TWM569110U - Drive integrated circuit for AC motor stepless speed change - Google Patents

Abstract

一種驅動積體電路包含感測單元、控制單元，及多個驅動單元。該感測單元感測一個交流馬達並產生一個至少指示該交流馬達當前轉速的感測輸出，該控制單元接收該感測輸出及一個指示一個目標轉速的輸入信號，且包括一個含有多個轉速差值及多個分別對應該等轉速差值之控制信號的查找表， 該控制單元根據該輸入信號、該感測輸出及該查找表，產生至少一個相關於該目標轉速的轉速控制信號，每一驅動單元在接收到該至少一轉速控制信號中的一對應者時，產生一個相關於該目標轉速的驅動信號並輸出至該交流馬達，每一驅動信號的功率相同。

Description

用於交流馬達無段變速的驅動積體電路

本新型是有關於一種驅動積體電路，特別是指一種用於交流馬達無段變速的驅動積體電路。

現有技術主要是利用習知變頻驅動裝置接收來自一個電源的一個電源信號，並藉由一種變頻驅動技術來控制一個交流馬達的轉速。詳細來說，習知變頻驅動裝置包含一個控制單元、一個驅動單元及其他相關單元。該控制單元用來根據一個外部轉速指令產生一個控制信號，該轉速指令指示一個目標轉速。該驅動單元電連接在該電源與該控制單元間，並根據該控制信號及該電源信號產生一個頻率及電壓已調整的驅動信號，該驅動信號相關於該目標轉速。習知變頻驅動裝置將該驅動信號輸出至該交流馬達，使得該交流馬達根據該驅動信號而轉動並驅動一個風扇以該目標轉速旋轉，以使得該風扇產生所欲風量。

然而，習知變頻驅動裝置所產生的該驅動信號的功率受限於一特定範圍，當習知變頻驅動裝置所要驅動的交流馬達在操作時所需要的功率超過該特定範圍時，則需將習知變頻驅動裝置進行更換，如此將不便於使用。此外，在習知變頻驅動裝置中，該控制單元及該驅動單元被設計在二個分開的積體電路，且若要再增加其他驅動單元也是設計在另一個分開的積體電路，導致習知變頻驅動裝置的電路面積較大。因此，習知變頻驅動裝置仍有改進的空間。

因此，本新型之目的，即在提供一種能夠克服先前技術缺點的驅動積體電路。

於是，本新型驅動積體電路適用於接收來自一個電源的一個電源信號並據以產生一個驅動信號輸出來驅動一個交流馬達無段變速。該驅動積體電路包含一個感測單元、一個控制單元，及多個驅動單元。

該感測單元用於電連接該交流馬達並感測該交流馬達以產生一個感測輸出，該感測輸出指示該交流馬達當前轉速及該交流馬達的一個轉子位置。

該控制單元接收一個指示一個目標轉速的輸入信號，並電連接該感測單元以接收該感測輸出，該控制單元包括一個儲存一個查找表的儲存模組，該查找表含有多個轉速差值及多個分別對應該等轉速差值的控制信號，該控制單元根據該輸入信號、該感測輸出及該查找表，產生至少一個相關於該目標轉速的轉速控制信號，每一轉速控制信號相同且為該等控制信號中的一者。

每一驅動單元電連接在該控制單元與該交流馬達間，每一驅動單元在接收到來自該控制單元的該至少一轉速控制信號中的一對應者時，產生一個相關於該目標轉速的驅動信號並將該驅動信號輸出至該交流馬達，每一驅動信號的功率相同，且每一驅動單元所產生的每一驅動信號組合成該驅動信號輸出。

本新型之功效在於：該驅動積體電路可產生一個或多個驅動信號，使得該驅動信號輸出的一總功率隨之變化而非如習知變頻驅動裝置所產生的驅動信號的功率受限於一特定範圍，進而該驅動積體電路可驅動需要低功率或高功率的交流馬達，此外，該感測單元、該控制單元，及該多個驅動單元被整合在單一個該驅動積體電路中，以致本實施例該驅動積體電路具有較小的電路面積。

參閱圖1，本新型驅動積體電路20適用於電連接在一個電源11與一個包括一個轉子121的交流馬達12間，接收來自該電源11的一個電源信號VCC並據以產生一個驅動信號輸出Dso來驅動該交流馬達12無段變速。該驅動積體電路20包含一個感測單元2、一個控制單元3，及多個驅動單元4。

該感測單元2連續地（或定期地）感測該交流馬達12與該轉子121之SN極性變換所產生的信號，以產生一個感測輸出Ss。該感測輸出Ss指示該交流馬達12當前轉速及該交流馬達12之該轉子121的一個轉子位置。在本實施例中，該感測單元2為一個霍爾感測單元。

該控制單元3接收一個指示一個目標轉速的輸入信號Is，並電連接該感測單元2以接收該感測輸出Ss。該控制單元3包括一個儲存一個查找表311的儲存模組31，該查找表311含有多個轉速差值及多個分別對應該等轉速差值的控制信號。 該控制單元3根據該輸入信號Is、該感測輸出Ss及該查找表311，產生至少一個相關於該目標轉速的轉速控制信號Cs，每一轉速控制信號Cs相同且為該等控制信號中的一者。詳細來說，該控制單元3先將該輸入信號Is所指示的該目標轉速減掉該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速，以得到一個當前轉速差值，接著再根據該當前轉速差值自該查找表311中進行查表比對，且將該等轉速差值中的一個與該當前轉速差值相對應之轉速差值所對應的一個控制信號作為每一轉速控制信號Cs。

需說明的是，在本實施例中，該控制單元3為一個可程式控制單元。該輸入信號Is是由一使用者自一使用者輸入介面（圖未示）回應於一對應該目標轉速的輸入操作而產生，也就是說，該使用者可任意調整該目標轉速，而根據該輸入信號Is產生該驅動信號輸出Dso的該驅動積體電路20可據以驅動該交流馬達12達到無段變速。該查找表311所含有的該等轉速差值及該等控制信號是由該使用者經由一程式設定而預先建立的表格，該使用者可不斷更新該查找表311，或將多個不同規格之交流馬達各自所對應之多個轉速差值及多個控制信號預先建立於該查找表311。如此一來，當將該交流馬達12更換成另一不同規格之交流馬達時，該控制單元3仍可以一已知方式根據該感測輸出Ss自該查找表311中查找出與該另一交流馬達相關聯的控制信號作為每一轉速控制信號Cs並輸出。

此外，每一轉速控制信號Cs用來使該交流馬達12提高轉速、降低轉速，或維持轉速。舉例來說，當該當前轉速差值為負數（或正數）時，代表該交流馬達12當前轉速大於（或小於）該目標轉速，該控制單元3根據該當前轉速差值自該查找表311中所得到的每一轉速控制信號Cs用來使該交流馬達12降低轉速（或提高轉速）。當該當前轉速差值為零時，代表該交流馬達12當前轉速等於該目標轉速，該控制單元3所產生的每一轉速控制信號Cs用來使該交流馬達12維持轉速。

每一驅動單元4電連接在該控制單元3與該交流馬達12間，每一驅動單元4在接收到來自該控制單元3的該至少一轉速控制信號Cs中的一對應者時，產生一個相關於該目標轉速的驅動信號Ds並將該驅動信號Ds輸出至該交流馬達12。每一驅動信號Ds的功率相同，且每一驅動單元4所產生的每一驅動信號Ds組合成該驅動信號輸出Dso。該驅動積體電路20將該驅動信號輸出Dso輸出至該交流馬達12，以致該交流馬達12根據該驅動信號輸出Dso而轉動並驅動一個風扇（圖未示）以該目標轉速旋轉，以使得該風扇產生所欲風量。在本實施例中，每一驅動單元4包括一個脈寬調變模組41、一個升壓模組42，及一個驅動模組43。

於每個驅動單元4中，該脈寬調變模組41電連接該控制單元3以接收該至少一轉速控制信號Cs中的該對應者，並在接收到該至少一轉速控制信號Cs中的該對應者時據以產生一個電壓大小已調整的調變信號Ms（該調變信號Ms的電壓大小為12V），且該調變信號Ms的脈波寬度隨該至少一轉速控制信號Cs中的該對應者的變化而改變。舉例來說，當該當前轉速差值為負數且該轉速控制信號Cs用來使該交流馬達12降低轉速時，該調變信號Ms的脈波寬度隨該轉速控制信號Cs的變化而變窄。反之，當該當前轉速差值為正數且該轉速控制信號Cs用來使該交流馬達12提高轉速時，則該調變信號Ms的脈波寬度隨該轉速控制信號Cs的變化而變寬。

於每個驅動單元4中，該升壓模組42電連接該脈寬調變模組41以接收該調變信號Ms，並對該調變信號Ms進行升壓，以產生一個升壓信號Bs（該升壓信號Bs的電壓大小為24V~48V），使得該升壓信號Bs的電壓大小足以驅動該驅動模組43。

於每個驅動單元4中，該驅動模組43電連接在該升壓模組42與該交流馬達12間，且接收來自該升壓模組42之該升壓信號Bs，並根據該升壓信號Bs產生該相關於該目標轉速的驅動信號Ds，且將該驅動信號Ds輸出至該交流馬達12。在本實施例中，該驅動模組43為一個耐高壓規格的模組。該驅動信號Ds的電壓大小為110V或220V，頻率大小為50Hz或60Hz。該驅動模組43可驅動所需功率為20W~90W的高功率交流馬達轉動。

進一步參閱圖2，該驅動模組43包括一個信號切換器431、第一及第二電容器432、433、一個二極體434、第一及第二電阻器435、436，及第一及第二電晶體437、438。

該信號切換器431具有第一至第八接腳P1~P8，該第一接腳P1接收該電源信號VCC，該等第二及第三接腳P2、P3電連接該升壓模組42且相配合接收該升壓信號Bs，該第四接腳P4電連接至地。

該第一電容器432電連接在該等第一及第四接腳P1、P4間。該第二電容器433電連接在該等第六及第八接腳P6、P8間。該二極體434具有一個電連接該第一接腳P1的陽極，及一個電連接該第八接腳P8的陰極。該第一電阻器435具有一個電連接該第七接腳P7的第一端，及一個第二端。該第二電阻器436具有一個電連接該第五接腳P5的第一端，及一個第二端。該第一電晶體437具有一個接收一偏壓電壓VDD的第一端、一個電連接該第六接腳P6的第二端，及一個電連接該第一電阻器435之該第二端的控制端。該第二電晶體438具有一個第一端、一個電連接至地的第二端，及一個電連接該第二電阻器436之該第二端的控制端。該第二電晶體438的該第一端與該第一電晶體437的該第二端的輸出作為該驅動信號Ds。

需說明的是，在本實施例中，該第一電容器432為一個極性電容器，該等第一及第二電阻器435、436各自為一個限流電阻器。該等第一及第二電晶體437、438各自為一N型金氧半場效電晶體，其中該N型金氧半場效電晶體的汲極、源極及閘極分別為該等第一及第二電晶體437、438中的每一者的該第一端、該第二端及該控制端。此外，該信號切換器431的作用為將其所接收到的該升壓信號Bs經由其自身內部開關進行切換來錯開該升壓信號Bs的時脈，以分成從該第七接腳P7輸出一信號來驅動該第一電晶體437，及從該第五接腳P5輸出另一信號來驅動該第二電晶體438。另外，該信號切換器431經由該第六接腳P6持續偵測該第一電晶體437是正常輸出或遭鎖住，若該第一電晶體437遭鎖住，則該信號切換器431將一重置信號經由該第六接腳P6及該第二電容器433輸出至該第八接腳P8以進行重置。該信號切換器431之細部電路結構具有多種不同的實施態樣且為本領域具通常知識者所熟知，故於此不贅述。

詳細來說，在該驅動積體電路20初始狀態且該交流馬達12靜止時，該感測單元2連續地感測該交流馬達12以產生該感測輸出Ss。該控制單元3先根據該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速來決定其所產生的該至少一轉速控制信號Cs的數量。舉例來說，由於該交流馬達12處於靜止狀態，故該交流馬達12當前轉速為零，該控制單元3根據該感測輸出Ss決定該至少一轉速控制信號Cs的數量為一個。接著，該控制單元3將根據該輸入信號Is的該目標轉速減掉該感測輸出Ss的該交流馬達12當前轉速所得到的該當前轉速差值自該查找表311中進行查表比對，且將該等轉速差值中與該當前轉速差值相對應之一轉速差值所對應的一個控制信號作為第一個轉速控制信號Cs並輸出（即，該控制單元3僅產生一個轉速控制信號Cs，該第一個轉速控制信號Cs為圖1中最靠近該查找表311的該轉速控制信號Cs）。

然後，該等驅動單元4中的第一個驅動單元4（即，圖1中，最靠近該查找表311的該驅動單元4為該第一個驅動單元4，最遠離該查找表311的該驅動單元4為第三個驅動單元4，在該等第一及第三個驅動單元4中間的該驅動單元4為第二個驅動單元4）接收到來自該控制單元3的該第一個轉速控制信號Cs並據以產生第一個驅動信號Ds來驅動該交流馬達12。由於該控制單元3僅產生該第一個轉速控制信號Cs，而未產生第二及第三個轉速控制信號Cs，因此該等第二及第三個驅動單元4不會分別產生第二及第三個驅動信號Ds。也就是說，此時該驅動信號輸出Dso僅包括該第一個驅動信號Ds，該驅動積體電路20根據該驅動信號輸出Dso僅可驅動所需功率為20W~90W的交流馬達。

在該控制單元3僅產生該第一個轉速控制信號Cs的情況下，當該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速大於零時，則代表該驅動積體電路20所輸出的該驅動信號輸出Dso僅需包括該第一個驅動信號Ds，即可驅動該交流馬達12轉動並調整其轉速。然而，當該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速還是等於零時，則代表該驅動積體電路20所輸出的該驅動信號輸出Dso的功率不足以驅動該交流馬達12轉動。該控制單元3會根據指示該交流馬達12當前轉速還是等於零的該感測輸出Ss決定其所產生的該至少一轉速控制信號Cs的數量由原本的一個變成為二個，該控制單元3還會將前述查表比對所得之對應的該控制信號作為該第二個轉速控制信號Cs並輸出（即，對應的該控制信號作為該等第一及第二個轉速控制信號Cs中的每一者被輸出），以致除了該第一個驅動單元4產生該第一個驅動信號Ds外，該第二個驅動單元4也據以產生第二個驅動信號Ds。如此一來，該驅動信號輸出Dso包括該等第一及第二個驅動信號Ds，該驅動積體電路20根據該驅動信號輸出Dso可驅動所需功率為20W~180W的交流馬達。同理，當接下來該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速大於零時，則代表該驅動積體電路20所輸出的該驅動信號輸出Dso已可驅動該交流馬達12轉動並調整其轉速。當接下來該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss所指示的該交流馬達12當前轉速還是等於零時，則該控制單元3所輸出的該至少一轉速控制信號Cs的數量由原本的二個變成為三個，依此類推，以增加該驅動信號輸出Dso所包括的該等驅動信號Ds的數量，直到該驅動積體電路20可驅動該交流馬達12為止。

需說明的是，在本實施例中，是舉該驅動積體電路20包含三個驅動單元4，該驅動積體電路20可驅動所需功率為20W~270W的交流馬達為例，但不限於此。在其他實施例中，該驅動積體電路20可包含N個驅動單元4，N=2或4≦N≦12，N為正整數。該驅動積體電路20可驅動所需功率為20W~(90×N)W的交流馬達。

綜上所述，本實施例的該驅動積體電路20具有以下優點：

1.由於該驅動積體電路20包括該等驅動單元4，且該感測單元2是一直持續感測該交流馬達12，以致該驅動積體電路20得以根據該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss而一直自動調整該等驅動單元4所產生的該等驅動信號Ds的數量，使得該驅動信號輸出Dso的一總功率隨該等驅動信號Ds的數量改變而變化，進而本實施例該驅動積體電路20可驅動需要低功率或高功率的交流馬達且可避免習知變頻驅動裝置所產生的驅動信號的功率受限於一特定範圍之缺失，故較便於使用。

2. 由於該感測單元2、該控制單元3，及該等驅動單元4被整合在單一個該驅動積體電路20中，如此一來，該驅動積體電路20相較於習知變頻驅動裝置具有較小的電路面積。

3.藉由該感測單元2連續地感測該交流馬達12所得到的該感測輸出Ss可得知該交流馬達12當前轉速及該轉子121的轉子位置，因此該驅動積體電路20根據該感測輸出Ss所產生的該驅動信號Ds可使該交流馬達12中的電晶體（圖未示）達到零點切換，進而該交流馬達12不會產生反變電動勢給每一驅動模組43，如此可避免每一驅動模組43因反變電動勢而損壞，使得本實施例該驅動積體電路20的使用壽命得以延長。

4.由於該驅動積體電路20可根據該感測單元2所持續輸出的該感測輸出Ss而一直自動調整每一驅動信號Ds的波形，如此該驅動積體電路20對該交流馬達12可達到真實轉速偵測及控速，並避免因該交流馬達12自身品質差異或老化而造成其轉速未達該目標轉速的情況發生。

惟以上所述者，僅為本新型之實施例而已，當不能以此限定本新型實施之範圍，凡是依本新型申請專利範圍及專利說明書內容所作之簡單的等效變化與修飾，皆仍屬本新型專利涵蓋之範圍內。

11‧‧‧電源

12‧‧‧交流馬達

121‧‧‧轉子

2‧‧‧感測單元

20‧‧‧驅動積體電路

3‧‧‧控制單元

31‧‧‧儲存模組

311‧‧‧查找表

4‧‧‧驅動單元

41‧‧‧脈寬調變模組

42‧‧‧升壓模組

43‧‧‧驅動模組

431‧‧‧信號切換器

432、433‧‧‧第一及第二電容器

434‧‧‧二極體

435、436‧‧‧第一及第二電阻器

437、438‧‧‧第一及第二電晶體

Bs‧‧‧升壓信號

Cs‧‧‧轉速控制信號

Ds‧‧‧驅動信號

Dso‧‧‧驅動信號輸出

Is‧‧‧輸入信號

Ms‧‧‧調變信號

P1~P8‧‧‧第一至第八接腳

Ss‧‧‧感測輸出

VCC‧‧‧電源信號

VDD‧‧‧偏壓電壓

本新型之其他的特徵及功效，將於參照圖式的實施方式中清楚地呈現，其中： 圖1是一方塊示意圖，說明本新型驅動積體電路之一實施例；及 圖2是一電路方塊圖，說明該實施例之一驅動模組。

Claims (7)

1. 一種驅動積體電路，適用於接收來自一個電源的一個電源信號並據以產生一個驅動信號輸出來驅動一個交流馬達無段變速，該驅動積體電路包含： 一個感測單元，用於電連接該交流馬達並感測該交流馬達以產生一個感測輸出，該感測輸出指示該交流馬達當前轉速及該交流馬達的一個轉子位置； 一個控制單元，用於接收一個指示一個目標轉速的輸入信號，並電連接該感測單元以接收該感測輸出，該控制單元包括一個儲存一個查找表的儲存模組，該查找表含有多個轉速差值及多個分別對應該等轉速差值的控制信號， 該控制單元根據該輸入信號、該感測輸出及該查找表，產生至少一個相關於該目標轉速的轉速控制信號，每一轉速控制信號相同且為該等控制信號中的一者；及 多個驅動單元，每一驅動單元電連接在該控制單元與該交流馬達間，每一驅動單元在接收到來自該控制單元的該至少一轉速控制信號中的一對應者時，產生一個相關於該目標轉速的驅動信號並將該驅動信號輸出至該交流馬達，每一驅動信號的功率相同，且每一驅動單元所產生的每一驅動信號組合成該驅動信號輸出。
2. 如請求項1所述的驅動積體電路，其中，該感測單元為一個霍爾感測單元，且該感測單元是連續地感測該交流馬達。
3. 如請求項1所述的驅動積體電路，其中，該控制單元為一個可程式控制單元。
4. 如請求項1所述的驅動積體電路，其中： 該控制單元根據該感測輸出所指示的該交流馬達當前轉速決定其所產生的該至少一轉速控制信號的數量；及 該控制單元將該輸入信號所指示的該目標轉速減掉該感測輸出所指示的該交流馬達當前轉速，以得到一個當前轉速差值，並根據該當前轉速差值自該查找表中進行查表比對，且將該等轉速差值中的一個與該當前轉速差值相對應之轉速差值所對應的一個控制信號作為該至少一轉速控制信號中的每一者。
5. 如請求項1所述的驅動積體電路，其中，每一驅動單元包括： 一個脈寬調變模組，電連接該控制單元以接收該至少一轉速控制信號中的該對應者，並在接收到該至少一轉速控制信號中的該對應者時據以產生一個電壓大小已調整的調變信號，且該調變信號的脈波寬度隨該至少一轉速控制信號中的該對應者的變化而改變； 一個升壓模組，電連接該脈寬調變模組以接收該調變信號，並對該調變信號進行升壓，以產生一個升壓信號；及 一個驅動模組，電連接在該升壓模組與該交流馬達間，且接收來自該升壓模組之該升壓信號，並根據該升壓信號產生該相關於該目標轉速的驅動信號，且將該驅動信號輸出至該交流馬達，該驅動模組為一個耐高壓規格的模組。
6. 如請求項5所述的驅動積體電路，其中，該驅動模組包括： 一個信號切換器，具有第一至第八接腳，該第一接腳接收該電源信號，該等第二及第三接腳電連接該升壓模組且相配合接收該升壓信號，該第四接腳電連接至地； 一個第一電容器，電連接在該第一接腳與該第四接腳間； 一個二極體，具有一個電連接該第一接腳的陽極，及一個電連接該第八接腳的陰極； 一個第二電容器，電連接在該等第六及第八接腳間； 一個第一電阻器，具有一個電連接該第七接腳的第一端，及一個第二端； 一個第二電阻器，具有一個電連接該第五接腳的第一端，及一個第二端； 一個第一電晶體，具有一個接收一個偏壓電壓的第一端、一個電連接該第六接腳的第二端，及一個電連接該第一電阻器之該第二端的控制端；及 一個第二電晶體，具有一個第一端、一個電連接至地的第二端，及一個電連接該第二電阻器之該第二端的控制端，該第二電晶體的該第一端與該第一電晶體的該第二端的輸出作為該驅動信號輸出。
7. 如請求項6所述的驅動積體電路，其中，該第一電容器為一個極性電容器，該等第一及第二電阻器各自為一個限流電阻器。