TWI738573B - 馬達控制器 - Google Patents

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Abstract

一種馬達控制器用以穩定馬達電流。該馬達控制器係用以驅動一馬達。馬達控制器具有開關電路、控制單元、以及相位偵測單元。相位偵測單元產生一相位信號至控制單元以切換相位。相位信號依序地產生第一時間區間至第六時間區間。第一時間區間至第六時間區間係分別對應於第一相位至第六相位。馬達控制器更具有第一驅動時間以於第五相位時驅動馬達，其中第一驅動時間係相關於第一時間區間。馬達控制器更具有第二驅動時間以於第六相位時驅動馬達，其中第二驅動時間係相關於第二時間區間。

Description

馬達控制器
本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種可用以穩定馬達電流之馬達控制器。
一般來說，穩定馬達電流及馬達轉速是一個追求目標。馬達之轉子可區分成複數個磁極區域。馬達控制器可藉由偵測複數個磁極區域以切換相位並進而驅動馬達運轉。然而，當複數個磁極區域之大小因製造公差而不同時，習知方法可能使得馬達電流於每個相位時之高低比變大，且使得馬達轉速無法穩定。
有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可用以穩定一馬達電流之馬達控制器。
依據本發明提供該馬達控制器。該馬達控制器係用以驅動一馬達，其中該馬達具有一馬達線圈與一轉子。該轉子具有一第一磁極區域、一第二磁極區域、一第三磁極區域、以及一第四磁極區域以切換相位。該馬達線圈具有一第一端點與一第二端點。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、以及一相位偵測單元。該開關電路具有一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、以及一第四電晶體，用以提供該馬達電流至該馬達線圈。該控制單元產生複數個控制信號以控制該開關電路。該相位偵測單元產生一相位信號至該控制單元以切換相位，其中該相位偵測單元可為一霍爾感測元件或一反電動勢偵測電路。
該相位信號依序地產生一第一時間區間T01、一第二時間區間T02、一第三時間區間T03、一第四時間區間T04、一第五時間區間T05、一第六時間區間T06、一第七時間區間T07、以及一第八時間區間T08。該第一時間區間T01係對應於一第一相位與該第一磁極區域。該第二時間區間T02係對應於一第二相位與該第二磁極區域。該第三時間區間T03係對應於一第三相位與該第三磁極區域。該第四時間區間T04係對應於一第四相位與該第四磁極區域。該第五時間區間T05係對應於一第五相位與該第一磁極區域。該第六時間區間T06係對應於一第六相位與該第二磁極區域。該第七時間區間T07係對應於一第七相位與該第三磁極區域。該第八時間區間T08係對應於一第八相位與該第四磁極區域。該馬達控制器藉由該相位信號使得該轉子於一第一週期轉動360度以完成一第一圈，其中該第一週期係相等於(T01+T02+T03+T04)。接著，該馬達控制器藉由該相位信號使得該轉子於一第二週期轉動360度以完成一第二圈，其中該第二週期係相等於(T05+T06+T07+T08)。該控制單元可記錄該第一時間區間T01、該第二時間區間T02、該第三時間區間T03、以及該第四時間區間T04以供該第二圈驅動使用。該控制單元亦可記錄該第五時間區間T05、該第六時間區間T06、該第七時間區間T07、以及該第八時間區間T08以供一第三圈驅動使用。
該馬達控制器更具有一第一驅動時間以於該第五相位時驅動該馬達，其中該第一驅動時間係相關於該第一時間區間T01。該馬達控制器更具有一第二驅動時間以於該第六相位時驅動該馬達，其中該第二驅動時間係相關於該第二時間區間T02。該馬達控制器更具有一第三驅動時間以於該第七相位時驅動該馬達，其中該第三驅動時間係相關於該第三時間區間T03。該馬達控制器更具有一第四驅動時間以於該第八相位時驅動該馬達，其中該第四驅動時間係相關於該第四時間區間T04。也就是說，從該第二圈開始每個相位之驅動時間係相關於前一圈相同磁極區域所對應之時間區間。根據上述之規則，該馬達控制器可於磁極區域不對稱情況下穩定該馬達電流並減少馬達轉速於前後圈之差異。
下文中之說明將使本發明之目的、特徵、與優點更明顯。茲將參考圖式詳細說明依據本發明之較佳實施例。
第1圖係本發明一實施例之馬達控制器10之示意圖。馬達控制器10係用以驅動一馬達，其中馬達具有一馬達線圈L與一轉子。第2圖係本發明一實施例之轉子之示意圖。轉子具有一第一磁極區域N1、一第二磁極區域S1、一第三磁極區域N2、以及一第四磁極區域S2以切換相位。在理想情形下，第一磁極區域N1、第二磁極區域S1、第三磁極區域N2、以及第四磁極區域S2之大小應該是各佔轉子的四分之一。如第2圖所示，因為實際製程時會有誤差，第一磁極區域N1、第二磁極區域S1、第三磁極區域N2、以及第四磁極區域S2之大小並不會各佔轉子的四分之一。
馬達線圈L具有一第一端點O1與一第二端點O2。馬達控制器10具有一開關電路100、一控制單元110、以及一相位偵測單元120。開關電路100具有一第一電晶體101、一第二電晶體102、一第三電晶體103、以及一第四電晶體104，用以提供一馬達電流IL至馬達線圈L。第一電晶體101耦合至一電壓源VCC與第一端點O1而第二電晶體102耦合至第一端點O1與一地面電位GND。第三電晶體103耦合至電壓源VCC與第二端點O2而第四電晶體104耦合至第二端點O2與地面電位GND。第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、以及第四電晶體104可為一P型金氧半電晶體或一N型金氧半電晶體。於第1圖中，第一電晶體101與第三電晶體103係以兩P型金氧半電晶體為例。第二電晶體102與第四電晶體104係以兩N型金氧半電晶體為例。
控制單元110產生一第一控制信號C1、一第二控制信號C2、一第三控制信號C3、以及一第四控制信號C4，用以分別控制第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、以及第四電晶體104之開關情形。相位偵測單元120產生一相位信號Vph至控制單元110以切換相位，其中相位偵測單元120可為一霍爾感測元件或一反電動勢偵測電路。舉例而言，霍爾感測元件可用以感測轉子於第一磁極區域N1、第二磁極區域S1、第三磁極區域N2、以及第四磁極區域S2之位置變化而產生相位信號Vph。因此，藉由相位信號Vph可得知目前轉子切換至第一磁極區域N1、第二磁極區域S1、第三磁極區域N2、以及第四磁極區域S2之哪一相位。控制單元110接收相位信號Vph以驅動馬達運轉。
第3圖係本發明一實施例之時序圖。相位信號Vph依序地產生一第一時間區間T01、一第二時間區間T02、一第三時間區間T03、一第四時間區間T04、一第五時間區間T05、一第六時間區間T06、一第七時間區間T07、以及一第八時間區間T08。第一時間區間T01係對應於一第一相位與第一磁極區域N1。第二時間區間T02係對應於一第二相位與第二磁極區域S1。第三時間區間T03係對應於一第三相位與第三磁極區域N2。第四時間區間T04係對應於一第四相位與第四磁極區域S2。第五時間區間T05係對應於一第五相位與第一磁極區域N1。第六時間區間T06係對應於一第六相位與第二磁極區域S1。第七時間區間T07係對應於一第七相位與第三磁極區域N2。第八時間區間T08係對應於一第八相位與第四磁極區域S2。馬達控制器10藉由相位信號Vph使得轉子於一第一週期T1轉動360度以完成一第一圈，其中第一週期T1係相等於(T01+T02+T03+T04)。接著，馬達控制器10藉由相位信號Vph使得轉子於一第二週期T2轉動360度以完成一第二圈，其中第二週期T2係相等於(T05+T06+T07+T08)。控制單元110可記錄第一時間區間T01、第二時間區間T02、第三時間區間T03、以及第四時間區間T04以供第二圈驅動使用。控制單元110亦可記錄第五時間區間T05、第六時間區間T06、第七時間區間T07、以及第八時間區間T08以供一第三圈驅動使用。
具體而言，馬達控制器10更具有一第一驅動時間以於第五相位時驅動馬達，其中第一驅動時間係相關於第一時間區間T01。馬達控制器10更具有一第二驅動時間以於第六相位時驅動馬達，其中第二驅動時間係相關於第二時間區間T02。馬達控制器10更具有一第三驅動時間以於第七相位時驅動馬達，其中第三驅動時間係相關於第三時間區間T03。馬達控制器10更具有一第四驅動時間以於第八相位時驅動馬達，其中第四驅動時間係相關於第四時間區間T04。也就是說，從第二圈開始每個相位之驅動時間係相關於前一圈相同磁極區域所對應之時間區間。根據上述之規則，至少有以下三種實施方法可於磁極區域不對稱情況下穩定馬達電流IL並減少馬達轉速於前後圈之差異：
一、第一驅動時間係相等於T01。第二驅動時間係相等於T02。第三驅動時間係相等於T03。第四驅動時間係相等於T04。後續之驅動時間依此方法類推。
二、第一驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。第二驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。第三驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。第四驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。後續之驅動時間依此方法類推。
三、第一驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。第二驅動時間係相等於(T02+T03+T04+T05)/4。第三驅動時間係相等於(T03+T04+T05+T06)/4。第四驅動時間係相等於(T04+T05+T06+T07)/4。後續之驅動時間依此方法類推。
本發明一實施例之馬達控制器10可應用於一單相馬達。當馬達控制器10於第(M+1)圈運轉時，第一磁極區域N1所屬相位之驅動時間係相關於第M圈第一磁極區域N1所對應之時間區間，其中M為一正整數且M≥1。當馬達控制器10於第(M+1)圈運轉時，第二磁極區域S1所屬相位之驅動時間係相關於第M圈第二磁極區域S1所對應之時間區間。當馬達控制器10於第(M+1)圈運轉時，第三磁極區域N2所屬相位之驅動時間係相關於第M圈第三磁極區域N2所對應之時間區間。當馬達控制器10於第(M+1)圈運轉時，第四磁極區域S2所屬相位之驅動時間係相關於第M圈第四磁極區域S2所對應之時間區間。因此，馬達控制器10可減少馬達電流IL於每個相位時之高低比且減少馬達轉速於第M圈與第(M+1)圈之差異。
雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說明，應瞭解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反地，本發明意欲涵蓋對於熟習此項技藝之人士而言係明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利範圍應根據最廣的詮釋，以包含所有此類修改與相似配置。 以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
10:馬達控制器 100:開關電路 110:控制單元 120:相位偵測單元 101:第一電晶體 102:第二電晶體 103:第三電晶體 104:第四電晶體 VCC:電壓源 GND:地面電位 L:馬達線圈 O1:第一端點 O2:第二端點 IL:馬達電流 C1:第一控制信號 C2:第二控制信號 C3:第三控制信號 C4:第四控制信號 Vph:相位信號 N1:第一磁極區域 S1:第二磁極區域 N2:第三磁極區域 S2:第四磁極區域 T01:第一時間區間 T02:第二時間區間 T03:第三時間區間 T04:第四時間區間 T05:第五時間區間 T06:第六時間區間 T07:第七時間區間 T08:第八時間區間 T1:第一週期 T2:第二週期
第1圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。 第2圖係本發明一實施例之轉子之示意圖。 第3圖係本發明一實施例之時序圖。
10:馬達控制器
100:開關電路
110:控制單元
120:相位偵測單元
101:第一電晶體
102:第二電晶體
103:第三電晶體
104:第四電晶體
VCC:電壓源
GND:地面電位
L:馬達線圈
O1:第一端點
O2:第二端點
IL:馬達電流
C1:第一控制信號
C2:第二控制信號
C3:第三控制信號
C4:第四控制信號
Vph:相位信號

Claims (14)

  1. 一種馬達控制器用以驅動一馬達，該馬達具有一馬達線圈，該馬達線圈具有一第一端點與一第二端點，該馬達控制器包含： 一開關電路，用以提供一馬達電流至該馬達線圈； 一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路； 一相位偵測單元，用以產生一相位信號至該控制單元，其中該相位信號依序地產生一第一時間區間（T01）、一第二時間區間（T02）、一第三時間區間（T03）、一第四時間區間（T04）、一第五時間區間（T05）、以及一第六時間區間（T06），該第一時間區間（T01）係對應於一第一相位，該第二時間區間（T02）係對應於一第二相位，該第三時間區間（T03）係對應於一第三相位，該第四時間區間（T04）係對應於一第四相位，該第五時間區間（T05）係對應於一第五相位，該第六時間區間（T06）係對應於一第六相位；以及 一第一驅動時間，用以於該第五相位時驅動該馬達，其中該第一驅動時間係相關於該第一時間區間（T01）。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該第一驅動時間係相等於第一時間區間（T01）。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該第一驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係應用於一單相馬達。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該開關電路包含： 一第一電晶體，耦合至一電壓源與該第一端點； 一第二電晶體，耦合至該第一端點與一地面電位； 一第三電晶體，耦合至該電壓源與該第二端點；以及 一第四電晶體，耦合至該第二端點與該地面電位。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該控制單元記錄該第一時間區間 (T01)、該第二時間區間(T02)、該第三時間區間(T03)、該第四時間區間(T04)、該第五時間區間(T05)、以及該第六時間區間(T06)以驅動該馬達。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一第二驅動時間，該第二驅動時間用以於該第六相位時驅動該馬達，該第二驅動時間係相關於該第二時間區間(T02)。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制器，其中該第二驅動時間係相等於第二時間區間(T02)。
  9. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制器，其中該第二驅動時間係相等於(T01+T02+T03+T04)/4。
  10. 如申請專利範圍第7項所述之馬達控制器，其中該第二驅動時間係相等於(T02+T03+T04+T05)/4。
  11. 一種馬達控制器用以驅動一馬達，該馬達具有一馬達線圈與一轉子，該轉子具有一第一磁極區域，該馬達控制器包含： 一開關電路，用以提供一馬達電流至該馬達線圈； 一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；以及 一相位偵測單元，用以產生一相位信號至該控制單元，其中當該馬達控制器於一第(M+1)圈運轉時，該第一磁極區域所屬一相位之一驅動時間係相關於一第M圈該第一磁極區域所對應之一時間區間，M為一正整數且M≥1。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係用以減少該馬達電流於該相位之一高低比。
  13. 如申請專利範圍第11項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係用以減少一馬達轉速於該第M圈與該第(M+1)圈之差異。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係應用於一單相馬達。
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