TWI760841B

TWI760841B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI760841B
Application number: TW109130676A
Authority: TW
Inventors: 李榮欽
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-08
Filing date: 2020-09-08
Publication date: 2022-04-11
Also published as: TW202211612A

Abstract

一種馬達控制器用以穩定一馬達電流。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。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、一命令單元、一計數單元、一比較單元、以及一相位偵測單元。該開關電路係用以提供該馬達電流至該馬達線圈。該相位偵測單元產生一相位信號至該控制單元，用以通知該控制單元切換相位。該控制單元產生複數個控制信號以控制該開關電路。該馬達控制器根據該相位信號以重置該計數單元，使得該些控制信號與該相位信號同步以穩定該馬達電流。

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穩定馬達電流之馬達控制器。

第1圖係習知之馬達控制器10之示意圖。馬達控制器10係用以驅動一馬達，其中該馬達具有一馬達線圈L。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耦合至一電壓源VCC且電壓源VCC產生一供應電流IVCC至開關電路100。開關電路100係用以提供一馬達電流至馬達線圈L，其中馬達電流可類比於供應電流IVCC。相位偵測單元120產生一相位信號Vph至控制單元110，用以通知控制單元110切換相位。控制單元110產生複數個驅動信號至開關電路100，用以控制第一端點O1之電壓與第二端點O2之電壓。第2圖係對應於第1圖之相關信號之時序圖。由於控制單元110所輸出之複數個驅動信號並未與相位信號Vph同步，造成第一端點O1之電壓信號與第二端點O2之電壓信號也不會與相位信號Vph同步。因此，每次切換相位後供應電流IVCC沒有一固定的初始值。也就是說，在非同步的操作下會造成馬達電流的不穩定。

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。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、一命令單元、一計數單元、一比較單元、以及一相位偵測單元。該開關電路耦合至一電壓源且該電壓源提供一供應電流至該開關電路。該開關電路係用以提供一馬達電流至該馬達線圈，其中該馬達電流可類比於該供應電流。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。該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、以及該第四電晶體可為一P型金氧半電晶體或一N型金氧半電晶體。

該控制單元產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、以及一第四控制信號，用以分別控制該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、以及該第四電晶體之開關情形。該相位偵測單元產生一相位信號至該控制單元，用以通知該控制單元切換相位。此外，該相位偵測單元更產生該相位信號至該計數單元，用以重置該計數單元。該命令單元接收一外部脈寬調變信號，用以產生一命令信號至該比較單元。該計數單元接收該相位信號，用以產生一輸出信號至該比較單元。該比較單元藉由比較該命令信號與該輸出信號以產生一脈寬調變信號至該控制單元。

當該相位信號從一低位準改變成一高位準或從該高位準改變成該低位準時，使得該計數單元被重置，造成該輸出信號於切換相位後具有一固定的初始值。該控制單元根據該脈寬調變信號與該相位信號，用以輸出與該相位信號同步之該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號、以及該第四控制信號。因此，該第一端點之電壓信號與該第二端點之電壓信號係與該相位信號同步，使得該供應電流於切換相位後具有穩定的電流波形，以達到穩定該馬達電流的目的。

10:馬達控制器

100:開關電路

110:控制單元

120:相位偵測單元

20:馬達控制器

VCC:電壓源

IVCC:供應電流

200:開關電路

210:控制單元

220:命令單元

230:計數單元

240:比較單元

250:相位偵測單元

Vex:外部脈寬調變信號

Vc:命令信號

Vo:輸出信號

Vp:脈寬調變信號

Vph:相位信號

201:第一電晶體

202:第二電晶體

203:第三電晶體

204:第四電晶體

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

L:馬達線圈

O1:第一端點

O2:第二端點

GND:地面電位

第1圖係習知之馬達控制器之示意圖。

第2圖係對應於第1圖之相關信號之時序圖。

第3圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

第4圖係對應於第3圖之相關信號之時序圖。

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3圖係本發明一實施例之馬達控制器20之示意圖。馬達控制器20係用以驅動一馬達，其中馬達具有一馬達線圈L。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20具有一開關電路200、一控制單元210、一命令單元220、一計數單元230、一比較單元240、以及一相位偵測單元250。開關電路200耦合至一電壓源VCC且電壓源VCC產生一供應電流IVCC至開關電路200。開關電路200係用以提供一馬達電流至馬達線圈L，其中馬達電流可類比於供應電流IVCC。開關電路200具有一第一電晶體201、一第二電晶體202、一第三電晶體203、以及一第四電晶體204。第一電晶體201耦合至電壓源VCC與第一端點O1而第二電晶體202耦合至第一端點O1與一地面電位GND。第三電晶體203耦合至電壓源VCC與第二端點O2而第四電晶體204耦合至第二端點O2與地面電位GND。第一電晶體201、第二電晶體202、第三電晶體203、以及第四電晶體204可為一P型金氧半電晶體或一N型金氧半電晶體。於第3圖中，第一電晶體201與第三電晶體203係以兩P型金氧半電晶體為例。第二電晶體202與第四電晶體204係以兩N型金氧半電晶體為例。

控制單元210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201、第二電晶體202、第三電晶體203、以及第四電晶體204之開關情形。控制單元210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210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201與第四電晶體204。此時電流從電壓源VCC依序流經第一電晶體201、馬達線圈L、以及第四電晶體204，以此模式將電能傳送給馬達。於第二驅動模式下，控制單元210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202與第三電晶體203。此時電流從電壓源VCC依序流經第三電晶體203、馬達線圈L、以及第二電晶體202，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250產生一相位信號Vph至控制單元210，用以通知控制單元210切換相位，其中相位偵測單元250可為一霍爾感測器或一反電動勢偵測電路。霍爾感測器可設置於馬達附近以感測馬達的磁場變化。馬達控制器20根據霍爾感測器所感測的馬達轉子位置，輪流於第一驅動模式與第二驅動模式中切換以驅動馬達。反電動勢偵測電路則是經由偵測反電動勢之零交叉點以決定切換相位。設計者可根據不同的馬達組態而選擇使用霍爾感測器或反電動勢偵測電路去實現相位偵測單元250。

此外，相位偵測單元250更產生相位信號Vph至計數單元230，用以重置計數單元230。命令單元220接收一外部脈寬調變信號Vex，用以產生一命令信號Vc至比較單元240。計數單元230接收相位信號Vph，用以產生一輸出信號Vo至比較單元240。比較單元240藉由比較命令信號Vc與輸出信號Vo以產生一脈寬調變信號Vp至控制單元210，其中脈寬調變信號Vp具有一工作週期(Duty Cycle)。本發明之馬達控制器20採用脈寬調變技術以調節馬達電流，達到節省電能與控制馬達轉速的目的。當工作週期接近1時，表示電壓源VCC係以接近滿載的方式輸送電能至馬達。當工作週期接近0時，表示電壓源VCC只提供些許電能至馬達。

第4圖係對應於第3圖之相關信號之時序圖。具體而言，當相位信號Vph從一低位準L改變成一高位準H或從高位準H改變成低位準L時，使得計數單元230被重置，造成輸出信號Vo於切換相位後具有一固定的初始值。接著輸出信號Vo隨時間增大，再藉由比較命令信號Vc和輸出信號Vo而得到想要的工作週期。因此，脈寬調變信號Vp於切換相位後也具有一固定的工作週期。控制單元210根據脈寬調變信號Vp與相位信號Vph，用以輸出與相位信號Vph同步之第一控制信號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。如第4圖所示，第一端點O1之電壓信號與第二端點O2之電壓信號係與相位信號Vph同步，使得供應電流IVCC於切換相位後具有穩定的電流波形，以達到穩定馬達電流的目的。

本發明之比較單元240可為一類比比較器或一數位比較器。舉例而言，當比較單元240為數位比較器時，命令信號Vc可為一N位元之數位命令信號且輸出信號Vo可為一N位元之數位輸出信號，其中N

1。比較單元240可藉由比較N位元之數位命令信號與N位元之數位輸出信號，得到想要的工作週期以控制馬達轉速。

本發明之馬達控制器20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。本發明之馬達控制器20根據相位信號Vph以重置計數單元230，使得複數個控制信號與相位信號Vph同步，達到穩定馬達電流之目的。

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。