TWI740622B

TWI740622B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI740622B
Application number: TW109129100A
Authority: TW
Inventors: 朱健綸
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2020-08-26
Filing date: 2020-08-26
Publication date: 2021-09-21
Also published as: TW202209802A

Abstract

一種馬達控制器用以降低馬達噪音。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。該轉子是由4個磁極區域N1、S1、N2、以及S2在進行相位切換。該4個磁極區域具有一製造公差且該磁極區域N1具有一時間區間T1。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、一相位偵測單元、以及一電流偵測單元。該開關電路係用以供應一驅動電流至該馬達線圈。根據該製造公差與該時間區間T1，將偵測該驅動電流之時間點設成相位切換前提早一比例時間PT，其中PT/T1大於該製造公差。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種用以降低馬達噪音之馬達控制器。

一般馬達於轉動過程中會受到槽極不對稱之影響而造成相位切換時馬達線圈仍有殘餘電流，使得馬達轉動時會發出機械式的噪音。習知技術中，可於相位切換時藉由偵測流經馬達線圈之電流，用以決定是否對下一週期所輸出之複數個驅動信號之時序進行調整，其中複數個驅動信號係用以控制一驅動電路。驅動電路可為一H橋式(H-bridge)結構的電路。然而，一般馬達之轉子可區分成複數個磁極區域。當複數個磁極區域之大小因製造公差而不同時，此習知做法可能使得馬達線圈於相位切換時仍有殘餘電流而產生馬達噪音。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可降低馬達噪音之馬達控制器。

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。該轉子是由4個磁極區域N1、S1、N2、以及S2在進行相位切換。該4個磁極區域具有一製造公差且該磁極區域N1具有一時間區間T1。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、一相位偵測單元、以及一電流偵測單元。該開關電路係用以供應一驅動電流至該馬達線圈。根據該製造公差與該時間區間T1，將偵測該驅動電流之時間點設成相位切換前提早一比例時間PT，其中PT/T1大於該製造公差。接著根據一提早控制機制以降低後續相位切換時之該驅動電流。如此，即可降低因該製造公差而產生之馬達噪音。

10:馬達控制器

100:開關電路

110:控制單元

120:相位偵測單元

130:電流偵測單元

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

Vm:電壓源

GND:地面電位

L:馬達線圈

O1:第一端點

O2:第二端點

IL:驅動電流

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

Vps:相位信號

Vd:偵測信號

N1,S1,N2,S2:磁極區域

T1,T2,T3,T4:時間區間

Td1,Td2,Td3:時間點

Tr:參考時間

T:週期

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

第2A圖係本發明一實施例之轉子之示意圖。

第2B圖係本發明另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。

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2A圖係本發明一實施例之轉子之示意圖。本實施例之轉子是由4個磁極區域N1、S1、N2、以及S2在進行相位切換，但本發明不為所限。在理想情形下，磁極區域N1、S1、N2、以及S2之大小應該是各佔轉子的四分之一。如第2A圖所示，因為實際製程時會有誤差，磁極區域N1、S1、N2、以及S2之大小並不會各佔轉子的四分之一。因此，不論轉子是由2個磁極區域、4個磁極區域、或4個以上磁極區域所組成時，皆可定義一製造公差(Manufacturing Tolerance)來代表實際製程時所允許之誤差。第 2B圖係本發明另一實施例之轉子之示意圖。當轉子是由2個磁極區域N1與S1進行相位切換時，亦可定義出另一製造公差。

如第1圖所示，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、一相位偵測單元120、以及一電流偵測單元130。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，用以供應一驅動電流IL至馬達線圈L。第一電晶體101耦合至一電壓源Vm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Vm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。控制單元110輪流由一第一驅動模式與一第二驅動模式以提供電能給馬達。於第一驅動模式下，控制單元110藉由控制第一控制信號C1與第四控制信號C4，用以導通第一電晶體101與第四電晶體104。此時電流從電壓源Vm依序流經第一電晶體101、馬達線圈L、以及第四電晶體104，以此模式將電能傳送給馬達。於第二驅動模式下，控制單元110藉由控制第二控制信號C2與第三控制信號C3，用以導通第二電晶體102與第三電晶體103。此時電流從電壓源Vm依序流經第三電晶體103、馬達線圈L、以及第二電晶體102，以此模式將電能傳送給馬達。藉由重覆地於第一驅動模式與第二驅動模式中切換，即可使馬達正常運轉。

相位偵測單元120產生一相位信號Vps至控制單元110，其中相位偵測單元120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各磁極區域N1、S1、N2、以及S2之位置變化而產生相位信號Vps。因此，藉由相位信號Vps可得知目前轉子切換至磁極區域N1、S1、N2、以及S2之哪一相位。電流偵測單元130耦合至第一端點O1與第二端點O2，用以偵測驅動電流IL且產生一偵測信號Vd至控制單元110。

第3圖係本發明一實施例之時序圖。磁極區域N1具有一時間區間T1。磁極區域S1具有一時間區間T2。磁極區域N2具有一時間區間T3。磁極區域S2具有一時間區間T4。磁極區域N1、S1、N2、以及S2具有一週期T，其中T=T1+T2+T3+T4。根據製造公差用以決定偵測驅動電流IL之時間點Td1，其中Td1<T1。本發明中(T1-Td1)/T1可被設計成大於製造公差。因此，當製造公差為N%時，時間點Td1可被設定在小於(1-N%)×T1處，其中N>0。當電流偵測單元130於時間點Td1時偵測到驅動電流IL大於0時，控制單元110可於後續相位切換時提早一參考時間Tr去控制開關電路100，以降低相位切換時之驅動電流IL。也就是說，控制單元110會去執行一提早控制機制。具體而言，若電流偵測單元130於時間點Td1時偵測到驅動電流IL大於0時，控制單元110可藉由控制開關電路100使得第一端點O1之電壓在(T1+T2+T3-Tr)時間點從一高位準H改成一低位準L且使得第二端點O2之電壓在(T1+T2+T3+T4-Tr)時間點從高位準H改成低位準L。此外，本發明亦可選擇從下一週期後控制單元110才於相位切換時提早參考時間Tr去控制開關電路100。換言之，若電流偵測單元130於時間點Td1時偵測到驅動電流IL大於0時，控制單元110可藉由控制開關電路100使得第一端點O1之電壓在(T+T1-Tr)時間點從高位準H改成低位準L。

本發明依據不同的設計考量，可選擇下一次偵測驅動電流IL之時間點為Td2或Td3，其中時間點Td2可被設定在小於T1+T2+(1-N%)×T3處而時間點Td3可被設定在小於T+(1-N%)×T1處。若下一次偵測到驅動電流IL仍大於0時，可重覆提早控制機制，直到最後偵測到驅動電流IL等於0時，即可降低因製造公差而產生之馬達噪音。

本發明之馬達控制器10可應用於一單相馬達或一多相馬達。此外，本發明可適用於有電感性的致動器，例如無刷馬達、直流馬達、音圈馬達、或電磁致動器。本發明根據製造公差與時間區間T1，將偵測驅動電流IL之時間點設成相位切換前提早一比例時間PT，其中PT/T1大於製造公差。接著根據提早控制機制以降低後續相位切換時之驅動電流IL。如此，即可降低因製造公差而產生之馬達噪音。

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。