TWI777247B

TWI777247B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI777247B
Application number: TW109132506A
Authority: TW
Inventors: 賴璟鋒
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2020-09-21
Filing date: 2020-09-21
Publication date: 2022-09-11
Also published as: TW202213931A

Abstract

一種馬達控制器藉由偵測馬達電流之零點以降低馬達噪音。該馬達控制器具有一開關電路、一前置驅動器、一相位偵測單元、一控制單元、一比較器、一第一電阻、以及一第二電阻。該開關電路為一H橋式電路。該開關電路具有一第一上側開關、一第二上側開關、一第一下側開關、以及一第二下側開關。當該馬達控制器於換相前針對該第一下側開關執行最後一次脈寬調變驅動時，關閉該第二上側開關且維持導通該第一下側開關以利偵測該馬達電流之零點。

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偵測馬達電流之零點以降低馬達噪音之馬達控制器。

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、一相位偵測單元120、以及一電阻R。開關電路100耦合至一第三端點VCC及一第四端點S。電阻R耦合至第四端點S與一第五端點GND，其中第四端點S可耦合至一感測腳位。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。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之開關情形。然而，馬達於轉動過程中會受到反電動勢之影響而造成相位切換時仍有殘餘的馬達電流IL，使得馬達轉動時會發出機械式的噪音。習知上可藉由偵測馬達電流IL之零點以控制後續相位切換時之馬達電流IL以降低機械式的噪音。

當馬達控制器10利用脈寬調變技術以驅動馬達時，驅動模式可選擇使用一N式脈寬調變模式或一P式脈寬調變模式。第2圖係於P式脈寬調變模式下對應於第1圖之相關信號之時序圖。請同時參照第1圖與第2圖。當選擇P式脈寬調變模式去驅動馬達時，第一控制信號C1與第三控制信號C3分別為一脈寬調變信號，用以交換地控制電晶體101與電晶體103之開關情形，達到調整馬達轉速的目的。然而，此P式脈寬調變模式的缺點在於驅動方法較不易設計。其優點在於當時間點T1偵測馬達電流IL之零點時，可藉由比較第四端點S之電壓而決定馬達電流IL之零點，此偵測方法較為簡單。第3圖係於N式脈寬調變模式下對應於第1圖之相關信號之時序圖。請同時參照第1圖與第3圖。當選擇N式脈寬調變模式去驅動馬達時，第二控制信號C2與第四控制信號C4分別為一脈寬調變信號，用以交換地控制電晶體102與電晶體104之開關情形，達到調整馬達轉速的目的。此N式脈寬調變模式的優點在於驅動方法較容易設計。然而，其缺點在於當時間點T2偵測馬達電流IL之零點時，需藉由比較第三端點VCC之電壓而決定馬達電流IL之零點，此偵測方法較為複雜。因此，如何善用這兩種驅動模式之優點，實為目前所需解決之重要課題。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可藉由偵測馬達電流之零點以降低馬達噪音之馬達控制器。

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、一前置驅動器、一相位偵測單元、一控制單元、一比較器、一第一電阻、以及一第二電阻。該開關電路耦合至一第三端點VCC及一第四端點S。該第一電阻耦合至該第四端點S與一第五端點GND，其中該第四端點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。此外，該開關電路為一H橋式電路。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。該第一電晶體可為一第一上側開關。該第二電晶體可為一第一下側開關。該第三電晶體可為一第二上側開關。該第四電晶體可為一第二下側開關。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。該控制單元接收該相位信號與一偵測信號，用以產生一控制信號至該前置驅動器。該前置驅動器根據該控制信號，用以產生複數個驅動信號以控制該開關電路。

該馬達控制器於換相前針對一下側開關執行最後一次脈寬調變驅動時，關閉一上側開關且維持導通該下側開關以利偵測該馬達電流之零點。該比較器可藉由比較該第一端點之電壓與該第四端點S之電壓，用以產生該偵測信號至該控制單元以偵測該馬達電流之零點。該比較器亦可藉由比較該第二端點之電壓與該第四端點S之電壓，用以產生該偵測信號至該控制單元以偵測該馬達電流之零點。

10:馬達控制器

100:開關電路

101,102,103,104: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

110:控制單元

120:相位偵測單元

20:馬達控制器

VCC:第三端點

GND:第五端點

200:開關電路

210:前置驅動器

220:相位偵測單元

230:控制單元

240:比較器

R1:第一電阻

R2:第二電阻

Vph:相位信號

Vc:控制信號

Vd:偵測信號

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:第四端點

O1:第一端點

O2:第二端點

T1,T2,T3,T5:時間點

T4:換相時間點

第1圖係習知之馬達控制器之示意圖。

第2圖係於一P式脈寬調變模式下對應於第1圖之相關信號之時序圖。

第3圖係於一N式脈寬調變模式下對應於第1圖之相關信號之時序圖。

第4圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

第5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4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、一前置驅動器210、一相位偵測單元220、一控制單元230、一比較器240、一第一電阻R1、以及一第二電阻R2。開關電路100耦合至一第三端點VCC及一第四端點S。第一電阻R1耦合至端點S與一第五端點GND，其中第四端點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。第一電晶體201耦合至第三端點VCC與第一端點O1而第二電晶體202耦合至第一端點O1與第四端點S。第三電晶體203耦合至第三端點VCC與第二端點O2而第四電晶體204耦合至第二端點O2與第四端點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。此外，開關電路200係為一H橋式電路。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。第一電晶體201可為一第一上側開關。第二電晶體202可為一第一下側開關。第三電晶體203可為一第二上側開關。第四電晶體204可為一第二下側開關。相位偵測單元220產生一相位信號Vph至控制單元230，用以通知控制單元230切換相位。控制單元230接收相位信號Vph與一偵測信號Vd，用以產生一控制信號Vc至前置驅動器210。前置驅動器210根據控制信號Vc而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。

具體而言，本發明一實施例之驅動模式選擇使用一N式脈寬調變模式去驅動馬達。也就是說，第二驅動信號D2與第四驅動信號D4分別為一脈寬調變信號，用以交換地控制第二電晶體202與第四電晶體204之開關情形，達到調整馬達轉速的目的。第5圖係本發明一實施例之時序圖，其中T4為一換相時間點。請同時參照第4圖與第5圖。當馬達控制器20於換相前針對第二電晶體202執行最後一次脈寬調變驅動時，此時第二驅動信號D2為一高位準H且第三驅動信號D3為一低位準L，用以導通第二電晶體202與第三電晶體203。接著經過一預定時間後，將第三驅動信號D3從低位準L改變成高位準H以關閉第三電晶體203，而第二電晶體202則維持導通直到換相時間點T4為止，使得馬達電流IL經由第二電晶體202回流。當馬達電流IL降為0時，此時第二端點O2之電壓會由一負位準上升至一正位準。因此，可於時間點T3藉由比較第二端點O2之電壓與第四端點S之電壓以偵測馬達電流IL之零點。同理，根據相同的操作方法，當馬達於下一相位運轉時，亦可藉由比較第一端點O1之電壓與第四端點S之電壓以偵測馬達電流IL之零點。藉由上述之分析，可據以設計比較器240以偵測馬達電流IL之零點。比較器240具有一第一輸入端與一第二輸入端，其中第一輸入端耦合至第四端點S而第二輸入端則經由第二電阻R2耦合至第一端點O1或第二端點O2，即可用以產生偵測信號Vd以偵測馬達電流IL之零點，其中第二電阻R2為一限流電阻。當比較器240之第二輸入端經由第二電阻R2耦合至第一端點O1時，比較器240藉由比較第一端點O1之電壓與第四端點S之電壓，用以產生偵測信號Vd至控制單元230。當比較器240之第二輸入端經由第二電阻R2耦合至第二端點O2時，比較器240藉由比較第二端點O2之電壓與第四端點S之電壓，用以產生偵測信號Vd至控制單元230。

當馬達控制器20於換相時間點T4切換相位時，此時關閉第二電晶體202且導通第四電晶體204，以開始進行下一相位的操作。接著於時間點T5將第一電晶體201導通後，即可經由第四驅動信號D4以控制第四電晶體204之開關情形而達到調整馬達轉速的目的。

本發明一實施例之馬達控制器20可應用於一單相無刷直流馬達。本發明一實施例使用N式脈寬調變模式去驅動馬達，且於換相前針對一下側開關執行最後一次脈寬調變驅動時，關閉一上側開關且維持導通該下側開關以利偵測馬達電流IL之零點。馬達控制器20可藉由比較第一端點O1之電壓與第四端點S之電壓以偵測馬達電流IL之零點。馬達控制器20亦可藉由比較第二端點O2之電壓與第四端點S之電壓以偵測馬達電流IL之零點。因此，馬達控制器20擷取了N式脈寬調變模式與P式脈寬調變模式各自的優點。此外，偵測馬達電流IL之零點後，可用以控制後續相位切換時之馬達電流IL以降低噪音並提高效率。

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。