TWI764663B - 馬達控制器 - Google Patents

Abstract

一種馬達控制器具有一開關電路與一驅動電路。該開關電路耦合至一三相馬達以驅動該三相馬達。該驅動電路產生複數個控制信號以控制該開關電路。該馬達控制器利用一第一脈寬調變波形與一第二脈寬調變波形以驅動該三相馬達，其中該第一脈寬調變波形與該第二脈寬調變波形具有不同之頻率。該馬達控制器利用該第二脈寬調變波形以偵測一換相點，其中該第一脈寬調變波形之頻率大於該第二脈寬調變波形之頻率。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種可應用於無感測器三相馬達之馬達控制器。

傳統上三相馬達之驅動方式可分為兩種。一種是藉由霍爾感測器以切換相位進而驅動三相馬達運轉。另一種則是無需霍爾感測器而驅動三相馬達運轉。由於霍爾感測器容易受外界環境之影響而造成感測準確度下降，且設置霍爾感測器會增加系統之體積與成本，因而無感測器之驅動方法便被提出以解決上述之問題。

第1圖係習知無感測器之驅動方法之時序圖。脈寬調變信號Vpw具有一工作週期(Duty Cycle)。一般來說，馬達控制器係藉由調整工作週期以控制馬達轉速。在無感測器之驅動方法下，馬達控制器會藉由比較浮接相腳位電壓Vf與參考電壓Vr以偵測浮接相之反電動勢進而切換相位。馬達控制器可利用脈寬調變信號Vpw之導通時間區間以偵測換相點。由於浮接相腳位電壓Vf會隨著脈寬調變信號Vpw而變化，所以必須搭配脈寬調變信號Vpw之時序才能偵測到正確的換相點。如第1圖所示，馬達控制器於脈寬調變信號Vpw之下降邊緣之前偵測 換相點。這是因為在脈寬調變信號Vpw之上升邊緣之後，浮接相腳位電壓Vf會由於切換雜訊而不穩定，所以選擇於脈寬調變信號Vpw之下降邊緣之前偵測換相點，如此可使得浮接相腳位電壓Vf處於一最穩定狀態。然而，當馬達控制器利用脈寬調變信號Vpw之導通時間區間以偵測換相點時，如果導通時間區間太小，會使得浮接相腳位電壓Vf沒有足夠時間穩定下來，這樣會難以偵測浮接相之反電動勢。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種易於偵測一浮接相之一反電動勢之馬達控制器。

依據本發明提供該馬達控制器。該馬達控制器係用以驅動一三相馬達，其中該三相馬達具有一第一線圈、一第二線圈、以及一第三線圈。該馬達控制器具有一開關電路、一驅動電路、以及一脈寬調變電路。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、一第四電晶體、一第五電晶體、一第六電晶體、一第一端點、一第二端點、以及一第三端點，其中該開關電路耦合至該三相馬達以驅動該三相馬達。該第一線圈之一端點耦合至該第一端點。該第二線圈之一端點耦合至該第二端點。該第三線圈之一端點耦合至該第三端點。此外，該第一線圈之另一端點耦合至該第二線圈之另一端點與該第三線圈之另一端點。也就是說，該第一線圈、該第二線圈、以及該第三線圈係以一Y字型之方式配置。該驅動電路產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號、一第五控制信號、以及一第六控制信號，用以分別控制該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、該第 五電晶體、以及該第六電晶體之導通情形。該脈寬調變電路接收一第一脈寬調變信號以產生一第二脈寬調變信號至該驅動電路。該馬達控制器根據該第一脈寬調變信號以調整該三相馬達之轉速。

該驅動電路可分別地產生一第一電壓向量、一第二電壓向量、一第三電壓向量、一第四電壓向量、一第五電壓向量、以及一第六電壓向量至該開關電路，用以導通該第一線圈、該第二線圈、以及該第三線圈其中之二。當該驅動電路產生該第一電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第一電晶體與該第四電晶體，且不導通該第二電晶體、該第三電晶體、該第五電晶體、以及該第六電晶體，用以依序地導通該第一線圈與該第二線圈。此時該浮接相形成於該第三線圈。當該驅動電路產生該第二電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第一電晶體與該第六電晶體，且不導通該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、以及該第五電晶體，用以依序地導通該第一線圈與該第三線圈。此時該浮接相形成於該第二線圈。當該驅動電路產生該第三電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第三電晶體與該第六電晶體，且不導通該第一電晶體、該第二電晶體、該第四電晶體、以及該第五電晶體，用以依序地導通該第二線圈與該第三線圈。此時該浮接相形成於該第一線圈。當該驅動電路產生該第四電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第二電晶體與該第三電晶體，且不導通該第一電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、以及該第六電晶體，用以依序地導通該第二線圈與該第一線圈。此時該浮接相形成於該第三線圈。當該驅動電路產生該第五電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第二電晶體與該第五電晶體，且不導通該第一電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、以及該第六電晶體，用以依序地導通該第三線圈與該第一線圈。此 時該浮接相形成於該第二線圈。當該驅動電路產生該第六電壓向量至該開關電路，該驅動電路會導通該第四電晶體與該第五電晶體，且不導通該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、以及該第六電晶體，用以依序地導通該第三線圈與該第二線圈。此時該浮接相形成於該第一線圈。因此，當該驅動電路根據該第一電壓向量、該第二電壓向量、該第三電壓向量、該第四電壓向量、該第五電壓向量、以及該第六電壓向量之順序以切換相位時，將可帶動該三相馬達正轉一圈。當該驅動電路根據該第六電壓向量、該第五電壓向量、該第四電壓向量、該第三電壓向量、該第二電壓向量、以及該第一電壓向量之順序以切換相位時，將可帶動該三相馬達反轉一圈。

為了降低該三相馬達之電流漣波，該馬達控制器可利用一高頻脈寬調變波形以驅動該三相馬達。當該馬達控制器啟動一浮接相以偵測一換相點時，該馬達控制器可切換至一低頻脈寬調變波形以驅動該三相馬達，並利用該低頻脈寬調變波形之一導通時間區間去偵測該浮接相之一反電動勢。也就是說，當該馬達控制器利用該導通時間區間去偵測該換相點時，可避免該導通時間區間太小，因而使得偵測上變得容易。根據本發明之一實施例，該馬達控制器利用一第一脈寬調變波形與一第二脈寬調變波形以驅動該三相馬達，其中該第一脈寬調變波形與該第二脈寬調變波形具有不同之頻率。該馬達控制器於一偵測時間區間利用該第二脈寬調變波形以偵測一換相點，其中該第一脈寬調變波形之頻率大於該第二脈寬調變波形之頻率。該馬達控制器於該偵測時間區間外之一時間區間利用該第一脈寬調變波形以驅動該三相馬達。設計者可設計一脈寬調變信號使其具有該第一脈寬調變波形與該第二脈寬調變波形，其中該脈寬調變信號可耦合至該驅動電路以調整該三相馬達之轉速。此外，該馬達控制 器可藉由偵測一浮接相之一反電動勢以決定是否切換相位。該馬達控制器可利用該第二脈寬調變波形之一導通時間區間以偵測該浮接相之該反電動勢。

10:馬達控制器

VCC:端點

GND:端點

100:開關電路

110:驅動電路

120:脈寬調變電路

CMD:第一脈寬調變信號

Vp:第二脈寬調變信號

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

105:第五電晶體

106:第六電晶體

U:第一端點

V:第二端點

W:第三端點

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

C5:第五控制信號

C6:第六控制信號

L1:第一線圈

L2:第二線圈

L3:第三線圈

M:三相馬達

Vpw:脈寬調變信號

Vr:參考電壓

Vf:浮接相腳位電壓

Su:第一驅動信號

Sv:第二驅動信號

Sw:第三驅動信號

Td:偵測時間區間

第1圖係習知無感測器之驅動方法之時序圖。

第2圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

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2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係用以驅動一三相馬達M，其中三相馬達M具有一第一線圈L1、一第二線圈L2、以及一第三線圈L3。馬達控制器10具有一開關電路100、一驅動電路110、以及一脈寬調變電路120。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、一第四電晶體104、一第五電晶體105、一第六電晶體106、一第一端點U、一第二端點V、以及一第三端點W，其中開關電路100耦合至三相馬達M以驅動三相馬達M。第一端點U、第二端點V、以及第三端點W分別提供一第一驅動信號Su、一第二驅動信號Sv、以及一第三驅動信號Sw以驅動三相馬達M。第一電晶體101耦合至一端點VCC與第一端點U而第二電晶體102耦合至第一端點U與一端點GND。第三電晶體103耦合至端點VCC與第二端點V而第四電 晶體104耦合至第二端點V與端點GND。第五電晶體105耦合至端點VCC與第三端點W而第六電晶體106耦合至第三端點W與端點GND。第一電晶體101、第三電晶體103、以及第五電晶體105可分別為一P型金氧半電晶體。第二電晶體102、第四電晶體104、以及第六電晶體106可分別為一N型金氧半電晶體。

第一線圈L1之一端點耦合至第一端點U。第二線圈L2之一端點耦合至第二端點V。第三線圈L3之一端點耦合至第三端點W。此外，第一線圈L1之另一端點耦合至第二線圈L2之另一端點與第三線圈L3之另一端點。也就是說，第一線圈L1、第二線圈L2、以及第三線圈L3係以一Y字型之方式配置。驅動電路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、一第四控制信號C4、一第五控制信號C5、以及一第六控制信號C6，用以分別控制第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、第四電晶體104、第五電晶體105、以及第六電晶體106之導通情形。脈寬調變電路120接收一第一脈寬調變信號CMD以產生一第二脈寬調變信號Vp至驅動電路110。馬達控制器10根據第一脈寬調變信號CMD以調整三相馬達M之轉速。

驅動電路110可分別地產生一第一電壓向量、一第二電壓向量、一第三電壓向量、一第四電壓向量、一第五電壓向量、以及一第六電壓向量至開關電路100，用以導通第一線圈L1、第二線圈L2、以及第三線圈L3其中之二。當驅動電路110產生第一電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第一電晶體101與第四電晶體104，且不導通第二電晶體102、第三電晶體103、第五電晶體105、以及第六電晶體106，用以依序地導通第一線圈L1與第二線圈L2。此時浮接相形成於第三線圈L3。當驅動電路110產生第二電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第一電晶體101與第六電晶體106，且不導通第二電晶體102、 第三電晶體103、第四電晶體104、以及第五電晶體105，用以依序地導通第一線圈L1與第三線圈L3。此時浮接相形成於第二線圈L2。當驅動電路110產生第三電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第三電晶體103與第六電晶體106，且不導通第一電晶體101、第二電晶體102、第四電晶體104、以及第五電晶體105，用以依序地導通第二線圈L2與第三線圈L3。此時浮接相形成於第一線圈L1。當驅動電路110產生第四電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第二電晶體102與第三電晶體103，且不導通第一電晶體101、第四電晶體104、第五電晶體105、以及第六電晶體106，用以依序地導通第二線圈L2與第一線圈L1。此時浮接相形成於第三線圈L3。當驅動電路110產生第五電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第二電晶體102與第五電晶體105，且不導通第一電晶體101、第三電晶體103、第四電晶體104、以及第六電晶體106，用以依序地導通第三線圈L3與第一線圈L1。此時浮接相形成於第二線圈L2。當驅動電路110產生第六電壓向量至開關電路100，驅動電路110會導通第四電晶體104與第五電晶體105，且不導通第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、以及第六電晶體106，用以依序地導通第三線圈L3與第二線圈L2。此時浮接相形成於第一線圈L1。因此，當驅動電路110根據第一電壓向量、第二電壓向量、第三電壓向量、第四電壓向量、第五電壓向量、以及第六電壓向量之順序以切換相位時，將可帶動三相馬達M正轉一圈。當驅動電路110根據第六電壓向量、第五電壓向量、第四電壓向量、第三電壓向量、第二電壓向量、以及第一電壓向量之順序以切換相位時，將可帶動三相馬達M反轉一圈。

第3圖係本發明一實施例之時序圖。第一驅動信號Su、第二驅動信號Sv、以及第三驅動信號Sw之波形皆相似於一M型波形，但相位角卻是兩兩相差 120度。第二驅動信號Sv落後第一驅動信號Su一120度之相位角。第三驅動信號Sw落後第二驅動信號Sv一120度之相位角。舉例來說，當第一驅動信號Su與第二驅動信號Sv相減時，則可得到一相似於一正弦波之波形。因此，流經第一線圈L1與第二線圈L2之電流波形也會相似於該正弦波。

為了降低三相馬達M之電流漣波，馬達控制器10可利用一高頻脈寬調變波形以驅動三相馬達M。當馬達控制器10啟動一浮接相以偵測一換相點時，馬達控制器10可切換至一低頻脈寬調變波形以驅動三相馬達M，並利用低頻脈寬調變波形之一導通時間區間去偵測浮接相之一反電動勢。也就是說，當馬達控制器10利用導通時間區間去偵測換相點時，可避免導通時間區間太小，因而使得偵測上變得容易。如第3圖所示，當馬達控制器10於一偵測時間區間Td偵測反電動勢時，可避免導通時間區間太小，因而提高偵測之成功率。根據本發明之一實施例，馬達控制器10利用一第一脈寬調變波形與一第二脈寬調變波形以驅動三相馬達M，其中第一脈寬調變波形與第二脈寬調變波形具有不同之頻率。馬達控制器10於偵測時間區間Td利用第二脈寬調變波形以偵測換相點，其中第一脈寬調變波形之頻率大於第二脈寬調變波形之頻率。馬達控制器10於偵測時間區間Td外之時間區間利用第一脈寬調變波形以驅動三相馬達M。設計者可設計一脈寬調變信號使其具有第一脈寬調變波形與第二脈寬調變波形，其中脈寬調變信號可耦合至驅動電路110以調整三相馬達M之轉速。此外，馬達控制器10可藉由偵測浮接相之反電動勢以決定是否切換相位。馬達控制器10可利用第二脈寬調變波形之一導通時間區間以偵測浮接相之反電動勢。

具體而言，第二脈寬調變信號Vp可為一多頻信號。當馬達控制器10運作於一非浮接相模式時，第二脈寬調變信號Vp可具有一第一頻率與第一脈寬 調變波形以降低三相馬達M之電流漣波。當馬達控制器10運作於一浮接相模式時，第二脈寬調變信號Vp可具有一第二頻率與第二脈寬調變波形以提高偵測換相點之成功率，其中第一頻率大於第二頻率。馬達控制器10可藉由偵測浮接相之反電動勢以決定是否切換相位。當馬達控制器10利用第二脈寬調變信號Vp之導通時間區間以偵測換相點時，可避免導通時間區間太小，因而使得偵測上變得容易。

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

VCC:端點

GND:端點

100:開關電路

110:驅動電路

120:脈寬調變電路

CMD:第一脈寬調變信號

Vp:第二脈寬調變信號

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

105:第五電晶體

106:第六電晶體

U:第一端點

V:第二端點

W:第三端點

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

C5:第五控制信號

C6:第六控制信號

L1:第一線圈

L2:第二線圈

L3:第三線圈

M:三相馬達

Claims (16)

1. 一種馬達控制器，該馬達控制器用以驅動一三相馬達，該馬達控制器包含：一開關電路，耦合至該三相馬達以驅動該三相馬達；以及一驅動電路，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路，其中該馬達控制器利用一第一脈寬調變波形與一第二脈寬調變波形以驅動該三相馬達，該第一脈寬調變波形與該第二脈寬調變波形具有不同之頻率，該馬達控制器利用該第二脈寬調變波形以偵測一浮接相之一反電動勢。
2. 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脈寬調變信號，該脈寬調變信號具有該第一脈寬調變波形與該第二脈寬調變波形，該脈寬調變信號耦合至該驅動電路以調整該三相馬達之一轉速。
3. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器於一偵測時間區間利用該第二脈寬調變波形以偵測一換相點。
4. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制器，其中該第一脈寬調變波形之一頻率大於該第二脈寬調變波形之一頻率。
5. 如申請專利範圍第3項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器於該偵測時間區間外之一時間區間利用該第一脈寬調變波形以驅動該三相馬達。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該開關電路包含一第一端點、一第二端點、以及一第三端點，該第一端點、該第二端點、以及該第三端點分別提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、以及一第三驅動信號以驅動該三相馬達。
7. 如申請專利範圍第6項所述之馬達控制器，其中該開關電路更包含：一第一電晶體，耦合至一第四端點與該第一端點；一第二電晶體，耦合至一第五端點與該第一端點；一第三電晶體，耦合至該第四端點與該第二端點；一第四電晶體，耦合至該第五端點與該第二端點；一第五電晶體，耦合至該第四端點與該第三端點；以及一第六電晶體，耦合至該第五端點與該第三端點。
8. 如申請專利範圍第6項所述之馬達控制器，其中該第一驅動信號之一波形相似於一M型波形，該第二驅動信號之一波形相似於該M型波形，該第三驅動信號之一波形相似於該M型波形。
9. 一種馬達控制器，該馬達控制器用以驅動一三相馬達，該馬達控制器包含：一開關電路，耦合至該三相馬達以驅動該三相馬達；一驅動電路，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；以及一脈寬調變電路，用以接收一第一脈寬調變信號以產生一第二脈寬調變信號 至該驅動電路，其中該第二脈寬調變信號為一多頻信號。
10. 申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器藉由偵測一浮接相之一反電動勢以決定是否切換相位。
11. 如申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器利用該第二脈寬調變信號之一導通時間區間以偵測一換相點。
12. 如申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器運作於一非浮接相模式時，該第二脈寬調變信號具有一第一頻率與一第一脈寬調變波形，當該馬達控制器運作於一浮接相模式，該第二脈寬調變信號具有一第二頻率與一第二脈寬調變波形。
13. 如申請專利範圍第12項所述之馬達控制器，其中該第一頻率大於該第二頻率。
14. 如申請專利範圍第9項所述之馬達控制器，其中該開關電路包含一第一端點、一第二端點、以及一第三端點，該第一端點、該第二端點、以及該第三端點分別提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、以及一第三驅動信號以驅動該三相馬達。
15. 如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該開關電路更包 含：一第一電晶體，耦合至一第四端點與該第一端點；一第二電晶體，耦合至一第五端點與該第一端點；一第三電晶體，耦合至該第四端點與該第二端點；一第四電晶體，耦合至該第五端點與該第二端點；一第五電晶體，耦合至該第四端點與該第三端點；以及一第六電晶體，耦合至該第五端點與該第三端點。
16. 如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該第一驅動信號之一波形相似於一M型波形，該第二驅動信號之一波形相似於該M型波形，該第三驅動信號之一波形相似於該M型波形。

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