻之間，且與該第二限流電阻並聯連接；以及該第一耦合模組之一第二光耦合器，電連接於該第一耦合模組之該第一光耦合器，且電連接於該第五限流電阻與一接地端之間；以及其中，該第二安全扭矩斷開模組更包含：一第七限流電阻，電連接於該控制單元；一第八限流電阻，串聯連接於該第三限流電阻及該第七限流電阻之間，且與該第四限流電阻並聯連接；以及該第二耦合模組之一第二光耦合器，電連接於該第二耦合模組之該第一光耦合器，且電連接於該第七限流電阻與該接地端之間。
如請求項8所述之馬達驅動系統，其中該第一耦合模組之該第一光耦合器與該第二光耦合器係串聯或並聯連接，以及該第二耦合模組之該第一光耦合器與該第二光耦合器係串聯或並聯連接。
一種馬達驅動系統之控制方法，包括：利用一控制單元，輸出一第一控制訊號與一第二控制訊號分別至一第一安全扭矩斷開模組與一第二安全扭矩斷開模組；利用該第一安全扭矩斷開模組，根據該第一控制訊號輸出一第一驅動訊號；利用該第二安全扭矩斷開模組，根據該第二控制訊號輸出一第二驅動訊號；利用一診斷模組，比較該第一驅動訊號與該第二驅動訊號，以輸出一比較結果至一微控制器；利用該微控制器，根據該比較結果判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組為正常運作，其中該比較結果係當該第一控制訊號與該第二控制訊號為相同電壓準位時，該第一驅動訊號與該第二驅動訊號為相同；以及利用該微控制器，根據該比較結果判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障，其中該比較結果係當該第一控制訊號與該第二控制訊號為相同電壓準位時，該第一驅動訊號與該第二驅動訊號為相異。
如請求項10所述之控制方法，其中根據該比較結果判斷為故障之步驟包括步驟：利用該微控制器，當該第一驅動訊號與該第二驅動訊號為不同電壓準位時，判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障。
如請求項11所述之控制方法，更包括步驟：利用該診斷模組，對該第一驅動訊號與該第二驅動訊號進行一第一反或運算，以輸出一診斷訊號至該控制單元；利用該控制單元，對該第一控制訊號與該第二控制訊號進行一第二反或運算，以輸出一參考訊號，其中該第一控制訊號為一高電壓準位或一低電壓準位，以及該第二控制訊號為一高電壓準位或一低電壓準位；利用該控制單元，比較該診斷訊號與該參考訊號；以及利用該控制單元，當該診斷訊號與該參考訊號不相匹配時，判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障。
如請求項10所述之控制方法，更包括步驟：利用該第一安全扭矩斷開模組，根據該第一控制訊號輸出一第一內部訊號，且根據該第一內部訊號輸出該第一驅動訊號；利用該第二安全扭矩斷開模組，根據該第二控制訊號輸出一第二內部訊號，且根據該第二內部訊號輸出該第二驅動訊號；以及利用該診斷模組，比較該第一內部訊號、該第一驅動訊號、該第二內部訊號與該第二驅動訊號之每兩者，以輸出該比較結果至該微控制器。
如請求項13所述之控制方法，其中根據該比較結果判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障之步驟包括：利用該微控制器，當該比較結果為該第一內部訊號與該第一驅動訊號為相同電壓準位時，判斷該第一安全扭矩斷開模組為故障；以及利用該微控制器，當該比較結果為該第二內部訊號與該第二驅動訊號為相同電壓準位時，判斷該第二安全扭矩斷開模組為故障。
如請求項13所述之控制方法，其中根據該比較結果判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障之步驟包括：利用該微控制器，當該比較結果為該第一內部訊號與該第二內部訊號為不同電壓準位時，判斷該第一安全扭矩斷開模組與該第二安全扭矩斷開模組中之至少一者為故障。