TWI804957B - 馬達控制器 - Google Patents

Abstract

一種馬達控制器具有一開關電路與一控制單元。該開關電路耦合至一馬達以驅動該馬達。該控制單元用以產生複數個控制信號以控制該開關電路。該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位。當該馬達控制器處於該第一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位、該第三相位、或該第四相位。該馬達控制器用以提高啟動該馬達之一成功率。

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一風扇馬達系統之馬達控制器。

傳統上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馬達運轉。另一種則是無需霍爾感測器而驅動馬達運轉。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。

在無感測器之驅動方法下，馬達控制器可藉由偵測一浮接相之反電動勢以切換相位。然而，當馬達控制器處於一啟動狀態且無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，此時就需要一換相機制以切換相位。因此，本發明提出一種新的換相機制以提高啟動馬達之成功率。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可提高啟動一馬達之成功率之馬達控制器。

依據本發明提供該馬達控制器。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、一偵測單元、以及一計數單元。該開關電路耦合至該馬達以驅動該 馬達。該控制單元用以產生複數個控制信號以控制該開關電路。該偵測單元耦合至該開關電路，用以產生一相位信號至該控制單元。該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位。當該馬達控制器處於該第一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位、該第三相位、或該第四相位。

當該馬達控制器之一輸出負載為一輕載，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位。當該馬達控制器之一輸出負載為一重載，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第三相位。當該馬達控制器偵測到一反轉狀態，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第四相位。為了能更有效地執行一換相機制，至少有兩種以上之實施例如下：

一、該啟動時間為一固定值。設計者可使得該啟動時間為一較大值，用以提高啟動該馬達之成功率。該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該啟動時間。當該馬達控制器切換相位時，該計數單元會被重置。

二、該啟動時間為一非固定值。舉例來說，一前次之該啟動時間可為一當前之該啟動時間之N倍，其中N大於0。根據本發明一較佳實施例，N可大於1。舉例來說，N可等於2。該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該前次之該啟動時間與該當前之該啟動時間。當該馬達控制器切換相位時，該計數單元會被重置。

10:馬達控制器

100:開關電路

110:控制單元

120:偵測單元

130:計數單元

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

VCC:第四端點

GND:第五端點

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:馬達

Vp:相位信號

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

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1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用以驅動一馬達M，其中馬達M可為一三相馬達。馬達控制器10可應用於一風扇馬達系統。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、一控制單元110、一偵測單元120、以及一計數單元130。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耦合至馬達M以驅動馬達M。第一電晶體101耦合至一第四端點VCC與第一端點U而第二電晶體102耦合至第一端點U與一第五端點GND。第三電晶體103耦合至第四端點VCC與第二端點V而第四電晶體104耦合至第二端點V與第五端點GND。第五電晶體105耦合至第四端點VCC與第三端點W而第六電晶體106耦合至第三端點W與第五端點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。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、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。偵測單元120耦合至第一端點U、第二端點V、以及第三端點W，用以產生一相位信號Vp至控制單元110。偵測單元120可用以偵測一浮接相之反電動勢。

控制單元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。當控制單元110產生第一電壓向量至開關電路100，控制單元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。當控制單元110產生第二電壓向量至開關電路100，控制單元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。當控制單元110產生第三電壓向量至開關電路100，控制單元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。當控制單元110產生第四電壓向量至開關電路100，控制單元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。當控制單元110產生第五電壓向量至開關電路100，控制單元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。當控制單元110產生第六電壓向量至開關電路100，控制單元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，當控制單元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，將可帶動馬達M正轉一圈。當控制單元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，將可帶動馬達M反轉一圈。

具體而言，馬達控制器10可根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、一第四相位、一第五相位、以及一第六相位。轉動方向可為一正轉方向或一反轉方向。為了提高啟動馬達M之成功率，馬達控制器10可被設計成能於不同之輸出負載下皆能成功地完成一啟動程序。當馬達控制器10處於第一相位且馬達控制器10無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，馬達控制器10可從第一相位切換至第二相位、第三相位、或第四相位。舉例來說，當馬達控制器10處於第一相位且馬達控制器10無法於啟動時間內偵測到換相點時，假使馬達控制器10之輸出負載為一輕載，馬達控制器10可從第一相位切換至第二相位以產生一較小之加速度。輸出負載是否為輕載可依據輸出負載之重量來判定。當馬達控制器10處於第一相位且馬達控制器10無法於啟動時間內偵測到換相點時，假使馬達控制器10之輸出負載為一重載，馬達控制器10可從第一相位切換至第三相位以產生一較大之加速度。輸出負載是否為重載可依據輸出負載之重量來判定。當馬達控制器10處於第一相位且馬達控制器10無法於啟動時間內偵測到換相點時，假使馬達控制器10偵測到一反轉狀態，馬達控制器10可從第一相位切換至第四相位。此外，馬達控制器10可藉由偵測浮接相之反電 動勢以獲得換相點。舉例來說，當浮接相之反電動勢大於一第一電壓或小於一第二電壓時，偵測單元120可輸出相位信號Vp以通知控制單元110切換相位。馬達控制器10可藉由一遲滯比較器以偵測換相點。根據本發明一較佳實施例，啟動時間可介於1毫秒至1000毫秒範圍內。馬達控制器10可利用一六步方波驅動機制與啟動時間以切換相位。為了能更有效地執行一換相機制，至少有兩種以上之實施例如下：

一、啟動時間為一固定值。設計者可使得啟動時間為一較大值，用以提高啟動馬達M之成功率。計數單元130耦合至偵測單元120，用以計算啟動時間。當馬達控制器10切換相位時，計數單元130會被重置。此時計數單元130會重新計數以重新計算啟動時間。

二、啟動時間為一非固定值。舉例來說，一前次之啟動時間可為一當前之啟動時間之N倍，其中N大於0。根據本發明一較佳實施例，N可大於1。舉例來說，N可等於2。計數單元130耦合至偵測單元120，用以計算前次之啟動時間與當前之啟動時間。當馬達控制器10切換相位時，計數單元130會被重置。馬達控制器10可利用非固定之啟動時間，用以完成啟動程序並使得偵測換相點變得更容易。

根據本發明一實施例，馬達控制器10可應用於一無感測器馬達系統、一直流馬達系統、以及一無刷馬達系統。當馬達控制器10處於第一相位且馬達控制器10無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，馬達控制器10可從第一相位切換至第二相位、第三相位、或第四相位。藉由一新的換相機制，馬達控制器10可用以提高啟動馬達M之成功率。此外，馬達控制器10可應用於一風扇馬達系統。

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

110:控制單元

120:偵測單元

130:計數單元

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

VCC:第四端點

GND:第五端點

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:馬達

Vp:相位信號

Claims (40)

1. 一種馬達控制器，包含：一開關電路，耦合至一馬達以驅動該馬達；一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路，其中該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位，當該馬達控制器處於該第一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位、該第三相位、或該第四相位；以及一偵測單元，耦合至該開關電路，用以產生一相位信號至該控制單元。
2. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器之一輸出負載為一輕載，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位。
3. 如申請專利範圍第2項所述之馬達控制器，其中該輸出負載是否為該輕載係依據該輸出負載之一重量來判定。
4. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器之一輸出負載為一重載，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第三相位。
5. 如申請專利範圍第4項所述之馬達控制器，其中該輸出負載是否為 該重載係依據該輸出負載之一重量來判定。
6. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器偵測到一反轉狀態，該馬達控制器處於該第一相位，且該馬達控制器無法於該啟動時間內偵測到該換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第四相位。
7. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器用以提高啟動該馬達之一成功率。
8. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該開關電路更包含：一第一電晶體，耦合至一第四端點與一第一端點；一第二電晶體，耦合至該第一端點與一第五端點；一第三電晶體，耦合至該第四端點與一第二端點；一第四電晶體，耦合至該第二端點與該第五端點；一第五電晶體，耦合至該第四端點與一第三端點；以及一第六電晶體，耦合至該第三端點與該第五端點。
9. 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，該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該啟動時間。
10. 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切換相位時，該計數單元會被重置。
11. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該轉動方向為一 正轉方向。
12. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該轉動方向為一反轉方向。
13. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一固定值。
14. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一非固定值。
15. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中一前次之該啟動時間為一當前之該啟動時間之N倍，且N大於0。
16. 如申請專利範圍第15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，該計數單元用以計算該前次之該啟動時間與該當前之該啟動時間。
17. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中一前次之該啟動時間為一當前之該啟動時間之N倍，且N大於1。
18. 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一六步方波驅動機制與該啟動時間以切換相位。
19. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器藉由偵測一浮接相之一反電動勢以獲得該換相點。
20. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中當一浮接相之一反電動勢大於一第一電壓或小於一第二電壓時，該偵測單元輸出該相位信號以通知該控制單元切換相位。
21. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器藉由一遲滯比較器以偵測該換相點。
22. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該啟動時間介於1毫秒至1000毫秒範圍內。
23. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係應用於一風扇馬達系統。
24. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係應用於一直流馬達系統。
25. 如申請專利範圍第1項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器係應用於一無刷馬達系統。
26. 一種馬達控制器，包含：一開關電路，耦合至一馬達以驅動該馬達； 一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；一偵測單元，耦合至該開關電路，用以產生一相位信號至該控制單元；以及一計數單元，其中該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位，當該馬達控制器處於該第一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第二相位，該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該啟動時間。
27. 如申請專利範圍第26項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器切換相位時，該計數單元會被重置。
28. 如申請專利範圍第26項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一固定值。
29. 如申請專利範圍第26項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一非固定值。
30. 如申請專利範圍第26項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器利用一六步方波驅動機制與該啟動時間以切換相位。
31. 一種馬達控制器，包含：一開關電路，耦合至一馬達以驅動該馬達；一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；一偵測單元，耦合至該開關電路，用以產生一相位信號至該控制單元；以及 一計數單元，其中該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位，當該馬達控制器處於該第一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第三相位，該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該啟動時間。
32. 如申請專利範圍第31項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器切換相位時，該計數單元會被重置。
33. 如申請專利範圍第31項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一固定值。
34. 如申請專利範圍第31項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一非固定值。
35. 如申請專利範圍第31項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器利用一六步方波驅動機制與該啟動時間以切換相位。
36. 一種馬達控制器，包含：一開關電路，耦合至一馬達以驅動該馬達；一控制單元，用以產生複數個控制信號以控制該開關電路；一偵測單元，耦合至該開關電路，用以產生一相位信號至該控制單元；以及一計數單元，其中該馬達控制器根據一轉動方向依序地決定出一第一相位、一第二相位、一第三相位、以及一第四相位，當該馬達控制器處於該第 一相位且該馬達控制器無法於一啟動時間內偵測到一換相點時，該馬達控制器從該第一相位切換至該第四相位，該計數單元耦合至該偵測單元，用以計算該啟動時間。
37. 如申請專利範圍第36項所述之馬達控制器，其中當該馬達控制器切換相位時，該計數單元會被重置。
38. 如申請專利範圍第36項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一固定值。
39. 如申請專利範圍第36項所述之馬達控制器，其中該啟動時間為一非固定值。
40. 如申請專利範圍第36項所述之馬達控制器，其中該馬達控制器利用一六步方波驅動機制與該啟動時間以切換相位。

Images