TWI760894B

TWI760894B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI760894B
Application number: TW109136079A
Authority: TW
Inventors: 朱健綸
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-04-11
Also published as: TW202218318A

Abstract

一種馬達控制器具有一開關電路、一前置驅動器、一工作週期控制電路、一限電流電路、一脈寬調變控制單元、以及一電阻。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最大額定電流值。該開關電路係用以提供一馬達電流至該馬達線圈。該前置驅動器產生複數個驅動信號以控制該開關電路。該限電流電路儲存一限電流曲線圖。該馬達控制器藉由複數個限電流值而達到維持一固定輸出功率之功能，其中該複數個限電流值小於或等於該最大額定電流值。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種藉由複數個限電流值而達到維持固定輸出功率之功能之馬達控制器。

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、一前置驅動器110、以及一工作週期(Duty Cycle)控制電路120。開關電路100耦合至一端點VCC與一端點GND。開關電路100具有一電晶體101、一電晶體102、一電晶體103、以及一電晶體104，用以提供一馬達電流IL至馬達線圈L。電晶體101與電晶體103分別為一P型金氧半電晶體，且電晶體102與電晶體104分別為一N型金氧半電晶體。工作週期控制電路120接收一命令信號Vc，用以產生一脈寬調變信號Vp至前置驅動器110，其中命令信號Vc具有一輸入工作週期Di而脈寬調變信號Vp具有一輸出工作週期Do。第2圖係習知之輸出工作週期曲線圖。工作週期控制電路120根據輸入工作週期Di以產生輸出工作週期Do。當輸出工作週期Do接近1時，馬達控制器10可驅動馬達全速運轉。馬達控制器10可藉由輸出工作週期Do以調整馬達之轉速。前置驅動器110根據脈寬調變信號Vp以產生一第一驅動信號D1、一第二驅動信號D2、一第三驅動信號D3、以及一第四驅動信號D4，用以分別控制電晶體101、電晶體102、電晶體103、以及電晶體104之開關情形。

馬達控制器10可應用於一渦流扇(Blower Fan)。當風流流道有異物阻礙時，會使渦流扇呈現風壓降低，造成馬達之轉速上升而馬達電流IL下降的現象。當想藉由更大的風流來排除異物時，由於馬達控制器10無法得知目前馬達電流IL之數值，即使利用轉速閉迴路之控制方法，也無法達到系統想要的最大輸出功率。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可藉由複數個限電流值而達到維持一固定輸出功率之功能之馬達控制器。

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最大額定電流值。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、一前置驅動器、一工作週期控制電路、一限電流電路、一脈寬調變控制單元、以及一電阻。該開關電路耦合至一端點VCC及一端點S。該電阻耦合至該端點S與一端點GND，其中該端點S可耦合至一感測腳位。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，用以提供一馬達電流至該馬達線圈。該端點S與該電阻可用以感測馬達電流。

該前置驅動器產生複數個驅動信號以控制該開關電路。該限電流電路接收一命令信號，用以產生一輸出信號至該脈寬調變控制單元。該工作週期控制電路根據該命令信號，用以產生一第一脈寬調變信號至該脈寬調變控制單元。該脈寬調變控制單元根據該第一脈寬調變信號與該輸出信號，用以產生一第二脈寬調變信號至該前置驅動器。該工作週期控制電路可儲存一輸出工作週期查詢表或一輸出工作週期曲線圖。該限電流電路可儲存一限電流查詢表或一限電流曲線圖。該馬達控制器可根據該輸出工作週期查詢表與該限電流查詢表以驅動該馬達運轉。該馬達控制器亦可根據該輸出工作週期曲線圖與該限電流曲線圖以驅動該馬達運轉。該馬達控制器藉由複數個限電流值而達到維持一固定輸出功率之功能，其中該複數個限電流值小於或等於該最大額定電流值。該馬達控制器根據該複數個限電流值而操作於一閉迴路控制模式。

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。此外，馬達更具有一最大額定電流值(Maximum Rated Current)，以避免馬達線圈L於長時間流過超過最大額定電流值之電流而造成馬達傷害。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、一前置驅動器210、一工作週期控制電路220、一限電流電路230、一脈寬調變控制單元240、以及一電阻R。開關電路200耦合至一端點VCC及一端點S。電阻R耦合至端點S與一端點GND，其中端點S可耦合至一感測腳位。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，用以提供一馬達電流IL至馬達線圈L。端點S與電阻R可用以感測馬達電流IL。第一電晶體201耦合至端點VCC與第一端點O1而第二電晶體202耦合至第一端點O1與端點S。第三電晶體203耦合至端點VCC與第二端點O2而第四電晶體204耦合至第二端點O2與端點S。第一電晶體201與第三電晶體203可分別為一P型金氧半電晶體而第二電晶體202與第四電晶體204可分別為一N型金氧半電晶體。前置驅動器210產生一第一驅動信號D1、一第二驅動信號D2、一第三驅動信號D3、以及一第四驅動信號D4，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。

前置驅動器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，前置驅動器210藉由控制第一驅動信號D1與第四驅動信號D4，用以導通第一電晶體201與第四電晶體204。此時電流從端點VCC依序流經第一電晶體201、馬達線圈L、第四電晶體204、以及端點GND，以此模式將電能傳送給馬達。於第二驅動模式下，前置驅動器210藉由控制第二驅動信號D2與第三驅動信號D3，用以導通第二電晶體202與第三電晶體203。此時電流從端點VCC依序流經第三電晶體203、馬達線圈L、第二電晶體202、以及端點GND，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。

工作週期控制電路220接收一命令信號Vc，用以產生一第一脈寬調變信號Vp1至脈寬調變控制單元240，其中命令信號Vc具有一輸入工作週期Di而第一脈寬調變信號Vp1具有一輸出工作週期Do。命令信號Vc可用以調整馬達之轉速。限電流電路230具有一參考電壓產生器231與一比較器232。限電流電路230接收命令信號Vc，用以產生一輸出信號Vo至脈寬調變控制單元240。脈寬調變控制單元240根據第一脈寬調變信號Vp1與輸出信號Vo，用以產生一第二脈寬調變信號Vp2至前置驅動器210，其中第二脈寬調變信號Vp2具有一最後工作週期Df。前置驅動器210根據最後工作週期Df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。工作週期控制電路220可儲存一輸出工作週期曲線圖，其中輸出工作週期曲線圖定義輸出工作週期Do與輸入工作週期Di之間之對應關係。限電流電路230可儲存一限電流曲線圖，其中限電流曲線圖定義馬達電流IL之限電流CL與輸入工作週期Di之間之對應關係。系統可選擇同時利用輸出工作週期曲線圖與限電流曲線圖以驅動馬達運轉，或是單獨使用限電流曲線圖以驅動馬達運轉。

本發明一實施例之馬達控制器20可應用於一渦流扇。第4圖係本發明一實施例之輸出工作週期曲線圖與限電流曲線圖。請同時參照第3圖與第4圖。具體而言，當輸入工作週期Di小於或等於一第一輸入工作週期值Di1時，輸出工作週期Do設定為一第一輸出工作週期值Do1。當輸入工作週期Di大於第一輸入工作週期值Di1且小於或等於一第二輸入工作週期值Di2時，輸出工作週期Do隨著輸入工作週期Di線性地增加，其中第二輸入工作週期值Di2係對應至一第二輸出工作週期值Do2。當風流流道有異物阻礙時，會使渦流扇呈現風壓降低，造成馬達之轉速上升而馬達電流IL下降的現象。當想藉由更大的風流來排除異物時，輸出工作週期Do可被設定為一第三輸出工作週期值Do3，其中第三輸出工作週期值Do3可為1或一接近於1的數值。

根據限電流曲線圖，系統可藉由調整輸入工作週期Di以獲得一第一限電流值CL1、一第二限電流值CL2、或一介於第一限電流值CL1與第二限電流值CL2之間的限電流值，其中第一限電流值CL1係對應於第二輸入工作週期值Di2，而第二限電流值CL2係對應於一第三輸入工作週期值Di3。本發明一實施例可設計限電流CL具有64個限電流值，其中所有64個限電流值皆小於或等於最大額定電流值，以避免造成馬達損毀。也就是說，第一限電流值CL1與第二限電流值CL2之間有62個限電流值(CL01-CL62)。參考電壓產生器231接收命令信號Vc，用以產生一參考電壓Vr至比較器232。參考電壓產生器231可儲存限電流曲線圖。參考電壓產生器231根據限電流曲線圖與輸入工作週期Di，使得參考電壓Vr具有64個電壓位準(VL01-VL64)，其中64個電壓位準(VL01-VL64)分別對應於64個限電流值(CL1、CL01-CL62、以及CL2)。端點S與電阻R可用以感測馬達電流IL。比較器232藉由比較端點S之電壓與參考電壓Vr，用以產生輸出信號Vo至脈寬調變控制單元240。當輸出信號Vo為一低位準L時，脈寬調變控制單元240持續增加最後工作週期Df。當輸出信號Vo為一高位準H時，表示發生限電流的現象，脈寬調變控制單元240會降低最後工作週期Df。此控制方式會使得限電流持續發生且形成一閉迴路控制模式。當端點VCC之電壓為一固定值時，系統可藉由輸入工作週期Di與限電流曲線圖去控制一目標限電流值，而達到維持一固定輸出功率之功能。此外，系統可根據不同的應用去調整第二輸入工作週期值Di2、第三輸入工作週期值Di3、第二輸出工作週期值Do2、以及第三輸入工作週期值Di3。

根據本發明之另一實施例，工作週期控制電路220可儲存一輸出工作週期查詢表以置換輸出工作週期曲線圖，其中輸出工作週期查詢表定義複數個輸出工作週期值與複數個輸入工作週期值之間之對應關係。限電流電路230可儲存一限電流查詢表以置換限電流曲線圖，其中限電流查詢表定義馬達電流IL之複數個限電流值與複數個輸入工作週期值之間之對應關係。系統可選擇同時利用輸出工作週期查詢表與限電流查詢表以驅動馬達運轉，或是單獨使用限電流查詢表以驅動馬達運轉。輸出工作週期查詢表之功能可相似於輸出工作週期曲線圖之功能。限電流查詢表之功能可相似於限電流曲線圖之功能。

本發明一實施例之馬達控制器20可應用於一渦流扇。馬達控制器20係用以驅動一馬達，其中馬達具有馬達線圈L與最大額定電流值。馬達控制器20具有開關電路200、前置驅動器210、工作週期控制電路220、限電流電路230、脈寬調變控制單元240、以及電阻R。開關電路200係用以提供馬達電流IL至馬達線圈L。前置驅動器210產生複數個驅動信號以控制開關電路200。限電流電路230接收命令信號Vc，用以產生輸出信號Vo至脈寬調變控制單元240。工作週期控制電路220根據命令信號Vc，用以產生第一脈寬調變信號Vp1至脈寬調變控制單元240。脈寬調變控制單元240根據第一脈寬調變信號Vp1與輸出信號Vo，用以產生第二脈寬調變信號Vp2至前置驅動器210。工作週期控制電路220可儲存輸出工作週期查詢表或輸出工作週期曲線圖。限電流電路230可儲存限電流查詢表或限電流曲線圖。馬達控制器20可根據輸出工作週期查詢表與限電流查詢表以驅動馬達運轉。馬達控制器20亦可根據輸出工作週期曲線圖與限電流曲線圖以驅動馬達運轉。馬達控制器20藉由複數個限電流值而達到維持一固定輸出功率之功能，其中複數個限電流值小於或等於最大額定電流值。馬達控制器20根據複數個限電流值而操作於一閉迴路控制模式。

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 101,102,103,104:電晶體 110:前置驅動器 120:工作週期控制電路 Vp:脈寬調變信號 20:馬達控制器 VCC:端點 GND:端點 200:開關電路 210:前置驅動器 220:工作週期控制電路 230:限電流電路 231:參考電壓產生器 232:比較器 240:脈寬調變控制單元 R:電阻 Vc:命令信號 Vr:參考電壓 Vo:輸出信號 Vp1:第一脈寬調變信號 Vp2:第二脈寬調變信號 201:第一電晶體 202:第二電晶體 203:第三電晶體 204:第四電晶體 D1:第一驅動信號 D2:第二驅動信號 D3:第三驅動信號 D4:第四驅動信號 L:馬達線圈 IL:馬達電流 S:端點 O1:第一端點 O2:第二端點 Di:輸入工作週期 Do:輸出工作週期 CL:限電流 Di1:第一輸入工作週期值 Di2:第二輸入工作週期值 Di3:第三輸入工作週期值 Do1:第一輸出工作週期值 Do2:第二輸出工作週期值 Do3:第三輸出工作週期值 CL1:第一限電流值 CL2:第二限電流值

第1圖係習知之馬達控制器之示意圖。第2圖係習知之輸出工作週期曲線圖。第3圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。第4圖係本發明一實施例之輸出工作週期曲線圖與限電流曲線圖。

20:馬達控制器

VCC:端點

GND:端點

200:開關電路

210:前置驅動器

220:工作週期控制電路

230:限電流電路

231:參考電壓產生器

232:比較器

240:脈寬調變控制單元

R:電阻

Vc:命令信號

Vr:參考電壓

Vo:輸出信號

Vp1:第一脈寬調變信號

Vp2:第二脈寬調變信號

201:第一電晶體

202:第二電晶體

203:第三電晶體

204:第四電晶體

D1:第一驅動信號

D2:第二驅動信號

D3:第三驅動信號

D4:第四驅動信號

L:馬達線圈

IL:馬達電流

S:端點

O1:第一端點

O2:第二端點

Claims

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最大額定電流值，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；以及一前置驅動器，用以產生複數個驅動信號以控制該開關電路，其中該馬達控制器藉由複數個限電流值而達到維持一固定輸出功率之功能。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器根據該些限電流值而操作於一閉迴路控制模式。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該複數個限電流值係小於或等於該最大額定電流值。
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渦流扇。
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限電流電路，該限電流電路儲存一限電流曲線圖。
如申請專利範圍第5項所述之馬達控制器，其中該限電流電路接收一命令信號以產生一輸出信號，該命令信號具有一輸入工作週期，該命令信號係用以調整該馬達之一轉速。
如申請專利範圍第6項所述之馬達控制器，其中該限電流曲線圖定義該馬達電流之一限電流與該輸入工作週期之間之一對應關係。
如申請專利範圍第6項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一工作週期控制電路，該工作週期控制電路儲存一輸出工作週期曲線圖。
如申請專利範圍第8項所述之馬達控制器，其中該工作週期控制電路根據該命令信號以產生一第一脈寬調變信號，該第一脈寬調變信號具有一輸出工作週期。
如申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中該輸出工作週期曲線圖定義該輸出工作週期與該輸入工作週期之間之一對應關係。
如申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一脈寬調變控制單元，該脈寬調變控制單元根據該第一脈寬調變信號與該輸出信號以產生一第二脈寬調變信號，該第二脈寬調變信號具有一最後工作週期。
如申請專利範圍第11項所述之馬達控制器，其中該前置驅動器根據該最後工作週期以控制該開關電路。
如申請專利範圍第11項所述之馬達控制器，其中該限電流電路包含一參考電壓產生器，該參考電壓產生器根據該輸入工作週期與該限電流曲線圖以產生一參考電壓。
如申請專利範圍第13項所述之馬達控制器，其中該限電流電路更包含一比較器，該比較器藉由該參考電壓以產生該輸出信號。
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；一前置驅動器，用以產生複數個驅動信號以控制該開關電路；以及一限電流電路，用以儲存一限電流曲線圖，其中該限電流電路接收一命令信號以產生一輸出信號，該命令信號係用以調整該馬達之一轉速。
如申請專利範圍第15項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一工作週期控制電路，該工作週期控制電路儲存一輸出工作週期曲線圖，該工作週期控制電路根據該命令信號以產生一第一脈寬調變信號。
如申請專利範圍第16項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一脈寬調變控制單元，該脈寬調變控制單元根據該第一脈寬調變信號與該輸出信號以產生一第二脈寬調變信號至該前置驅動器。
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；一前置驅動器，用以產生複數個驅動信號以控制該開關電路；以及一限電流電路，用以儲存一限電流查詢表，其中該限電流電路接收一命令信號以產生一輸出信號，該命令信號係用以調整該馬達之一轉速。
如申請專利範圍第18項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一工作週期控制電路，該工作週期控制電路儲存一輸出工作週期查詢表，該工作週期控制電路根據該命令信號以產生一第一脈寬調變信號。
如申請專利範圍第19項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一脈寬調變控制單元，該脈寬調變控制單元根據該第一脈寬調變信號與該輸出信號以產生一第二脈寬調變信號至該前置驅動器。