TWI798151B - 馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器 - Google Patents

馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器 Download PDF

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Abstract

本發明公開一種馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器。轉子位置偵測電路偵測馬達的轉子位置，以輸出換相訊號。正反轉偵測電路偵測馬達的反電動勢訊號，以產生一反電動勢偵測訊號。正反轉偵測電路依據反電動勢偵測訊號與換相訊號之間的相位關係和相位角度差，判斷馬達目前處於正轉還是反轉，以輸出運轉方向偵測訊號。馬達驅動器電路依據運轉方向偵測訊號，以驅動馬達。

Description

馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器
本發明涉及一種馬達驅動器，特別是涉及一種馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器。
在電子設備中，風扇的馬達用於冷卻處理器等發熱元件。在風扇的馬達冷卻發熱元件的過程中，需要即時取得馬達相關的數據，並依據這些數據來適當地啟動馬達並控制風扇馬達的轉速，特別是在馬達逆風和順風啟動時分別對馬達執行不同的程序以調控馬達的轉速，使風扇馬達表現出最適當的冷卻性能，適當地冷卻發熱元件。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種馬達正反轉偵測器，適用於偵測馬達。馬達正反轉偵測器包含轉子位置偵測電路以及正反轉偵測電路。轉子位置偵測電路設於馬達。轉子位置偵測電路配置以偵測馬達的轉子位置，以輸出換相訊號。正反轉偵測電路連接轉子位置偵測電路以及馬達。正反轉偵測電路配置以偵測馬達的反電動勢訊號以產生反電動勢偵測訊號。正反轉偵測電路依據反電動勢偵測訊號與換相訊號之間的相位關係和相位角度差，判斷馬達目前處於正轉還是反轉，以輸出一運轉方向偵測訊號。
在本實施例中，正反轉偵測電路偵測馬達的多個端分別的多個反電動勢訊號中的一或多者，以產生反電動勢偵測訊號。
在本實施例中，馬達為單相馬達。所述的馬達的多個端包含第一端以及第二端。
在本實施例中，轉子位置偵測電路包含霍爾感測器以及霍爾位置偵測電路。霍爾感測器設於馬達。霍爾感測器配置以感測馬達的轉子旋轉時的磁性強弱變化，所產生的正電壓和負電壓，以分別輸出第一霍爾訊號以及第二霍爾訊號。霍爾位置偵測電路連接霍爾感測器以及正反轉偵測電路。霍爾位置偵測電路配置以依據第一霍爾訊號以及第二霍爾訊號，以輸出換相訊號至正反轉偵測電路。
在本實施例中，正反轉偵測電路包含反電動勢偵測電路以及正反轉判斷電路。反電動勢偵測電路連接馬達。反電動勢偵測電路配置以偵測馬達的反電動勢訊號，以輸出一反電動勢偵測訊號。正反轉判斷電路連接反電動勢偵測電路。正反轉判斷電路配置以依據反電動勢偵測訊號與換相訊號之間的相位關係和相位角度差，判斷馬達目前處於正轉還是反轉，以輸出運轉方向偵測訊號。
在本實施例中，當馬達的換相訊號領先反電動勢偵測訊號的相位角度差等於180度與預設角度的差值時，正反轉偵測電路判定馬達反轉。
正反轉偵測電路連接馬達驅動器電路。馬達驅動器電路配置以依據從正反轉偵測電路接收的運轉方向偵測訊號以驅動啟動或馬達。
在本實施例中，當馬達的換相訊號領先反電動勢偵測訊號的相位角度差等於預設角度時，正反轉偵測電路判定馬達正轉。
另外，本發明提供一種具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器，包含上述馬達正反轉偵測器以及馬達驅動器電路。馬達驅動器電路包含控制電路、驅動電路以及輸出電路。控制電路連接正反轉偵測電路。控制電路配置以依據運轉方向偵測訊號，以輸出控制訊號。驅動電路連接控制電路。驅動電路配置以依據控制訊號以輸出驅動訊號。輸出電路連接驅動電路。輸出電路配置以依據驅動訊號以輸出一輸出級訊號至馬達。
如上所述，本發明提供一種馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器。本發明的馬達正反轉偵測器能夠偵測馬達目前處於正轉還是反轉，來決定馬達驅動器電路對馬達執行的程序。例如，當馬達逆風啟動時，馬達驅動器電路對馬達執行煞車作業，使馬達的轉速降低。反之，當馬達順風啟動時，馬達驅動器電路則直接驅動馬達正常運轉。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1，其為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的方塊圖。
本發明實施例的馬達正反轉偵測器100適用於偵測馬達MT。
本發明實施例的馬達正反轉偵測器100可包含轉子位置偵測電路110以及正反轉偵測電路120。
轉子位置偵測電路110可設於馬達MT上或鄰設於馬達MT，並連接正反轉偵測電路120。轉子位置偵測電路110可即時偵測馬達MT的轉子位置，根據偵測到的馬達MT的轉子位置來判斷馬達MT目前的換相狀態，以輸出換相訊號HLS至正反轉偵測電路120。
正反轉偵測電路120可連接馬達MT。正反轉偵測電路120可偵測馬達MT的反電動勢訊號，以產生一反電動勢偵測訊號。
正反轉偵測電路120可依據馬達MT的反電動勢訊號與換相訊號HLS之間的相位關係(例如哪一者的相位領先或落後)和相位角度差，來判斷馬達MT目前處於正轉還是反轉，以輸出一運轉方向偵測訊號PRC。
請參閱圖1至圖3，其中圖2為本發明實施例的具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器的方塊圖；圖3為本發明實施例的馬達正反轉偵測器所偵測的單相馬達以及馬達驅動器的輸出電路的電路圖。
本發明實施例的馬達驅動器可包含如圖1和圖2所示的馬達正反轉偵測器100以及如圖2所示的馬達驅動器電路200。馬達正反轉偵測器100連接馬達驅動器電路200。馬達驅動器電路200連接馬達MT。
如圖2所示，馬達驅動器電路200可包含控制電路210、驅動電路220以及輸出電路230。馬達驅動器電路200的控制電路210可連接馬達正反轉偵測器100的正反轉偵測電路120以及轉子位置偵測電路110。
在馬達驅動器電路200中，控制電路210連接驅動電路220，驅動電路220連接輸出電路230。輸出電路230連接馬達MT。
舉例而言，如圖2所示的馬達驅動器電路200的輸出電路230可包含多個開關元件例如但不限於如圖3所示的第一上橋開關H1、第二上橋開關H2、第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。實務上，如圖2所示的馬達驅動器電路200的輸出電路230可包含更多上橋開關以及下橋開關。
如圖3所示，第一上橋開關H1的第一端耦接共用電壓VCC。第一上橋開關H1的第二端連接第一下橋開關L1的第一端。第一下橋開關L1的第二端接地。第一上橋開關H1的第二端與第一下橋開關L1的第一端之間的節點連接馬達MT的第一端OT1。第一上橋開關H1的控制端以及第一下橋開關L1的控制端可連接驅動電路220的輸出端。
第二上橋開關H2的第一端耦接共用電壓VCC。第二上橋開關H2的第二端連接第二下橋開關L2的第一端。第二下橋開關L2的第二端接地。第二上橋開關H2的第二端與第二下橋開關L2的第一端之間的節點連接馬達MT的第二端OT2。第二上橋開關H2的控制端以及第二下橋開關L2的控制端可連接驅動電路220的輸出端。
值得注意的是，馬達正反轉偵測器100可用於偵測馬達MT目前處於正轉還是反轉，馬達驅動器電路200可依據馬達MT目前處於正轉還是反轉，來決定對馬達MT執行的作業，特別是啟動作業，詳細說如下。
馬達正反轉偵測器100的轉子位置偵測電路110偵測馬達MT的轉子位置，以判斷馬達MT的換相狀態，以輸出馬達MT的換相訊號HLS。同時，馬達正反轉偵測器100的正反轉偵測電路120可偵測馬達MT的一或多個(輸出)端的反電動勢訊號，以產生一反電動勢偵測訊號。
舉例而言，如圖2和圖3所示，正反轉偵測電路120可偵測馬達MT(例如單相馬達)的第一端OT1的反電動勢訊號EMO1、馬達MT的第二端OT2的反電動勢訊號EMO2或兩者，以產生一反電動勢偵測訊號。
正反轉偵測電路120可依據上述馬達MT的反電動勢偵測訊號與換相訊號HLS之間的相位關係和相位角度差，來判斷馬達MT目前處於正轉還是反轉，以輸出一運轉方向偵測訊號PRC。
馬達驅動器電路200的控制電路210依據從正反轉偵測電路120接收到的一運轉方向偵測訊號PRC(以及從轉子位置偵測電路110接收到的換相訊號HLS或馬達MT的轉子位置)，以決定對馬達MT執行的作業，以輸出一或多個控制訊號。
馬達驅動器電路200的驅動電路220依據從控制電路210接收到的或多個控制訊號，以輸出一或多個驅動訊號。馬達驅動器電路200的輸出電路230(的多個開關元件例如圖3所示的第一上橋開關H1、第二上橋開關H2、第一下橋開關L1以及第二下橋開關L2)依據從驅動電路220接收到的一或多個驅動訊號運作，以輸出一或多個輸出級訊號至馬達MT，以啟動或驅動馬達MT運轉。
請參閱圖2和圖4，其中圖4為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的轉子位置偵測電路的方塊圖。
舉例而言，如圖2所示的轉子位置偵測電路110可包含如圖4所示的霍爾感測器111以及霍爾位置偵測電路112，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖4所示的霍爾感測器111可設於如圖2所示的馬達MT上或鄰設於馬達MT。霍爾感測器111可感測馬達MT的轉子旋轉時的磁性強弱變化，所產生的正電壓和負電壓，以分別輸出第一霍爾訊號HP以及第二霍爾訊號HN。
如圖4所示的霍爾位置偵測電路112可連接如圖4所示的霍爾感測器111以及如圖2所示的正反轉偵測電路120(以及馬達驅動器電路200)。
如圖4所示的霍爾位置偵測電路112可依據從霍爾感測器111接收到的第一霍爾訊號HP的相位以及第二霍爾訊號HN的相位，判斷馬達MT的轉子的位置，依據馬達MT的轉子的位置判斷馬達MT的換相狀態，以輸出換相訊號HLS至如圖4所示的正反轉偵測電路120(以及馬達驅動器電路200)。
正反轉偵測電路120可依據馬達MT的反電動勢偵測訊號與換相訊號HLS之間的相位關係和相位角度差，以輸出一運轉方向偵測訊號PRC。馬達驅動器電路200依據此運轉方向偵測訊號PRC(以及從轉子位置偵測電路110接收到的換相訊號HLS或馬達MT的轉子位置)，以啟動或驅動馬達MT運轉。
請參閱圖2和圖5，其中圖5為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的正反轉偵測電路的方塊圖。
舉例而言，如圖2所示的正反轉偵測電路120可包含如圖5所示的反電動勢偵測電路121以及正反轉判斷電路122，在此僅舉例說明，本發明不以此為限。
如圖5所示的正反轉偵測電路120的反電動勢偵測電路121的輸入端連接如圖2所示的馬達MT的第一端OT1、第二端OT2或兩者。在圖5的正反轉偵測電路120內，反電動勢偵測電路121的輸出端連接正反轉判斷電路122的輸入端。
如圖5所示的正反轉判斷電路122的輸入端還可連接如圖2所示的轉子位置偵測電路110的輸出端，或是可連接如圖4所示的轉子位置偵測電路110的霍爾位置偵測電路112的輸出端。
在本實施例中， 反電動勢偵測電路121可偵測馬達MT的一或多個(輸出)端的一或多個反電動勢訊號，例如但不限於如圖2和圖5所示的馬達MT的第一端OT1的反電動勢訊號EMO1、馬達MT的第二端OT2的反電動勢訊號EMO2或兩者，以輸出一反電動勢偵測訊號EMS。
正反轉判斷電路122可依據從反電動勢偵測電路121接收的反電動勢偵測訊號EMS，與上述從轉子位置偵測電路110(的霍爾位置偵測電路112)接收的換相訊號HLS之間的相位關係和相位角度差，判斷馬達MT目前處於正轉還是反轉，以輸出一運轉方向偵測訊號PRC。
馬達驅動器電路200依據從正反轉判斷電路122接收到的一運轉方向偵測訊號PRC(以及從轉子位置偵測電路110接收到的換相訊號HLS或馬達MT的轉子位置)，以啟動或驅動馬達MT運轉。
請參閱圖1至圖7，其中圖6為本發明實施例的馬達正反轉偵測器偵測到馬達反轉時所輸出的訊號的波形圖，圖7為本發明實施例的馬達正反轉偵測器偵測到馬達正轉時所輸出的訊號的波形圖。
轉子位置偵測電路110的霍爾感測器111感測到的霍爾訊號可能為如圖6所示的第一霍爾訊號HP以及第二霍爾訊號HN，或為如圖7所示的第一霍爾訊號HP1以及第二霍爾訊號HN1。
轉子位置偵測電路110的霍爾位置偵測電路112可依據如圖6所示的第一霍爾訊號HP以及第二霍爾訊號HN，以輸出如圖6所示的換相訊號HLS。或者，轉子位置偵測電路110的霍爾位置偵測電路112可依據偵測到的如圖7所示的第一霍爾訊號HP1以及第二霍爾訊號HN1，以輸出如圖7所示的換相訊號HLS1。
正反轉偵測電路120的反動勢偵測電路121感測到馬達MT的反電動勢訊號可能為如圖6所示的反電動勢訊號EMO1、EMO2，或如圖7所示的反電動勢訊號EMFO1、EMFO2。
正反轉偵測電路120的反動勢偵測電路121依據感測到的如圖6所示的反電動勢訊號EMO1、EMO2，以輸出如圖6所示的反電動勢偵測訊號EMS，或是依據感測到的如圖7所示的反電動勢訊號EMFO1、EMFO2，以輸出如圖7所示的反電動勢偵測訊號EMS1。
正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122可依據如圖6所示的反電動勢偵測訊號EMS與換相訊號HLS之間的相位關係和相位角度差。或者，正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122可依據如圖7所示的反電動勢偵測訊號EMS1與換相訊號HLS1之間的相位關係和相位角度差，來判斷馬達MT目前處於正轉還是反轉，以輸出運轉方向偵測訊號PRC。
舉例而言，如圖6所示，當換相訊號HLS領先反電動勢偵測訊號EMS的相位角度差，等於180度與一預設角度PA的差值時，正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122判定馬達MT反轉，輸出具有一馬達反轉訊息的運轉方向偵測訊號PRC。馬達驅動器電路200依據從正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122接收到的一運轉方向偵測訊號PRC的一馬達反轉訊息，以啟動或驅動馬達MT煞車，使馬達MT的轉速降低。
相反地，如圖7所示，當換相訊號HLS1領先反電動勢偵測訊號EMS1的相位角度差等於上述預設角度PA時，正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122判定馬達MT正轉，輸出具有一馬達正轉訊息的運轉方向偵測訊號PRC。馬達驅動器電路200依據從正反轉偵測電路120的正反轉判斷電路122接收到的一運轉方向偵測訊號PRC的一馬達正轉訊息，以啟動或驅動馬達MT正常運轉。
綜上所述，本發明提供一種馬達正反轉偵測器以及具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器。本發明的馬達正反轉偵測器能夠偵測馬達目前處於正轉還是反轉，來決定馬達驅動器電路對馬達執行的程序。例如，當馬達逆風啟動時，馬達驅動器電路對馬達執行煞車作業，使馬達的轉速降低。反之，當馬達順風啟動時，馬達驅動器電路則直接驅動馬達正常運轉。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
100:馬達正反轉偵測器 110:轉子位置偵測電路 120:正反轉偵測電路 HLS、HLS1:換相訊號 PA:預設角度 PRC:運轉方向偵測訊號 MT:馬達 OT1:第一端 OT2:第二端 EMO1、EMO2、EMFO1、EMFO2:反電動勢訊號 200:馬達驅動器電路 210:控制電路 220:驅動電路 230:輸出電路 H1:第一上橋開關 H2:第二上橋開關 L1:第一下橋開關 L2:第二下橋開關 VCC:共用電壓 111:霍爾感測器 112:霍爾位置偵測電路 HP、HP1:第一霍爾訊號 HN、HN1:第二霍爾訊號 121:反電動勢偵測電路 122:正反轉判斷電路 EMS、EMS1:反電動勢偵測訊號
圖1為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的方塊圖。
圖2為本發明實施例的具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器的方塊圖。
圖3為本發明實施例的馬達正反轉偵測器所偵測的單相馬達以及馬達驅動器的輸出電路的電路圖。
圖4為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的轉子位置偵測電路的方塊圖。
圖5為本發明實施例的馬達正反轉偵測器的正反轉偵測電路的方塊圖。
圖6為本發明實施例的馬達正反轉偵測器偵測到馬達反轉時所輸出的訊號的波形圖。
圖7為本發明實施例的馬達正反轉偵測器偵測到馬達正轉時所輸出的訊號的波形圖。
100:馬達正反轉偵測器
110:轉子位置偵測電路
120:正反轉偵測電路
HLS:換相訊號
PRC:運轉方向偵測訊號
EMO1、EMO2:反電動勢訊號
PA:預設角度
200:馬達驅動器電路
210:控制電路
220:驅動電路
230:輸出電路
MT:馬達
OT1:第一端
OT2:第二端

Claims (9)

  1. 一種馬達正反轉偵測器，適用於偵測一馬達，並包含： 一轉子位置偵測電路，設於該馬達，配置以偵測該馬達的轉子位置，以輸出一換相訊號；以及 一正反轉偵測電路，連接該轉子位置偵測電路以及該馬達，配置以偵測該馬達的一反電動勢訊號以產生一反電動勢偵測訊號，依據該反電動勢偵測訊號與該換相訊號之間的相位關係和相位角度差，判斷該馬達目前處於正轉還是反轉，以輸出一運轉方向偵測訊號。
  2. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中該正反轉偵測電路偵測該馬達的多個端分別的多個該反電動勢訊號中的一或多者，以產生該反電動勢偵測訊號。
  3. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中該馬達為單相馬達，該馬達的該多個端包含一第一端以及一第二端。
  4. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中該轉子位置偵測電路包含： 一霍爾感測器，設於該馬達，配置以感測該馬達的轉子旋轉時的磁性強弱變化，所產生的正電壓和負電壓，以分別輸出一第一霍爾訊號以及一第二霍爾訊號；以及 一霍爾位置偵測電路，連接該霍爾感測器以及該正反轉偵測電路，配置以依據該第一霍爾訊號以及該第二霍爾訊號，以輸出該換相訊號至該正反轉偵測電路。
  5. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中該正反轉偵測電路包含： 一反電動勢偵測電路，連接該馬達，配置以偵測該馬達的該反電動勢訊號，以輸出該反電動勢偵測訊號；以及 一正反轉判斷電路，連接該反電動勢偵測電路，配置以依據該反電動勢偵測訊號與該換相訊號之間的相位關係和相位角度差，判斷該馬達目前處於正轉還是反轉，以輸出該運轉方向偵測訊號。
  6. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中，當該馬達的該換相訊號領先該反電動勢偵測訊號的相位角度差等於180度與一預設角度的差值時，該正反轉偵測電路判定該馬達反轉。
  7. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中，當該馬達的該換相訊號領先該反電動勢偵測訊號的相位角度差等於一預設角度時，該正反轉偵測電路判定該馬達正轉。
  8. 如請求項1所述的馬達正反轉偵測器，其中該正反轉偵測電路連接一馬達驅動器電路，該馬達驅動器電路配置以依據從該正反轉偵測電路接收的該運轉方向偵測訊號以啟動或驅動該馬達。
  9. 一種具有馬達正反轉偵測器的馬達驅動器，包含： 如請求項1至8項中任一項所述的馬達正反轉偵測器；以及 一馬達驅動器電路：包含： 一控制電路，連接該正反轉偵測電路，配置以依據該運轉方向偵測訊號，以輸出一控制訊號； 一驅動電路，連接該控制電路，配置以依據該控制訊號以輸出一驅動訊號；及 一輸出電路，連接該驅動電路，配置以依據該驅動訊號以輸出一輸出級訊號至該馬達。
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