TWI764498B - 電動機裝置及其控制方法 - Google Patents

Abstract

一種電動機裝置及其控制方法被提出。電動機裝置包括 多個第一功率開關、多個第二功率開關以及驅動器電路。第一功率開關分別依據多個第一控制信號以分別提供第一參考電壓至馬達的多個電壓接收端。多個第二功率開關分別依據多個第二控制信號以分別提供第二參考電壓至馬達的電壓接收端。驅動器電路產生第一控制信號以及第二控制信號。在煞車動作中，第一功率開關在多個第一時間區間被導通，第二功率開關在多個第二時間區間被導通，第一時間區間分別與第二時間區間相互交錯且不相重疊，且所有相鄰的第一時間區間與第二時間區間之間皆具有間隔時間區間。

Description

電動機裝置及其控制方法

本發明是有關於一種電動機裝置及其控制方法，且特別是有關於一種可降低元件損耗的電動機裝置及其控制方法。

電動機裝置在執行煞車動作時，會使馬達的多個電壓接收端接收相同的電壓。在習知技術領域中，在電動機裝置的煞車動作中，會使全上臂或全下臂的功率開關導通，來執行煞車動作。這種方式會使得煞車動作中，所需消耗掉的動能會以熱能的方式在功率開關上逸散。因此，在習知的做法中，電動機裝置的煞車動作中所產生的熱能，會因長期的集中在特定的功率開關上，而造成功率開關的損毀，並降低電動機裝置的壽命以及可靠度。

本發明提供一種電動機裝置以及其控制方法，可提升功率開關的可靠度。

本發明的電動機裝置包括多個第一功率開關、多個第二 功率開關以及驅動器電路。第一功率開關分別依據多個第一控制信號，以分別提供第一參考電壓至馬達的多個電壓接收端。多個第二功率開關分別依據多個第二控制信號，以分別提供第二參考電壓至馬達的該些電壓接收端。驅動器電路耦接第一功率開關以及第二功率開關，用以產生第一控制信號以及第二控制信號。其中，在煞車動作中，第一功率開關在多個第一時間區間同時被導通，第二功率開關在多個第二時間區間同時被導通，第一時間區間分別與第二時間區間相互交錯且不相重疊，相鄰的各第一時間區間與各第二時間區間間距有間隔時間區間。

在發明的電動機裝置的控制方法包括：提供多個第一功率開關以分別依據多個第一控制信號來分別提供第一參考電壓至馬達的多個電壓接收端；提供多個第二功率開關以分別依據多個第二控制信號來分別提供第二參考電壓至馬達的電壓接收端；以及，在煞車動作中，使第一功率開關在多個第一時間區間同時被導通，使第二功率開關在多個第二時間區間同時被導通，其中第一時間區間分別與第二時間區間相互交錯且不相重疊，相鄰的各第一時間區間與各第二時間區間間距有間隔時間區間。

基於上述，本發明實施例在電動機裝置執行煞車動作時，使設置在上臂位置的多個第一功率開關以及設置在下臂位置的多個第二功率開關分時且交錯的被導通。如此一來，可以減低任一功率開關因長期被使用而產生過度的損耗，可提升電動機裝置的使用壽命。

100、300:電動機裝置

110、310:驅動器電路

12、3200:電源切換器

311:信號處理器

312:計數器

313:轉速資訊判斷器

314:控制信號產生器

315:振盪器

CMPR:比較結果

DETS:偵測信號

HB:硬體煞車啟動信號

LG1:邏輯閘

MT:馬達

PB:保護煞車啟動信號

S610~S630:控制步驟

SCK:時脈信號

T11~T13:第一功率開關

T21~T23:第二功率開關

tnon1~tnon3:間隔時間區間

tP11~tP12:第一時間區間

tP21~tP22:第二時間區間

tT1、tT2、tT3、tT4:時間長度

tTA、tTB:總和時間區間

U、V、W:電壓接收端

UGH、VGH、WGH:第一控制信號

UGL、VGL、WGL:第二控制信號

VI:轉速資訊

VP:第一參考電壓

VS:第二參考電壓

圖1繪示本發明一實施例的電動機裝置的示意圖。

圖2繪示本發明實施例的電動機裝置的煞車動作的控制信號的波形示意圖。

圖3繪示本發明另一實施例的電動機裝置的示意圖。

圖4A以及圖4B繪示本發明實施例的控制信號的波形示意圖。

圖5A至圖5D繪示本發明另一實施例的控制信號的波形示意圖。

圖6繪示本發明一實施例的電動機裝置的控制方法的流程圖。

請參照圖1，圖1繪示本發明一實施例的電動機裝置的示意圖。電動機裝置100包括驅動器電路110、電源切換器120以及馬達MT。電源切換器120包括多個設置在上臂位置的第一功率開關T11~T13以及多個設置在下臂位置的第二功率開關T21~T23。其中，第一功率開關T11~T13以及第二功率開關T21~T23分別由多個功率電晶體所構成。在細節上，第一功率開關T11與第二功率開關T21依序串連在第一參考電壓VP以及第二參考電壓VS 間，第一功率開關T11與第二功率開關T21相互耦接的端點並耦接至馬達MT的電壓接收端U；第一功率開關T12與第二功率開關T22依序串連在第一參考電壓VP以及第二參考電壓VS間，第一功率開關T12與第二功率開關T22相互耦接的端點並耦接至馬達MT的電壓接收端V；第一功率開關T13則與第二功率開關T23依序串連在第一參考電壓VP以及第二參考電壓VS間，第一功率開關T13與第二功率開關T23相互耦接的端點並耦接至馬達MT的電壓接收端W。

在另一方面，驅動器電路110用以產生多個第一控制信號UGH、VGH、WGH以及多個第二控制信號UGL、VGL以及WGL。第一控制信號UGH、VGH、WGH分別控制第一功率開關T11、T12以及T13的導通或斷開的狀態，第二控制信號UGL、VGL、WGL則分別控制第二功率開關T21、T22以及T23的導通或斷開的狀態。

當第一功率開關T11被導通時，第一參考電壓VP可通過第一功率開關T11以被傳送至馬達MT的電壓接收端U，同理，通過分別導通第一功率開關T12、T13，可使第一參考電壓VP被傳送至馬達MT的電壓接收端V、W。相對的，當第二功率開關T21被導通時，第二參考電壓VS可通過第二功率開關T21以被傳送至馬達MT的電壓接收端U，同理，通過分別導通第二功率開關T22、T23，可使第二參考電壓VS被傳送至馬達MT的電壓接收端V、W。在本實施例中，第一參考電壓VP大於第二參考電壓 VS，且第一功率開關T11、第二功率電晶體T21不同時被導通；第一功率開關T12、第二功率電晶體T22不同時被導通；以及，第一功率開關T13、第二功率電晶體T23不同時被導通。

在電動機裝置100正常運作時，驅動器電路110可提供具有一設定相位差的第一控制信號UGH、VGH、WGH以及具有相同的設定相位差的第二控制信號UGL、VGL、WGL，來透過電源切換器120以驅動馬達MT的運轉。上述的設定相位差，例如可以為120度。另外，驅動器電路110可透過控制第一控制信號UGH、VGH、WGH以及第二控制信號UGL、VGL、WGL的頻率，來操控馬達MT的運轉速度。

在本實施例中，馬達MT可以為直流無刷馬達。

在本實施例中，當電動機裝置100要針對馬達MT執行煞車動作時，驅動器電路110可使第一功率開關T11~T13在多個第一時間區間同時被導通，並使第二功率開關T21~T23在多個第二時間區間同時被導通。其中，第一時間區間分別與第二時間區間相互交錯且不相重疊，相鄰的各第一時間區間與各第二時間區間間距有一間隔時間區間。

在此可同時參照圖1以及圖2，其中圖2繪示本發明實施例的電動機裝置的煞車動作的控制信號的波形示意圖。在圖2中，當在煞車動作中，驅動器電路110產生具相同波形的第一控制信號UGH、VGH以及WGH，並產生相同波形的第二控制信號UGL、VGL以及WGL。其中，第一控制信號UGH、VGH以及WGH在 多個第一時間區間tP11~tP12中被致能(被拉升至高電壓準位)，並可使第一功率開關T11~T13在第一時間區間tP11~tP12中同時被導通。第二控制信號UGL、VGL以及WGL則在多個第二時間區間tP21~tP22中被致能(被拉升至高電壓準位)，並可使第二功率開關T21~T23在第二時間區間tP21~tP22中同時被導通。並且，當第一功率開關T11~T13被導通時，第二功率開關T21~T23均被斷開，同理，當第二功率開關T21~T23被導通時，第一功率開關T11~T13均被斷開。

此外，在本實施例中，相鄰的二第一時間區間以及第二時間區間，可具有間隔時間區間tnon1~tnon3。例如，第一時間區間tP11以及第二時間區間tP21間，可具有間隔時間區間tnon2。

進一步來說明，在第二時間區間tP21中，第二功率開關T21~T23同時被導通時，馬達MT的電壓接收端U、V、W均接收相同的第二參考電壓VS，並使馬達MT可以執行煞車動作。在間隔時間區間tnon2後，在第一時間區間tP11中，第一功率開關T11~T13同時被導通時，馬達MT的電壓接收端U、V、W均接收相同的第一參考電壓VP，馬達MT可以持續執行煞車動作。

在本實施例中，馬達MT的煞車動作可以通過第一功率開關T11~T13以及第二功率開關T21~T23交錯的被導通或關閉來進行，可以分散第一功率開關T11~T23以及第二功率開關T21~T23在被導通時所產生的熱能，並延長其使用壽命。

值得一提的，在本發明實施例中，第一時間區間tP11~tP12 的時間長度以及第二時間區間tP21~tP22的時間長度可以相同或不相同，沒有固定的限制。且第一時間區間tP11~tP12的每一者的時間長度也可以相同或不相同，第二時間區間tP21~tP22的每一者的時間長度也可以相同或不相同，沒有固定的限制。

此外，驅動器電路110可依據馬達MT在煞車動作前的轉速來控制第一時間區間tP11~tP12、第二時間區間tP21~tP22以及間隔時間區間tnon1~tnon3的時間長度。其中，驅動器電路110可偵測馬達MT在煞車動作前的轉速以獲得轉速資訊，並依據轉速資訊來決定第一時間區間tP11~tP12、第二時間區間tP21~tP22以及間隔時間區間tnon1~tnon3的預期時間長度。其中，驅動器電路110可依據第一時間區間tP11~tP12、第二時間區間tP21~tP22以及間隔時間區間tnon1~tnon3的預期時間長度來產生第一控制信號UGH、VGH、WGH以及第二控制信號UGL、VGL、WGL，並通過第一控制信號UGH、VGH、WGH以及第二控制信號UGL、VGL、WGL來達到第一時間區間tP11~tP12、第二時間區間tP21~tP22以及間隔時間區間tnon1~tnon3的時間長度的控制目的。

在本發明一實施例中，在煞車動作中，驅動器電路110可使第一時間區間tP11、第二時間區間tP21以及間隔時間區間tnon2的時間長度總和與煞車動作前馬達MT的轉速資訊負相關。

附帶一提的，關於間隔時間區間tnon1~tnon3的長短，可以依據第一功率開關T11~T13以及第二功率開關T21~T23的導通及斷開的速率來設置。重點於在於，第一功率開關T11~T13的導 通動作，必需在第二功率開關T21~T23完全斷開後方能進行，且第二功率開關T21~T23的導通動作，必需在第一功率開關T11~T13完全斷開後方能進行，以避免第一功率開關T11~T13的任一可與分別對應串接第二功率開關T21~T23的任一間因同時導通而產生漏電路徑。

以下請參照圖3，圖3繪示本發明另一實施例的電動機裝置的示意圖。電動機裝置300包括驅動器電路310、電源切換器320以及馬達MT。驅動器電路310包括信號處理器311、計數器312、轉速資訊判斷器313、控制信號產生器314以及振盪器315。其中，電動機裝置300可針對馬達MT的轉子的轉速進行偵測，並產生偵測信號DETS。信號處理器311可接收偵測信號DETS，並針對偵測信號DETS進行處理以產生一時脈信號SCK，其中，時脈信號SCK的頻率可對應馬達MT的轉子的轉速。

另外，計數器312依據時脈信號SCK進行計數動作，並產生轉速資訊VI。轉速資訊VI可被提供至轉速資訊判斷器313，轉速資訊判斷器313並可使轉速資訊VI與參考值REF進行比較，以產生比較結果CMPR。在本實施例中，參考值REF的數量可以是一個或是多個。參考值REF用以區分轉速資訊VI為多個區間，轉速資訊判斷器313並透過比較參考值REF以及轉速資訊VI，來判斷出馬達MT在煞車前的轉速狀態。

進一步來說明，若參考值REF的數量為一時，當轉速資訊VI大於參考值REF時，轉速資訊判斷器313可判定馬達MT 在煞車前的轉速為高轉速狀態，並可透過比較結果CMPR將判斷結果告知控制信號產生器314。相對的，當轉速資訊VI不大於參考值REF時，轉速資訊判斷器313可判定馬達MT在煞車前的轉速為低轉速狀態，並可透過比較結果CMPR將判斷結果告知控制信號產生器314。

若參考值REF的數量為二時，參考值REF可包括相對大的第一參考值以及相對小的第二參考值。當轉速資訊VI大於第一參考值時，轉速資訊判斷器313可判定馬達MT在煞車前的轉速為高轉速狀態；當轉速資訊VI介於第一參考值與第二參考值間時，轉速資訊判斷器313可判定馬達MT在煞車前的轉速為中轉速狀態；當轉速資訊VI小於第二參考值時，轉速資訊判斷器313則可判定馬達MT在煞車前的轉速為低轉速狀態。

控制信號產生器314可依據比較結果CMPR所對應的轉速狀態來產生第一控制信號UGH、VGH、WGH以及第二控制信號UGL、VGL、WGL。其中，依據不同的轉速狀態，控制信號產生器314可針對第一控制信號UGH、VGH、WGH以及第二控制信號UGL、VGL、WGL被致能的時間長度進行調整，以優化馬達MT的煞車動作的進行。

在另一方面，振盪器315耦接至控制信號產生器314，用以提供控制信號產生器314工作所需的振盪時脈。

此外，驅動器電路310並包括邏輯閘LG1。邏輯閘LG1接收保護煞車啟動信號PB以及硬體煞車啟動信號HB。邏輯閘LG1 針對保護煞車啟動信號PB以及硬體煞車啟動信號HB執行或運算，並使計數器312可依據邏輯閘LG1的運算結果，來決定是否啟動計數動作。在本實施例中，保護煞車啟動信號PB為驅動器電路310內部產生的信號，硬體煞車啟動信號HB則可以為外部信號。保護煞車啟動信號PB以及硬體煞車啟動信號HB皆可用以啟動電動機裝置300的煞車動作。

在硬體架構方面，驅動器電路310可以利用數位電路來建構。其中信號處理器311可應用數位信號處理器(digital signal processor,DSP)來實施。計數器312可以為任意形式的數位計數器。轉速資訊判斷器313可以為數位的比較電路。控制信號產生器314則可以透過組合式邏輯電路(combination logic circuit)以及時序控制電路(例如多個正反器所建構)來構成。振盪器315則可應用本領域具通常知識者所熟知的任意形式的振盪電路來實施。

此外，電源切換器320可以為圖1繪示的電源切換器120。馬達MT則可以為直流無刷馬達。

以下請參照圖4A以及圖4B，圖4A以及圖4B繪示本發明實施例的控制信號的波形示意圖。在圖4A中，驅動器電路可依據數量為1的參考信號，以判別馬達在煞車動作前的轉速為高轉速狀態或低轉速狀態。在低轉速狀態下，驅動器電路可使所產生的第一控制信號UGH的第一時間區間tP1、第二控制信號UGL的第二時間區間tP2以及兩個間隔時間區間tnon的總和時間區間tTA (時間長度總和)為第一數值A1。在圖4B中，驅動器電路可依據參考信號來判斷出第一控制信號UGH的第一時間區間tP1、第二控制信號UGL的第二時間區間tP2以及兩個間隔時間區間tnon的總和時間區間tTB(時間長度總和)為第二數值A2。其中，第一數值A1大於第二數值A2。

在本發明其他實施例中，也可透過使第一控制信號UGH的第一時間區間tP1、第二控制信號UGL的第二時間區間tP2以及一個間隔時間區間tnon相加以產生第一數值A1，並透過使第一控制信號UGH的第一時間區間tP1、第二控制信號UGL的第二時間區間tP2以及一個間隔時間區間tnon相加以產生第二數值A2。

以下請參照圖5A至圖5D，圖5A至圖5D繪示本發明另一實施例的控制信號的波形示意圖。圖5A至圖5D中，驅動器電路可依據數量為3的參考信號，以判別馬達在煞車動作前的轉速狀態。其中，圖5A至圖5D分別為馬達在煞車動作前的轉速為第一轉速、第二轉速、第三轉速以及第四轉速，其中第一轉速<第二轉速<第三轉速<第四轉速。依據不同的轉速狀態，驅動器電路可依據馬達的轉速狀態，控制使第一控制信號VGH的第一時間區間、第二控制信號VGL的第二時間區間以及兩個間隔時間區間的總和時間區間分別為時間長度tT1、tT2、tT3以及tT4，其中時間長度tT1>tT2>tT3>tT4。

在圖4A、4B以及圖5A至圖5B的實施例中，僅繪示出多組控制信號中的一組。其中，未繪示出的多個第一控制信號的 波形可與第一控制信號VGH相同，且未繪示出的多個第二控制信號的波形可與第二控制信號VGL相同，此處不多贅述。

本發明實施例可依據煞車動作前，馬達的轉速狀態來對功率開關的導通、斷開的頻率進行調整。在此請注意，基於在高轉速狀態的情況下，當功率開關被導通以執行煞車動作時，所可能產生的熱能，較低轉速狀態下為高。因此，透過依據馬達的轉速狀態來進行功率開關導通時間進行調控，可進一步降低功率開關導通時所產生的熱能，並降低所可能造成的損壞。

請參照圖6，圖6繪示本發明一實施例的電動機裝置的控制方法的流程圖。在圖6中，步驟S610中，提供多個第一功率開關以分別依據多個第一控制信號來分別提供第一參考電壓至馬達的多個電壓接收端。並且，步驟S620中，提供多個第二功率開關以分別依據多個第二控制信號來分別提供第二參考電壓至馬達的電壓接收端。在步驟S630中，則在煞車動作中，使第一功率開關在多個第一時間區間同時被導通，使第二功率開關在多個第二時間區間同時被導通，其中第一時間區間分別與第二時間區間相互交錯且不相重疊，相鄰的各第一時間區間與各第二時間區間間距有間隔時間區間。

上述步驟的實施細節，在前述的多個實施例中已有詳盡的說明，在此恕不多贅述。

綜上所述，本發明的電動機裝置在煞車動作中，透過使設置在上臂位置的功率開關以及設置在下臂位置的功率開關交互 被導通以斷開。如此一來，煞車動作中所產生的熱能，可以分時的分散在多個功率開關上，有效降低功率開關所可能造成的損壞，提升電動機裝置的壽命以及工作效能。

100:電動機裝置

110:驅動器電路

120:電源切換器

MT:馬達

T11~T13:第一功率開關

T21~T23:第二功率開關

VP:第一參考電壓

VS:第二參考電壓

U、V、W:電壓接收端

UGH、VGH、WGH:第一控制信號

UGL、VGL、WGL:第二控制信號

Claims (12)

1. 一種電動機裝置，包括：多個第一功率開關，分別依據多個第一控制信號以分別提供一第一參考電壓至一馬達的多個電壓接收端；多個第二功率開關，分別依據多個第二控制信號以分別提供一第二參考電壓至該馬達的該些電壓接收端；以及一驅動器電路，耦接該些第一功率開關以及該些第二功率開關，用以產生該些第一控制信號以及該些第二控制信號，其中，在一煞車動作中，該些第一功率開關在多個第一時間區間同時被導通，該些第二功率開關在多個第二時間區間同時被導通，該些第一時間區間分別與該些第二時間區間相互交錯且不相重疊，且所有相鄰的各該第一時間區間與各該第二時間區間之間皆具有一間隔時間區間。
2. 如請求項1所述的電動機裝置，其中在該煞車動作中，該些第一功率開關被導通時，該些第二功率開關被斷開；該些第二功率開關被導通時，該些第一功率開關被斷開。
3. 如請求項1所述的電動機裝置，其中各該第一時間區間與各該第二時間區間的時間長度相等或不相等，各該第一時間區間的時間長度相等或不相等，各該第二時間區間的時間長度相等或不相等，且各該間隔時間區間的時間長度相等或不相等。
4. 如請求項1所述的電動機裝置，其中該些第一時間區間的每一、該些第二時間區間的每一以及對應的至少一間隔時間 區間加總後為一時間長度總和，在該煞車動作中，該驅動器電路依據該馬達的轉速資訊以控制該時間長度總和。
5. 如請求項4所述的電動機裝置，其中所述時間長度總和中的間隔時間區間包含兩個連續的間隔時間區間，且其中之一為該第一時間區間和該第二時間區間之間的間隔時間區間。
6. 如請求項4所述的電動機裝置，其中該時間長度總和與該馬達的該轉速資訊負相關。
7. 如請求項4所述的電動機裝置，其中該驅動器電路使該馬達的該轉速資訊與預設的至少一參考值進行比較，並依據一比較結果以調整該時間長度總和。
8. 如請求項7所述的電動機裝置，其中該驅動器電路包括：一信號處理器，接收一偵測信號以產生一時脈信號；一計數器，計數該時脈信號以產生該轉速資訊；一轉速資訊判斷器，使該轉速資訊與該至少一參考值進行比較以產生該比較結果；以及一控制信號產生器，依據該比較結果以產生該些第一控制信號以及該些第二控制信號。
9. 一種電動機裝置的控制方法，包括：提供多個第一功率開關以分別依據多個第一控制信號來分別提供一第一參考電壓至一馬達的多個電壓接收端； 提供多個第二功率開關以分別依據多個第二控制信號來分別提供一第二參考電壓至該馬達的該些電壓接收端；以及在一煞車動作中，使該些第一功率開關在多個第一時間區間同時被導通，使該些第二功率開關在多個第二時間區間同時被導通，其中該些第一時間區間分別與該些第二時間區間相互交錯且不相重疊，且所有相鄰的各該第一時間區間與各該第二時間區間之間皆具有一間隔時間區間。
10. 如請求項9所述的控制方法，更包括：在該煞車動作中，依據該馬達的轉速資訊來調整該些第一時間區間的每一、該些第二時間區間的每一以及對應的至少一間隔時間區間加總後的一時間長度總和。
11. 如請求項10所述的控制方法，其中在該煞車動作中，依據該馬達的該轉速資訊來調整該時間長度總和的步驟包括：使該馬達的該轉速資訊與預設的至少一參考值進行比較，並依據一比較結果以調整該時間長度總和。
12. 如請求項11所述的控制方法，其中該時間長度總和與該馬達的該轉速資訊負相關。

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