TWI767560B

TWI767560B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI767560B
Application number: TW110105210A
Authority: TW
Inventors: 曾光男
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2021-02-17
Filing date: 2021-02-17
Publication date: 2022-06-11
Also published as: TW202234814A

Abstract

一種馬達控制器用以驅動一馬達，其中該馬達具有一馬達線圈。馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、以及一相位偵測單元。該開關電路用以供應一線圈電流至該馬達線圈。該控制單元產生複數個控制信號以控制該開關電路。該相位偵測單元產生一相位信號至該控制單元。當該相位信號從一第一位準改變成一第二位準時，該馬達控制器啟動一相位延遲機制以降低該線圈電流之一逆流風險。該相位延遲機制持續一時間。該馬達控制器可於一啟動狀態或一正常操作狀態利用該相位延遲機制。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種可降低線圈電流之逆流風險之馬達控制器。

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、以及一霍爾感測器120。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，用以供應一線圈電流IL至馬達線圈L。霍爾感測器120產生一霍爾信號Vh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，用以分別控制電晶體101、電晶體102、電晶體103、以及電晶體104之導通情形。

第2圖係第1圖於一第一驅動模式下線圈電流IL之方向之示意圖。於第一驅動模式下，控制單元110藉由控制第一控制信號C1、第二控制信號C2、第三控制信號C3、以及第四控制信號C4，用以導通電晶體101與電晶體104且不導通電晶體102與電晶體103。此時電流從端點VCC依序地流向電晶體101、馬達線圈L、以及電晶體104，用以將能量傳送給馬達。第3圖係第1圖之相關信號之示意圖。於第一驅動模式下，第一端點O1之電壓為一高位準而第二端點O2之電壓為一低位準。然而，為了能順利啟動馬達，馬達控制器10必須提供足以抵抗靜摩擦力的能量，此舉會造成換相後馬達線圈L仍有殘餘電流。第4圖係第1圖於一第二驅動模式下線圈電流IL之方向之示意圖。請同時參照第3圖與第4圖。當霍爾信號Vh從低位準改變成高位準時，馬達控制器10從第一驅動模式切換至第二驅動模式。於第二驅動模式下，控制單元110藉由控制第一控制信號C1、第二控制信號C2、第三控制信號C3、以及第四控制信號C4，用以導通電晶體102與電晶體103且不導通電晶體101與電晶體104。由於切換模式時線圈電流IL仍大於0，電感效應或慣性運動會使得線圈電流IL維持原本的方向，此時電流從端點GND依序地流向電晶體102、馬達線圈L、電晶體103、最後逆流至端點VCC，造成端點VCC之電壓上升。因此，此前案方法容易造成端點VCC之過壓問題，以及因為線圈電流IL變化劇烈而產生噪音。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可降低一線圈電流之逆流風險之馬達控制器。

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、一相位偵測單元、以及一計數單元。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，用以供應該線圈電流至該馬達線圈。該第一電晶體耦合至一端點VCC與該第一端點而該第二電晶體耦合至該第一端點與一端點GND。該第三電晶體耦合至該端點VCC與該第二端點而該第四電晶體耦合至該第二端點與該端點GND。此外，該開關電路係為一H橋式(H-bridge)電路。該第一電晶體與該第三電晶體分別為一上側開關而該第二電晶體與該第四電晶體分別為一下側開關。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導通情形。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。該計數單元接收該相位信號以產生一輸出信號至該控制單元。

於一第一驅動模式下，控制單元藉由控制該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號、以及該第四控制信號，用以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與該第三電晶體。此時電流從該端點VCC依序地流向該第一電晶體、該馬達線圈、以及該第四電晶體，用以將能量傳送給該馬達。

當該馬達控制器處於一啟動狀態時，該馬達控制器必須提供足以抵抗靜摩擦力的能量以啟動該馬達。當該相位信號從一低位準變化成一高位準時，此時該線圈電流大於0，亦即表示該馬達線圈仍有殘餘電流。因此，本發明一實施例利用一相位延遲機制，用以降低該線圈電流之逆流風險。當該相位信號發生變化時，該馬達控制器會啟動該相位延遲機制並進入一第二驅動模式。於該第二驅動模式下，該控制單元藉由控制該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號、以及該第四控制信號，用以導通該第四電晶體且不導通該第一電晶體、該第二電晶體、以及該第三電晶體。此時電流從該端點GND依序地流向該第二電晶體、該馬達線圈、以及該第四電晶體，使得電流於兩下側開關迴流，因此不會產生逆流至該端點VCC。當該相位信號發生變化時，該相位延遲機制會持續一時間，其中該時間為一預定值。也就是說，該第二驅動模式也會持續該時間。該馬達控制器可藉由該計數單元以計算該時間，其中該相位信號可用以重置該計數單元。當該相位信號發生變化時，該計數單元會開始計數並產生一計數值，使得該計數值係相關於該時間。接著該計數單元產生該輸出信號至該控制單元，用以通知該控制單元結束該相位延遲機制。為了降低該線圈電流之逆流風險，至少可有2種以上之實施例如下：

一、該時間為一固定值。該馬達控制器可利用該相位延遲機制使得該線圈電流釋放完後再啟動一換相機制。

二、該時間係相關於一前一相位之持續時間。當該前一相位之持續時間越大時，該時間會越大。舉例來說，該時間可和該前一相位之持續時間成一比例關係。該馬達控制器可利用該相位延遲機制使得該線圈電流釋放完後再啟動一換相機制。

當該線圈電流減少至0時，該馬達控制器會結束該相位延遲機制並進入一第三驅動模式，用以啟動一換相機制。於該第三驅動模式下，該控制單元藉由控制該第一控制信號、該第二控制信號、該第三控制信號、以及該第四控制信號，用以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與該第四電晶體。此時電流從該端點VCC依序地流向該第三電晶體、該馬達線圈、以及該第二電晶體，用以將能量傳送給該馬達。該馬達控制器可依序藉由該第一驅動模式、該第二驅動模式、以及該第三驅動模式，用以啟動該馬達且降低該線圈電流之逆流風險。

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5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、一相位偵測單元220、以及一計數單元230。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，用以供應一線圈電流IL至馬達線圈L。第一電晶體201耦合至一端點VCC與第一端點O1而第二電晶體202耦合至第一端點O1與一端點GND。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。如第5圖所示，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。此外，開關電路200係為一H橋式(H-bridge)電路。第一電晶體201與第三電晶體203分別為一上側開關而第二電晶體202與第四電晶體204分別為一下側開關。

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之導通情形。相位偵測單元220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。相位偵測單元220可為一霍爾感測器或一反電動勢偵測電路。計數單元230接收相位信號Vph以產生一輸出信號Vo至控制單元210。

第6圖係第5圖於一第一驅動模式下線圈電流IL之方向之示意圖。於第一驅動模式下，控制單元210藉由控制第一控制信號C1、第二控制信號C2、第三控制信號C3、以及第四控制信號C4，用以導通第一電晶體201與第四電晶體204且不導通第二電晶體202與第三電晶體203。此時電流從端點VCC依序地流向第一電晶體201、馬達線圈L、以及第四電晶體204，用以將能量傳送給馬達。第7圖係本發明一實施例之時序圖。於第一驅動模式下，第一端點O1之電壓為一高位準而第二端點O2之電壓為一低位準。

當馬達控制器20處於一啟動狀態時，馬達控制器20必須提供足以抵抗靜摩擦力的能量以啟動馬達。如第7圖所示，當相位信號Vph從低位準變化成高位準時，此時線圈電流IL大於0，亦即表示馬達線圈L仍有殘餘電流。因此，本發明一實施例利用一相位延遲機制，用以降低線圈電流IL之逆流風險。第8圖係第5圖於一第二驅動模式下線圈電流IL之方向之示意圖。當相位信號Vph發生變化時，馬達控制器20會啟動相位延遲機制並進入第二驅動模式。於第二驅動模式下，控制單元210藉由控制第一控制信號C1、第二控制信號C2、第三控制信號C3、以及第四控制信號C4，用以導通第四電晶體204且不導通第一電晶體201、第二電晶體202、以及第三電晶體203。此時電流從端點GND依序地流向第二電晶體202、馬達線圈L、以及第四電晶體204，使得電流於兩下側開關迴流，因此不會產生逆流至端點VCC。於第二驅動模式下，第一端點O1之電壓為低位準且第二端點O2之電壓為低位準。如第7圖所示，當相位信號Vph發生變化時，相位延遲機制會持續一時間T，其中時間T為一預定值。也就是說，第二驅動模式也會持續時間T。馬達控制器20可藉由計數單元230以計算時間T，其中相位信號Vph可用以重置計數單元230。當相位信號Vph發生變化時，計數單元230會開始計數並產生一計數值，使得計數值係相關於時間T。接著計數單元230產生輸出信號Vo至控制單元210，用以通知控制單元210結束相位延遲機制。為了降低線圈電流IL之逆流風險，至少可有2種以上之實施例如下：

一、時間T為一固定值。馬達控制器20可利用相位延遲機制使得線圈電流IL釋放完後再啟動一換相機制。

二、時間T係相關於一前一相位之持續時間。當前一相位之持續時間越大時，時間T會越大。舉例來說，時間T可和前一相位之持續時間成一比例關係。馬達控制器20可利用相位延遲機制使得線圈電流IL釋放完後再啟動一換相機制。

當線圈電流IL減少至0時，馬達控制器20會結束相位延遲機制並進入一第三驅動模式，用以啟動一換相機制。第9圖係第5圖於第三驅動模式下線圈電流IL之方向之示意圖。於第三驅動模式下，控制單元210藉由控制第一控制信號C1、第二控制信號C2、第三控制信號C3、以及第四控制信號C4，用以導通第二電晶體202與第三電晶體203且不導通第一電晶體201與第四電晶體204。此時電流從端點VCC依序地流向第三電晶體203、馬達線圈L、以及第二電晶體202，用以將能量傳送給馬達。於第三驅動模式下，第一端點O1之電壓為低位準而第二端點O2之電壓為高位準。

馬達控制器20可依序藉由第一驅動模式、第二驅動模式、以及第三驅動模式，用以啟動馬達且降低線圈電流IL之逆流風險。當馬達控制器20處於第一驅動模式時，第一端點O1之電壓為一高位準而第二端點O2之電壓為一低位準，此時線圈電流IL大於0。當相位信號Vph從一第一位準改變成一第二位準時，馬達控制器20會進入第二驅動模式，使得第一端點O1之電壓從高位準改變成低位準而第二端點O2之電壓維持為低位準，此時線圈電流IL仍然大於0。當馬達控制器20處於第二驅動模式時，馬達控制器20會啟動一相位延遲機制，使得線圈電流IL於兩下側開關迴流，因此不會產生逆流至端點VCC。此外，相位信號Vph可用以重置計數單元230。當相位信號Vph從第一位準改變成第二位準時，計數單元230會開始計數並產生一計數值，使得計數值係相關於一時間T。相位延遲機制與第二驅動模式皆持續時間T，其中時間T為一預定值。當線圈電流IL減少至0時，馬達控制器20會結束相位延遲機制並進入一第三驅動模式，用以啟動一換相機制。當馬達控制器20處於第三驅動模式時，第一端點O1之電壓為低位準而第二端點O2之電壓從低位準改變成高位準，此時線圈電流IL小於0。馬達控制器20可依序利用第一驅動模式、第二驅動模式、以及第三驅動模式，用以降低線圈電流IL之逆流風險並使馬達處於一正常操作狀態。

根據本發明之一實施例，馬達控制器20可於一啟動狀態或一正常操作狀態利用相位延遲機制。馬達控制器20可利用相位延遲機制使得線圈電流IL釋放完後再啟動一換相機制。馬達控制器20可利用相位延遲機制有效地降低線圈電流IL之逆流風險。

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:控制單元 120:霍爾感測器 Vh:霍爾信號 20:馬達控制器 200:開關電路 201:第一電晶體 202:第二電晶體 203:第三電晶體 204:第四電晶體 L:馬達線圈 IL:線圈電流 210:控制單元 220:相位偵測單元 230:計數單元 O1:第一端點 O2:第二端點 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 Vph:相位信號 Vo:輸出信號 VCC:端點 GND:端點 T:時間

第1圖係習知之馬達控制器之示意圖。第2圖係第1圖於一第一驅動模式下線圈電流之方向之示意圖。第3圖係第1圖之相關信號之時序圖。第4圖係第1圖於一第二驅動模式下線圈電流之方向之示意圖。第5圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。第6圖係第5圖於一第一驅動模式下線圈電流之方向之示意圖。第7圖係本發明一實施例之時序圖。第8圖係第5圖於一第二驅動模式下線圈電流之方向之示意圖。第9圖係第5圖於一第三驅動模式下線圈電流之方向之示意圖。

20:馬達控制器

200:開關電路

201:第一電晶體

202:第二電晶體

203:第三電晶體

204:第四電晶體

L:馬達線圈

IL:線圈電流

210:控制單元

220:相位偵測單元

230:計數單元

O1:第一端點

O2:第二端點

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

Vph:相位信號

Vo:輸出信號

VCC:端點

GND: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，該馬達控制器包含：一開關電路，用以供應一線圈電流至該馬達線圈；一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；以及一相位偵測單元，用以產生一相位信號至該控制單元，其中當該相位信號從一第一位準改變成一第二位準時，該馬達控制器啟動一相位延遲機制，該相位延遲機制持續一時間，該時間為一預定值。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器啟動該相位延遲機制以降低該線圈電流之一逆流風險。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中當該線圈電流減少至0時，該馬達控制器會結束該相位延遲機制。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器利用該相位延遲機制使得該線圈電流釋放完後再啟動一換相機制。
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啟動狀態利用該相位延遲機制。
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正常操作狀態利用該相位延遲機制。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該時間為一固定值。
如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該時間係相關於前一相位之一持續時間。
如申請專利範圍第8項所述之馬達控制器，其中當該前一相位之該持續時間越大時，該時間會越大。
如申請專利範圍第8項所述之馬達控制器，其中該時間和該前一相位之該持續時間成一比例關係。
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計數單元，該計數單元接收該相位信號以產生一輸出信號至該控制單元。
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計數單元，該相位信號用以重置該計數單元。
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計數單元，該計數單元產生一計數值，該計數值係相關於該時間。
一種馬達控制器用以驅動一馬達，該馬達具有一馬達線圈，該馬達線圈具有一第一端點與一第二端點，該馬達控制器包含：一開關電路，用以供應一線圈電流至該馬達線圈；一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；以及一相位偵測單元，用以產生一相位信號至該控制單元，其中當該馬達控制器處於一第一驅動模式時，該第一端點之一電壓為一高位準而該第二端點之一電壓為一低位準，當該相位信號從一第一位準改變成一第二位準時，該馬達控制器會進入一第二驅動模式，使得該第一端點之該電壓從該高位準改變成該低位準而該第二端點之該電壓維持為該低位準，該第二驅動模式持續一時間，該時間為一預定值。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一計數單元，該計數單元接收該相位信號以產生一輸出信號至該控制單元。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一計數單元，該相位信號用以重置該計數單元。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器更包含一計數單元，該計數單元產生一計數值，該計數值係相關於該時間。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器處於該第二驅動模式時，該馬達控制器啟動一相位延遲機制。
如申請專利範圍第18項所述之馬達控制器，其中當該線圈電流減少至0時，該馬達控制器會結束該相位延遲機制並進入一第三驅動模式，用以啟動一換相機制。
如申請專利範圍第18項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器於一啟動狀態利用該相位延遲機制。
如申請專利範圍第18項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器於一正常操作狀態利用該相位延遲機制。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該時間為一固定值。
如申請專利範圍第14項所述之馬達控制器，其中該時間係相關於前一相位之一持續時間。
如申請專利範圍第23項所述之馬達控制器，其中當該前一相位之該持續時間越大時，該時間會越大。
如申請專利範圍第23項所述之馬達控制器，其中該時間和該前一相位之該持續時間成一比例關係。