TWI757090B - 馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法 - Google Patents

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Abstract

本發明公開一種馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法。過壓保護電路比較第一參考電壓與輸入單相馬達的共用電壓以輸出第一比較訊號。當控制電路依據第一比較訊號以判斷共用電壓大於第一參考電壓時，控制電路在單相馬達的換相訊號的一相位時間內，關閉第一上橋開關以及第二上橋開關，開啟第一下橋開關以及第二下橋開關。在相位時間結束之後，控制電路依據換相訊號的準位，輪流開啟第一下橋開關以及第二下橋開關。

Description

馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法
本發明涉及電壓過載保護系統，特別是涉及用以保護單相馬達的橋式驅動電路的一種馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法。
電子產品的電路元件在運作過程中會發熱，特別是在伺服器的密閉機殼或其他密閉空間中，每個電路元件運作時所產生的熱氣會在密閉機殼內循環，加熱其他電路元件，導致電路元件過熱損毀。因此，在電子產品內，必須設有風扇，用以冷卻電子產品的電路元件。
然而，在風扇內，控制電路控制馬達驅動電路的多個電晶體運作以驅動馬達運轉，以帶動風扇的扇葉轉動的過程中，會產生逆電流回充與單相馬達耦接的共用電壓，使共用電壓過高，進而導致馬達驅動電路的電晶體損毀。
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馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，適用於單相馬達的橋式驅動電路。橋式驅動電路包含多個開關元件。多個開關元件包含第一上橋開關、第一下橋開關、第二上橋開關以及第二下橋開關。第一上橋開關的第一端和第二上橋開關的第一端耦接共用電壓。第一上橋開關的第二端以及第一下橋開關的第一端之間的第一節點連接單相馬達的第一端。第二上橋開關的第二端以及第二下橋開關的第一端之間的第二節點連接單相馬達的第二端。第二上橋開關的第二端以及第二下橋開關的第二端接地。馬達前置驅動器的電壓過載保護系統包含過壓保護電路以及控制電路。過壓保護電路設於馬達前置驅動器內，耦接共用電壓。過壓保護電路配置以比較共用電壓與第一參考電壓，以輸出第一比較訊號。控制電路設於馬達前置驅動器內，連接各開關元件的控制端以及過壓保護電路，配置以輸出多個控制訊號分別至多個開關元件，以開啟或關閉多個開關元件。其中當控制電路依據第一比較訊號以判斷共用電壓大於第一參考電壓時，在換相訊號的一相位時間內，關閉第一上橋開關以及第二上橋開關，並開啟第一下橋開關以及第二下橋開關，而在換相訊號的同一相位時間結束之後，依據單相馬達的換相訊號的準位，輪流開啟第一下橋開關以及第二下橋開關。
在一實施方案中，當換相訊號到達從第一準位轉換至第二準位的換相時間點時，控制電路關閉第一下橋開關，並開啟第二下橋開關，而當換相訊號從第二準位轉換至第一準位的換相時間點時，控制電路關閉第二下橋開關，並開啟第一下橋開關。
在一實施方案中，過壓保護電路包含第一比較器。第一比較器的第一輸入端和第二輸入端分別耦接共用電壓以及第一參考電壓。第一比較器配置以比較共用電壓與第一參考電壓，以輸出第一比較訊號。
在一實施方案中，過壓保護電路比較共用電壓與第二參考電壓以輸出第二比較訊號。控制電路依據第二比較訊號判斷共用電壓大於第二參考電壓但不大於第一參考電壓時，微開原本為關閉狀態的第一上橋開關，維持全開第一下橋開關以及第二上橋開關，並維持關閉第二下橋開關。
在一實施方案中，過壓保護電路比較共用電壓與第二參考電壓以輸出第二比較訊號，控制電路依據第二比較訊號判斷共用電壓大於第二參考電壓但不大於第一參考電壓時，微開原本為關閉狀態的第二上橋開關，維持全開第一上橋開關以及第二下橋開關，並維持關閉第一下橋開關。
在一實施方案中，過壓保護電路更包含第二比較器。第二比較器的第一輸入端和第二輸入端分別耦接共用電壓以及第二參考電壓，第二比較器配置以比較共用電壓與第二參考電壓，以輸出第二比較訊號。
另外，本發明提供馬達前置驅動器的電壓過載保護方法，適用於單相馬達的橋式驅動電路。橋式驅動電路包含多個開關元件。多個開關元件包含第一上橋開關、第一下橋開關、第二上橋開關以及第二下橋開關。第一上橋開關的第一端和第二上橋開關的第一端耦接共用電壓。第一上橋開關的第二端以及第一下橋開關的第一端之間的第一節點連接單相馬達的第一端。第二上橋開關的第二端以及第二下橋開關的第一端之間的第二節點連接單相馬達的第二端。第二上橋開關的第二端以及第二下橋開關的第二端接地。馬達前置驅動器的電壓過載保護方法包含以下步驟：比較共用電壓與第一參考電壓以產生第一比較訊號；依據第一比較訊號判斷共用電壓是否到達第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，接著執行下一步驟；在換相訊號的一相位時間內，關閉第一上橋開關以及第二上橋開關，開啟第一下橋開關以及第二下橋開關；以及在換相訊號的同一相位時間結束之後，依據單相馬達的換相訊號的準位，輪流開啟第一下橋開關以及第二下橋開關。
在一實施方案中，所述馬達前置驅動器的電壓過載保護方法更包含以下步驟：判斷換相訊號是否到達從第一準位轉換至第二準位的換相時間點，若是，關閉第一下橋開關，並開啟第二下橋開關，不執行下一步驟，若否，執行下一步驟；以及判斷換相訊號是否到達從第二準位轉換至第一準位的換相時間點，若是，關閉第二下橋開關，並開啟第一下橋開關，若否，回到上一步驟。
在一實施方案中，所述馬達前置驅動器的電壓過載保護方法更包含以下步驟：比較共用電壓與第二參考電壓，以輸出第二比較訊號；以及判斷共用電壓是否大於第二參考電壓但不大於第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，微開原本為關閉狀態的第一上橋開關，維持全開第一下橋開關以及第二上橋開關，並維持關閉第二下橋開關。
在一實施方案中，所述馬達前置驅動器的電壓過載保護方法更包含以下步驟：比較共用電壓與第二參考電壓，以輸出第二比較訊號；以及判斷共用電壓是否大於第二參考電壓但不大於第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，微開原本為關閉狀態的第二上橋開關，維持全開第一上橋開關以及第二下橋開關，並維持關閉第一下橋開關。
如上所述，本發明提供一種馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法，其具有以下主要特點： 1.     偵測輸入單相馬達的共用電壓，以在判斷共用電壓大於第一參考電壓時，執行第一階段：全關上橋開關，全開下橋開關，達到逆電流停止回充共用電壓； 2.     在到達換相訊號的換相時間點時，執行第二階段：全關上橋開關，隨換相訊號的準位，以輪流開啟多個下橋開關，讓橋式驅動電路降溫； 3.     若共用電壓持續上升，所有上橋開關持續關閉，藉以避免上橋開關過熱損毀疑慮。
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，在不背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。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
[第一實施例]
請參閱圖1至圖4，其中圖1為本發明第一至第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統與單相馬達以及橋式驅動電路的元件配置示意圖；圖2為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統的過壓保護電路的內部元件示意圖；圖3為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法切換橋式驅動電路的示意圖；圖4為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖。
本實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法可包含如圖4所示的步驟S101~S123，可由如圖1所示的馬達前置驅動器100對單相馬達MT的橋式驅動電路HBDV依序執行。
如圖1所示，馬達前置驅動器100可包含過壓保護電路10以及控制電路20，設於馬達前置驅動器100內。控制電路20連接過壓保護電路10以及橋式驅動電路HBDV。過壓保護電路10耦接共用電壓VCC。單相馬達MT連接橋式驅動電路HBDV，並耦接共用電壓VCC。
橋式驅動電路HBDV包含多個開關元件，例如第一上橋開關H1、第一下橋開關L1、第二上橋開關H2以及第二下橋開關L2，配置成H橋式驅動電路，這些開關元件可為相同或不同型態的電晶體，本發明不受限於此。
第一上橋開關H1的第一端和第二上橋開關H2的第一端耦接共用電壓VCC。第一上橋開關H1的第二端以及第一下橋開關L1的第一端之間的第一節點OUT1連接單相馬達MT的第一端，即連接單相馬達MT的電感L的第一端。單相馬達MT的電感L的第二端連接單相馬達MT的電阻R的第一端。第二上橋開關H2的第二端以及第二下橋開關L2的第一端之間的第二節點OUT2連接單相馬達MT的第二端，即連接單相馬達MT的電阻R的第二端。第二上橋開關H2的第二端以及第二下橋開關L2的第二端接地。
橋式驅動電路HBDV設於馬達前置驅動器100外，無法由設於馬達前置驅動器100的散熱元件進行散熱。雖然在橋式驅動電路HBDV的電路板上加上大電容可避免橋式驅動電路HBDV的多個開關元件損毀，然而風扇較小時，僅能容置單相馬達MT與橋式驅動電路HBDV，無法再容置佔用空間的大電容。因此，在此情況下，需執行如圖4所示的步驟S101~S123，以避免橋式驅動電路HBDV過熱損毀，具體說明如下。
在步驟S101，利用控制電路20輸出多個控制訊號M1P、M1N、M2P、M2N分別至橋式驅動電路HBDV的多個開關元件的控制端，以開啟或關閉開關元件，以控制橋式驅動電路HBDV驅動單相馬達MT穩定地運轉在正常模式下。
舉例而言，如圖3中的虛線框AH1框起部分所示，控制電路20輸出低準位的控制訊號M1N以關閉第一下橋開關L1、高準位的控制訊號M2P以關閉第二上橋開關H2，並且輸出低準位的控制訊號M1P以開啟第一上橋開關H1、高準位的控制訊號M2N以開啟第二下橋開關L2。此時，橋式驅動電路HBDV驅動單相馬達MT穩定地運轉，順向電流IL11從第一上橋開關H1依序流經單相馬達MT以及第二下橋開關L2至地端。
在本實施例中，當換相訊號HLS為高準位時，電流IL11從單相馬達MT的第一節點OUT1流至單相馬達MT的第二節點OUT2，但在此僅舉例說明，本發明不以此為限。換相訊號HLS代表偵測到轉子(扇葉)轉動，低準位或是高準位是代表極性方向。因此，可依據實際需求，設定在換相訊號HLS不同的準位下，對橋式驅動電路HBDV的切換，進而決定電流流向。例如，當換相訊號HLS為低準位時，電流從第一節點OUT1流至第二節點OUT2。
在步驟S103，利用控制電路20判斷目前時間是否到達單相馬達MT的換相訊號HLS的一換相時間點。若目前時間尚未到達換相訊號HLS的換相時間點時，持續執行步驟S101。相反地，若目前時間到達換相訊號HLS的換相時間點時，例如但不限於到達如圖3所示的換相訊號HLS的一波形的下降緣(實務上可為上升緣)時，接著執行步驟S105。
在步驟S105，利用控制電路20切換橋式驅動電路HBDV，以將部分開關元件從開啟狀態切換至關閉狀態，其他開關元件從關閉狀態切換至開啟狀態。
舉例而言，如圖3的虛線框AH2框起部分所示，利用控制電路20關閉第一上橋開關H1以及第二下橋開關L2，而開啟第一下橋開關L1以及第二上橋開關H2。其結果為，逆電流IL12從第一下橋開關L1經過單相馬達MT流經第二上橋開關H2至共用電壓VCC，以回充共用電壓VCC，導致共用電壓VCC增加。
在本實施例中，舉例在執行換相作業過程中，橋式驅動電路HBDV從如圖3中的虛線框AH1框起部分所示的狀態，切換至如圖3的虛線框AH2框起部分所示的狀態。應理解，在換相作業中，橋式驅動電路HBDV亦可能從虛線框AH2框起部分所示的狀態，切換至虛線框AH1框起部分所示的狀態。在每次切換橋式驅動電路HBDV時，特別是開啟第一上橋開關H1或第二上橋開關H2時，會有逆電流回充共用電壓VCC的情況發生。
在步驟S107，在逆電流IL12回充共用電壓VCC的過程中，利用過壓保護電路10取得共用電壓VCC，接著比較共用電壓VCC與第一參考電壓VRF1，以輸出第一比較訊號CP1至控制電路20。
舉例而言，過壓保護電路10可包含如圖2所示的第一比較器CMP1。第一比較器CMP1的第一輸入端例如非反相輸入端耦接共用電壓VCC，而第一比較器CMP1的第二輸入端例如反相輸入端則耦接第一參考電壓VRF1。第一比較器CMP1配置以比較共用電壓VCC與第一參考電壓VRF1，以輸出第一比較訊號CP1至控制電路20。
在步驟S109，利用控制電路20依據比較訊號CP1，判斷共用電壓VCC是否大於第一參考電壓VRF1。若第一比較訊號CP1輸出低準位的第一比較訊號CP1，控制電路20依據低準位的比較訊號CP1以判斷共用電壓VCC共用電壓VCC不大於第一參考電壓VRF1時，接著執行步驟S111。
在步驟S111，利用控制電路20維持如圖3的虛線框AH2框起部分所示，關閉第一上橋開關H1以及第二下橋開關L2，而開啟第一下橋開關L1以及第二上橋開關H2，以控制橋式驅動電路HBDV驅動單相馬達MT穩定地運轉。亦即，橋式驅動電路HBDV不進行切換。
相反地，若第一比較訊號CP1輸出高準位的第一比較訊號CP1，在步驟S109中，控制電路20依據高準位的比較訊號CP1判斷共用電壓VCC大於第一參考電壓VRF1時，接著執行步驟S113~S119。
在步驟S113，如圖3中的虛線框AH3框起部分所示，利用控制電路20輸出控制訊號M1P至第一上橋開關H1，以關閉第一上橋開關H1。
在步驟S115，如圖3中的虛線框AH3框起部分所示，利用控制電路20輸出控制訊號M2P至第二上橋開關H2，以關閉第二上橋開關H2。
在步驟S117，如圖3中的虛線框AH3框起部分所示，利用控制電路20輸出控制訊號M1N至第一下橋開關L1，以開啟第一下橋開關L1。
在步驟S119，如圖3中的虛線框AH3框起部分所示，利用控制電路20輸出控制訊號M2N至第二下橋開關L2，以開啟第二下橋開關L2。
在執行步驟S113~S119之後，由於第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2皆關閉，此時風扇的扇葉將隨單相馬達MT慣性運轉，且運轉速度逐漸降低。而開啟的第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2形成一封閉路徑，提供電流IL13在封閉路徑中反覆流經第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2，而不會流至共用電壓VCC，取代前述回充共用電壓VCC的逆電流IL12。因此，共用電壓VCC不會再上升，藉以防止共用電壓VCC過大損毀橋式驅動電路HBDV，特別是第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2。
在步驟S121，在控制電路20關閉第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2關閉、且開啟第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2之後，等待一段時間，利用控制電路20判斷目前時間是否到達換相訊號HLS的下一換相時間點。
若換相訊號HLS尚未到達下一換相時間點，持續執行步驟S113~S119。相反地，若換相訊號HLS已到達後續的換相時間點，控制電路20不再如S113~S119同時開啟第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2，而是執行步驟S123。
在步驟S123，利用控制電路20依據換相訊號HLS的準位，以輪流開啟第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2。
舉例而言，如圖3所示，當利用控制電路20判斷目前時間到達從低準位轉換至高準位的換相時間點時，利用控制電路20切換橋式驅動電路HBDV至如圖3的虛線框AH4框起部分所示的狀態。亦即，在換相訊號HLS的第二波形的工作週期時間t31內，利用控制電路20維持關閉第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2，維持開啟第二下橋開關L2，但將第一下橋開關L1從開啟狀態切換至關閉狀態。
接著，在執行完虛線框AH4框起部分所示的橋式驅動電路HBDV的切換後，過一段時間到達換相訊號HLS的下一換相時間點，例如圖3所示到達從高準位轉換至低準位的換相時間點時，利用控制電路20切換橋式驅動電路HBDV至如圖3的虛線框AH5框起部分所示的狀態。亦即，在換相訊號HLS的第二波形的非工作週期時間t32內，利用控制電路20維持關閉第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2，但將第二下橋開關L2從開啟狀態轉為關閉狀態，且將第一下橋開關L1從關閉狀態轉為開啟狀態。
由於如圖3所示的換相訊號HLS的多個波形的每一波形的上升緣和下降緣的時間點皆作為換相時間點，將反覆地輪流開啟第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2。
實務上，若在將橋式驅動電路HBDV切換至如圖3的虛線框AH3框起部分所示的狀態後，換相訊號HLS到達的換相時間點為下降緣(而不是上述的上升緣)時，則接著先將橋式驅動電路HBDV切換至如圖3的虛線框AH5框起部分所示的狀態。在經過一段時間後，到達換相訊號HLS的又下一換相時間點為上升緣時，將橋式驅動電路HBDV切換至如圖3的虛線框AH4框起部分所示的狀態。
[第二實施例]
請參閱圖5、圖6和圖8，其中圖5為本發明第二實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法切換橋式驅動電路的示意圖；圖6為本發明第二實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖；圖8為本發明第二和第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統過壓保護電路的內部元件示意圖。
本實施例的電壓過載保護方法可更包含如圖6所示的步驟S201~S213，可由如圖1所示的電壓過載保護系統的馬達前置驅動器100執行。
在本實施例中，舉例在前述的步驟S115中，如圖5的虛線框AH1框起部分所示，利用控制電路20全開第一上橋開關H1、全關第一下橋開關L1、全關第二上橋開關H2以及全開第二下橋開關L2，以如步驟S101驅動單相馬達MT穩定運轉。
因此，在步驟S113判斷到達換相訊號HLS的換相時間點時，接著執行步驟S115，如圖5的虛線框AH2框起部分所示，利用控制電路20全關第一上橋開關H1、全開第一下橋開關L1、全開第二上橋開關H2以及全關第二下橋開關L2，以驅動單相馬達MT穩定運轉。
值得注意的是，在橋式驅動電路HBDV從如圖5的虛線框AH1框起部分所示的狀態切換至如圖5的虛線框AH2框起部分所示的狀態後，逆電流IL12會流經全開的第二上橋開關H2回充共用電壓VCC。在逆電流IL12回充共用電壓VCC的過程中，可執行步驟S201。
在步驟S201，在逆電流IL12回充共用電壓VCC的過程中，共用電壓VCC將逐漸上升，此時利用過壓保護電路10持續偵測共用電壓VCC，比較共用電壓VCC與第二參考電壓VRF2，以輸出第二比較訊號CP2。
舉例而言，過壓保護電路10不僅如上述可包含如圖2所示的第一比較器CMP1外，更可包含如圖8所示的第二比較器CMP2。第二比較器CMP2的第一輸入端例如非反相輸入端耦接共用電壓VCC，而第二比較器CMP2的第二輸入端例如反相輸入端則耦接第二參考電壓VRF2。第二比較器CMP2配置以比較共用電壓VCC與第二參考電壓VRF2，以輸出第二比較訊號CP2。
在步驟S203，利用控制電路20依據第二比較訊號CP2，判斷共用電壓VCC是否大於第二參考電壓VRF2，但小於第一參考電壓VRF1。
若共用電壓VCC不大於第二參考電壓VRF2時，執行步驟S205不作電壓保護的切換，持續利用控制電路20維持控制橋式驅動電路HBDV為如圖5的虛線框AH2框起部分所示的狀態。此時，逆電流IL12仍持續回充共用電壓VCC，因此持續執行步驟S201利用過壓保護電路10持續偵測共用電壓VCC，與第二參考電壓VRF2比較。
當逆電流IL12回充共用電壓VCC，使共用電壓VCC增加至大於第二參考電壓VRF2時，接著執行步驟S207~S213。
在執行步驟S207~S213時，利用控制電路20控制原本全關的第一上橋開關H1微開，橋式驅動電路HBDV的其他開關元件則不做切換，即維持控制第一下橋開關L1以及第二上橋開關H2全開，並維持關閉第二下橋開關L2，如圖5的虛線框AH22框起部分所示。而在執行步驟S207~S213之後，可執行步驟S107至S123。
在第一上橋開關H1微開時，少量電流IL3從共用電壓VCC緩慢地流經第一上橋開關H1，接著流經第一下橋開關L1至地端，藉以避免共用電壓VCC過高，導致橋式驅動電路HBDV損毀。
也就是說，當共用電壓VCC增加至大於第二參考電壓VRF2，但不大於第一參考電壓VRF1時，如圖5的虛線框AH22框起部分所示，先微開第一上橋開關H1。
[第三實施例]
請參閱圖7和圖8，其中圖7為本發明第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖；圖8為本發明第二和第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統過壓保護電路的內部元件示意圖。
本實施例的電壓過載保護方法可更包含如圖7所示的步驟S301~S313，可由如圖1所示的電壓過載保護系統的馬達前置驅動器100執行。
在本實施例中，舉例在前述的步驟S101中，利用控制電路20全關第一上橋開關H1、全開第一下橋開關L1、全開第二上橋開關H2以及全關第二下橋開關L2，以如步驟S101驅動單相馬達MT穩定運轉。此時，電流從第二上橋開關H2經過單相馬達MT的第二節點OUT2流至單相馬達MT的第一節點OUT1，接著流經第一下橋開關L1至地端。
接著，在步驟S103判斷到達換相訊號HLS的換相時間點時，接著執行步驟S115，利用控制電路20全開第一上橋開關H1、全關第一下橋開關L1、全關第二上橋開關H2以及全開第二下橋開關L2。此時，逆電流從單相馬達MT的第二節點OUT2流至單相馬達MT的第一節點OUT1，接著流經第一上橋開關H1後回充共用電壓VCC。在執行完步驟S115後，接著執行步驟S301。
在步驟S301，在逆電流回充共用電壓VCC的過程中，共用電壓VCC將逐漸上升，此時利用過壓保護電路10持續偵測共用電壓VCC，比較共用電壓VCC與第二參考電壓VRF2，以輸出第二比較訊號CP2。
舉例而言，如圖8所示，本實施例的過壓保護電路10包含第一比較器CMP1以及第二比較器CMP2。第二比較器CMP2的第一輸入端例如非反相輸入端耦接共用電壓VCC，而第二比較器CMP2的第二輸入端例如反相輸入端則耦接第二參考電壓VRF2。第二比較器CMP2配置以比較共用電壓VCC與第二參考電壓VRF2，以輸出第二比較訊號CP2。
在步驟S303，利用控制電路20依據第二比較訊號CP2，判斷共用電壓VCC是否大於第二參考電壓VRF2，但小於第一參考電壓VRF1。
若控制電路20判斷共用電壓VCC不大於第二參考電壓VRF2時，再次執行步驟S301，以利用過壓保護電路10持續偵測共用電壓VCC，比較共用電壓VCC與第二參考電壓VRF2。
當控制電路20判斷逆電流回充共用電壓VCC，使共用電壓VCC增加至大於第二參考電壓VRF2時，接著執行步驟S307~S313。
在執行步驟S307~S313時，利用控制電路20控制原本全關的第二上橋開關H2微開，但不切換橋式驅動電路HBDV的其他開關元件，即維持控制第一上橋開關H1以及第二下橋開關L2全開，維持全關第一下橋開關L1。而在執行步驟S307~S313之後，可執行步驟S107至S123。
在第二上橋開關H2微開時，少量電流從共用電壓VCC緩慢地流經第二上橋開關H2，接著流經第二下橋開關L2至地端，藉以避免共用電壓VCC過高，導致橋式驅動電路HBDV損毀。
[第四實施例]
請參閱圖9，其為本發明第四實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法的訊號波形圖。
在時間t1內，當共用電壓VCC增加至大於第二參考電壓VRF2，但不大於第一參考電壓VRF1時，換相訊號HLS為高準位(實務上亦可如圖5所示替換為低準位)，利用控制電路20執行過壓保護程序的第一階段，控制原本全關的第一上橋開關H1或第二上橋開關H2微開。如前述圖3的實施例，此微開作業可依據實際需求省略。
接著，如高準位的第一階段訊號OVPV指出，在時間t2內，當共用電壓VCC增加至大於第一參考電壓VRF1時，換相訊號HLS為高準位(實務上亦可如圖5所示替換為低準位)，利用控制電路20執行過壓保護程序的第二階段，將第一上橋開關H1以及第二上橋開關H2全關，將第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2全開。
接著，如高準位的第二階段訊號PVPP指出，利用控制電路20執行過壓保護程序的第三階段，依據換相訊號HLS的準位，輪流開啟第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2。例如，換相訊號HLS為高準位時，如圖5所示的實施例，開啟第二下橋開關L2以及關閉第一下橋開關L1，或者實務上為開啟第一下橋開關L1以及關閉第二下橋開關L2。
在本實施例中，如圖9所示，舉例在第二階段訊號PVPP為高準位的期間內，輪流切換第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2三次，但此僅為舉例說明，本發明不受限於本實施例的舉例。實務上，可依據實際需求，增加或減少第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2輪流切換的次數。
綜上所述，本發明提供一種馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及其方法，其具有以下主要特點： 1.     偵測輸入單相馬達的共用電壓，以在判斷共用電壓大於第一參考電壓時，執行第一階段：全關上橋開關，全開下橋開關，達到逆電流停止回充共用電壓； 2.     在到達換相訊號的換相時間點時，執行第二階段：全關上橋開關，隨換相訊號的準位，以輪流開啟多個下橋開關，讓橋式驅動電路降溫； 3.     若共用電壓持續上升，所有上橋開關持續關閉，藉以避免上橋開關過熱損毀疑慮。
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。
100:馬達前置驅動器 10:過壓保護電路 20:控制電路 VCC:共用電壓 HLS:換相訊號 PWM:脈寬調變訊號 GND:地端 M1P、M1N、M2P、M2N:控制訊號 HBDV:橋式驅動電路 H1:第一上橋開關 L1:第一下橋開關 H2:第二上橋開關 L2:第二下橋開關 MT:單相馬達 L:電感 R:電阻 OUT1:第一節點 OUT2:第二節點 CMP1:第一比較器 CP1:第一比較訊號 VRF1:第一參考電壓 V+:正電源 V-:負電源 t1、t2、t3、t31、t32、t33:時間 IL11:順向電流 IL12:逆電流 IL13、IL23、IL24、IL3:電流 AH1、AH2、AH3、AH4、AH5、AH6、AH22:虛線框 CMP2:第二比較器 CP2:第二比較訊號 VRF2:第二參考電壓 S101~S123、S201~S213、S301、S303、S307、S309、S311、S313:步驟 OVPV:第一階段訊號 PVPP:第二階段訊號
圖1為本發明第一至第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統與單相馬達以及橋式驅動電路的元件配置示意圖。
圖2為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統的過壓保護電路的內部元件示意圖。
圖3為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法切換橋式驅動電路的示意圖。
圖4為本發明第一實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖。
圖5為本發明第二實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法切換橋式驅動電路的示意圖。
圖6為本發明第二實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖。
圖7為本發明第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法的步驟流程圖。
圖8為本發明第二和第三實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統過壓保護電路的內部元件示意圖。
圖9為本發明第四實施例的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統及方法的訊號波形圖。
100:馬達前置驅動器
10:過壓保護電路
20:控制電路
VCC:共用電壓
HLS:換相訊號
PWM:脈寬調變訊號
GND:地端
M1P、M1N、M2P、M2N:控制訊號
HBDV:橋式驅動電路
H1:第一上橋開關
L1:第一下橋開關
H2:第二上橋開關
L2:第二下橋開關
MT:單相馬達
L:電感
R:電阻
OUT1、OUT2:節點

Claims (10)

  1. 一種馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，適用於一單相馬達的一橋式驅動電路，該橋式驅動電路包含多個開關元件，該多個開關元件包含一第一上橋開關、一第一下橋開關、一第二上橋開關以及一第二下橋開關，該第一上橋開關的第一端和該第二上橋開關的第一端耦接一共用電壓，該第一上橋開關的第二端以及該第一下橋開關的第一端之間的一第一節點連接該單相馬達的第一端，該第二上橋開關的第二端以及該第二下橋開關的第一端之間的一第二節點連接該單相馬達的第二端，該第二上橋開關的第二端以及該第二下橋開關的第二端接地，該馬達前置驅動器的電壓過載保護系統包含： 一過壓保護電路，設於該馬達前置驅動器內，耦接該共用電壓，配置以比較該共用電壓與一第一參考電壓，以輸出一第一比較訊號；以及 一控制電路，設於該馬達前置驅動器內，連接各該開關元件的控制端以及該過壓保護電路，配置以輸出多個控制訊號分別至該多個開關元件，以開啟或關閉該多個開關元件； 其中當該控制電路依據該第一比較訊號以判斷該共用電壓大於該第一參考電壓時，在一換相訊號的一相位時間內，關閉該第一上橋開關以及該第二上橋開關，並開啟該第一下橋開關以及該第二下橋開關，而在該相位時間結束之後，依據該單相馬達的該換相訊號的準位，輪流開啟該第一下橋開關以及該第二下橋開關。
  2. 如請求項1所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，其中，當該換相訊號到達從一第一準位轉換至一第二準位的換相時間點時，該控制電路關閉第一下橋開關，並開啟該第二下橋開關，而當該換相訊號從該第二準位轉換至該第一準位的換相時間點時，該控制電路關閉該第二下橋開關，並開啟第一下橋開關。
  3. 如請求項1所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，其中該過壓保護電路包含一第一比較器，該第一比較器的第一輸入端和第二輸入端分別耦接該共用電壓以及該第一參考電壓，該第一比較器配置以比較該共用電壓與該第一參考電壓，以輸出該第一比較訊號。
  4. 如請求項1所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，其中，該過壓保護電路比較該共用電壓與一第二參考電壓以輸出一第二比較訊號，該控制電路依據該第二比較訊號判斷該共用電壓大於該第二參考電壓但不大於該第一參考電壓時，微開原本為關閉狀態的該第一上橋開關，維持全開該第一下橋開關以及該第二上橋開關，並維持關閉該第二下橋開關。
  5. 如請求項1所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，其中，該過壓保護電路比較該共用電壓與一第二參考電壓以輸出一第二比較訊號，該控制電路依據該第二比較訊號判斷該共用電壓大於該第二參考電壓但不大於該第一參考電壓時，微開原本為關閉狀態的該第二上橋開關，維持全開該第一上橋開關以及該第二下橋開關，並維持關閉該第一下橋開關。
  6. 如請求項4或5所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護系統，其中該過壓保護電路更包含一第二比較器，該第二比較器的第一輸入端和第二輸入端分別耦接該共用電壓以及該第二參考電壓，該第二比較器配置以比較該共用電壓與該第二參考電壓，以輸出該第二比較訊號。
  7. 一種馬達前置驅動器的電壓過載保護方法，適用於一單相馬達的一橋式驅動電路，該橋式驅動電路包含多個開關元件，該多個開關元件包含一第一上橋開關、一第一下橋開關、一第二上橋開關以及一第二下橋開關，該第一上橋開關的第一端和該第二上橋開關的第一端耦接一共用電壓，該第一上橋開關的第二端以及該第一下橋開關的第一端之間的一第一節點連接該單相馬達的第一端，該第二上橋開關的第二端以及該第二下橋開關的第一端之間的一第二節點連接該單相馬達的第二端，該第二上橋開關的第二端以及該第二下橋開關的第二端接地，該馬達前置驅動器的電壓過載保護方法包含以下步驟： 比較該共用電壓與一第一參考電壓以產生一第一比較訊號； 依據該第一比較訊號判斷該共用電壓是否到達該第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，接著執行下一步驟； 在一換相訊號的一相位時間內，關閉該第一上橋開關以及該第二上橋開關，開啟該第一下橋開關以及該第二下橋開關；以及 在該相位時間結束之後，依據該單相馬達的該換相訊號的準位，輪流開啟該第一下橋開關以及該第二下橋開關。
  8. 如請求項7所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法，更包含以下步驟： 判斷該換相訊號是否到達從一第一準位轉換至一第二準位的換相時間點，若是，關閉該第一下橋開關，並開啟該第二下橋開關，不執行下一步驟，若否，執行下一步驟；以及 判斷該換相訊號是否到達從該第二準位轉換至該第一準位的換相時間點，若是，關閉該第二下橋開關，並開啟該第一下橋開關，若否，回到上一步驟。
  9. 如請求項7所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法，更包含以下步驟： 比較該共用電壓與一第二參考電壓，以輸出一第二比較訊號；以及 判斷該共用電壓是否大於該第二參考電壓但不大於該第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，微開原本為關閉狀態的該第一上橋開關，維持全開該第一下橋開關以及該第二上橋開關，並維持關閉該第二下橋開關。
  10. 如請求項7所述的馬達前置驅動器的電壓過載保護方法，更包含以下步驟： 比較該共用電壓與一第二參考電壓，以輸出一第二比較訊號；以及 判斷該共用電壓是否大於該第二參考電壓但不大於該第一參考電壓，若否，回到上一步驟，若是，微開原本為關閉狀態的該第二上橋開關，維持全開該第一上橋開關以及該第二下橋開關，並維持關閉該第一下橋開關。
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