CN106953556A - 无感测器三相马达驱动***及其方法 - Google Patents

无感测器三相马达驱动***及其方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种无感测器三相马达驱动***及其方法，当该处理单元的脉波控制端依据换相资讯而输出多个脉波宽度调变波。驱动单元接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号。一电流侦测单元，接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波。一马达单元包括三个线圈绕组，该多个线圈绕组接收该驱动讯号而使该马达单元作动。电压侦测单元侦测该线圈绕组的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。

Description

无感测器三相马达驱动***及其方法
技术领域
本发明是有关于一种马达驱动***，特别是指一种无感测器三相马达驱动***。
背景技术
在三相马达驱动方式中，一般会利用霍尔元件侦测马达转子位置，进而得到换相讯号来产生特定的马达控制讯号，此特定的马达控制会在三相马达线圈里面形成相电流使马达能持续运转，如图1所示。
由于霍尔元件在高温环境应用上的限制以及成本的考量，无感测器的三相马达驱动技术开始被提出，其中最广泛使用的方式就是利用三相马达的未激磁线圈来侦测反电动势，为了侦测反电动势的零点，必须将此相线圈的相电流降至0A才能开始侦测反电动势，此相电流的剧烈变化将导致电磁噪音的产生。
接着，请参考图2，一般而言，马达驱动***，包含驱动单元30与马达单元40。而驱动单元30是由电晶体所构成。而马达的转动则是借由驱动单元30电晶体开关的启动或关闭，来使马达进行转动，且马达单元40具有三个绕组，分别为U线圈绕组、V线圈绕组与W线圈绕组。由图2的路径path1，可以得知，当第一电晶体M1与第五电晶体M5开启时，此时马达运转的电流，由电源端经第一电晶体M1、马达单元40的U绕组、V绕组，并再经由第五电晶体M5流到地端。请参考图3，当***没有霍尔元件时，一般马达单元40再换相时，会先把第一电晶体M1关闭，此时，由于马达是电感性负载，所以会有一感应电流存在，此电流路径path2，由地端，经由第四电晶体M4、马达单元40的U线圈绕组、V线圈绕组，并再经由第五电晶体M5再流到地端。
一般正常的马达电流控制是由U线圈绕组流向V线圈绕，U线圈绕组流向W线圈绕组，之后换向由U线圈绕组流向W线圈绕，换向电流由V线圈绕组流向W线圈绕，再由V线圈绕组流向U线圈绕，V线圈绕组流向W线圈绕。接着，再，其它的换相，为是持续的控制U线圈绕组、V线圈绕组、W线圈绕组的电流流向，进而控制马达的转向，上述是马达的换相方式，但这只是控制马达换相的一种，其它的马达的换相方式，于此不加以赘述。
由图4得知，此不稳定的电流，将会造成***马达运转的不顺畅、顿挫等现象的出现，此是马达震动的来源。
所以现有技术的问题，对于没有霍尔元件的马达***而言，在马达***换相时，往往会造成马达***的不稳定，有鉴于此，如何提出一种新的***，去改善传统没有霍尔元件的马达***的稳定度，这是所有厂商努力的方向与目标。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的在于提供一种无感测器三相马达驱动***，包含：一处理单元、一驱动单元、一电流侦测单元、一马达单元与一电压侦测单元。一处理单元，具有六个脉波控制端，每个该处理单元之脉波控制端依据换相资讯而输出多个脉波宽度调变波；一驱动单元，连接处理单元，接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号；一电流侦测单元，分别连接该驱动单元与该处理单元，接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波；一马达单元，连接该电流侦测单元，包括三个线圈绕组，该多个线圈绕组接收该驱动讯号而使该马达单元作动；及一电压侦测单元，连接该电流侦测单元，侦测该线圈绕组的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。
该多个脉波宽度调变波渐增的责任周期由小至大，责任周期的百分比由0%至100%。
该多个脉波宽度调变波渐减的的责任周期由大至小，责任周期的百分比由100%至0%。
该驱动单元包含：
一第一电晶体，该第一电晶体的第一端连接该电源，该第一电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第四电晶体，该第四电晶体的第一端连接该第一电晶体的第二端，该第四电晶体的第二端接地，该第四电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第二电晶体，该第二电晶体的第一端连接该电源，该第二电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第五电晶体，该第五电晶体的第一端连接该第二电晶体的第二端，该第五电晶体的第二端接地，该第五电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第三电晶体，该第三电晶体的第一端连接该电源，该第三电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
的第一端连接该第三电晶体的第二端，该第六电晶体的第二端接地，该第六电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端。
该第一电晶体的控制端开启时、该第五电晶体的控制端与该第六电晶体的控制端开启时，其该电流侦测单元感测该驱动讯号的电流为顺向，当该马达单元换相时，该第二电晶体的控制端接收该多个脉波宽度调变波、该第一电晶体的控制端与该第六电晶体的控制端为开启状态，其该电流侦测单元感测该驱动讯号的电流为逆向。
该驱动讯号的电流为顺向变为逆向或逆向变为顺向，且该驱动讯号的电流会产生一零交越点。
因此，本发明的另一目的，即在提供一种无感测器三相马达驱动方法，提供一处理单元、一驱动单元、一电流侦测单元、一马达单元与一电压侦测单元，包含：该处理单元的脉波控制端输出多个脉波宽度调变波；该驱动单元接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号；该电流侦测单元接收该驱动讯号并侦测驱动单元的一相电流，当相电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波；该马达单元，接收该驱动讯号而使该马达单元作动；及该电压侦测单元侦测该线圈绕组的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。
该多个脉波宽度调变波的责任周期由小至大，责任周期的百分比由0%至100%。
该多个脉波宽度调变波的责任周期由大至小，责任周期的百分比由100%至0%。
该驱动讯号的电流为顺向变为逆向或逆向变为顺向时，且该驱动讯号的电流会产生一零交越点。
本发明的功效即是在马达***中，先由处理单元适当的控制脉波宽度调变波，并借由电流侦测单元感测换相时电流为零的特性，停止处理单元输出脉波宽度调变波，最后再由电压侦测单元感测到换相的电压，以再度启动换相时的脉波宽度调变波，以得到顺畅的换相电流，进而提升马达的顺畅度与稳定度，实为本发明的具体功效。
附图说明
图1是现有有霍尔元件的马达控制讯号示意图；
图2是无霍尔元件的马达控制***的第一示意图；
图3是无霍尔元件的马达控制***的第二示意图；
图4是现有无霍尔元件的马达控制讯号示意图；
图5是本发明马达控制***的实施例；
图6是本发明马达控制***的实施例的第一电流路径图；
图7是本发明马达控制***的实施例的第二电流路径图；
图8是本发明马达控制***的实施例的马达控制讯号示意图；及
图9是本发明的无感测器三相马达驱动的方法流程图。
【符号说明】
10 处理单元；
30 驱动单元；
40 马达单元；
50 电压侦测单元；
60 电流侦测单元；
M1 第一电晶体；
M2 第二电晶体；
M3 第三电晶体；
M4 第四电晶体；
M5 第五电晶体；
M6 第六电晶体。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，以使本领域的技术人员可以更好的理解本发明并能予以实施，但所举实施例不作为对本发明的限定。
参阅图5，本发明是一较佳实施例，一种无感测器三相马达驱动***，包含：一处理单元10、一驱动单元30、一电流侦测单元60、一马达单元40与一电压侦测单元50。一处理单元10，具有六个脉波控制端，每个该处理单元10的脉波控制端依据换相资讯而输出多个脉波宽度调变波；一驱动单元30，连接处理单元10，接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号；一电流侦测单元60，分别连接该驱动单元30与该处理单元10，接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元10，并使得该处理单元10停止输出该脉波宽度调变波；一马达单元40，连接该电流侦测单元60，包括三个线圈绕组，该多个线圈绕组其中之一接收该驱动讯号而使该马达单元40作动；及一电压侦测单元50，连接该电流侦测单元60，侦测该线圈绕组相的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元10，并使得该处理单元10启动输出该脉波宽度调变波。
其中，该驱动讯号为相电流。其中，该驱动讯号的电流为零时，亦即相电流由顺向流向逆向或逆向流向逆向，发生在零交越点时。
本发明的马达单元40可以是三相马达，又或者是多相马达。其中，该多个脉波宽度调变波的责任周期由小至大，或该多个脉波宽度调变波的责任周期由大至小，一般而言，由100%至0%。
其中，该驱动单元30包含：一第一电晶体M1，该第一电晶体M1的第一端连接该电源，该第一电晶体M1的控制端连接该处理单元10的脉波控制端；一第四电晶体M4，该第四电晶体M4的第一端连接该第一电晶体M1的第二端，该第四电晶体M4的第二端接地，该第四电晶体M4的控制端连接该处理单元10的脉波控制端；一第二电晶体M2，该第二电晶体M2的第一端连接该电源，该第二电晶体M2的控制端连接该处理单元10的脉波控制端；一第五电晶体M5，该第五电晶体M5的第一端连接该第一电晶体 M2的第二端，该第五电晶体M5的第二端接地，该第五电晶体M5的控制端连接该处理单元10的脉波控制端；一第三电晶体M3，该第三电晶体M3的第一端连接该电源，该第三电晶体M3的控制端连接该处理单元10的脉波控制端；一第六电晶体M6，该第六电晶体M6的第一端连接该第一电晶体 M3的第二端，该第六电晶体M6的第二端接地，该第六电晶体M6的控制端连接该处理单元10的脉波控制端。
接着，请参考图6，本发明的无感测器马达***的其中的较佳实施例。其中，该处理单元10的脉波控制端，分别为第一脉波控制端、第二脉波控制端、第三脉波控制端、第四脉波控制端、第五脉波控制端、第六脉波控制端。其中，第一脉波控制端连接至第一电晶体M1的控制端，第二脉波控制端连接至第二电晶体M2的控制端，第三脉波控制端连接至第三电晶体M3的控制端，第四脉波控制端连接至第四电晶体M4的控制端，第五脉波控制端连接至第五电晶体M5的控制端，第六脉波控制端连接至第六电晶体M6的控制端。
请参考图6、图7与图8为本发明的另一较佳实施例：
由图6所示，其中，电流侦测单元60连接第二电晶体M2的第二端与马达单元40的V线圈绕组之间，而电流侦测单元60的输出连接至处理单元10。其中，电压侦测单元50连接处理单元10与马达单元的V线圈绕组之间。本发明不加限定电流侦测单元60于任何一处，亦即，W、U、V线圈绕组都可以。
由图6所示，当第一脉波控制端输出高电压时，且第五脉波控制端也输出高电压时，此时，该第一电晶体M1之控制端与该第五电晶体M5的控制端开启。电流路径path3，为马达运转的电流，由电源端经第一电晶体M1、马达单元40的U线圈绕组、V线圈绕组，并再经由第五电晶体M5流到地端。
相同的参考图 6、图7，当第一脉波控制端输出高电压时，且第六脉波控制端也输出高电压时，此时，该第一电晶体M1的控制端与该第六电晶体M6的控制端开启。电流路径path4，为马达运转的电流，由电源端经第一电晶体M1、马达单元40的U线圈绕组、W线圈绕组，并再经由第六电晶体M6流到地端。
当利用处理单元10的计时器计时，且第一脉波控制端输出高电位时，且第五脉波控制端也输出高电位一段时间后，此时，到了马达必须换相的时间，这时，此时，处理单元10将控制第二电晶体M2与第五电晶体M5的导通比例。接着，将使处理单元10的第二脉波控制端输出脉波宽度调变波至第二电晶体M2的控制端，且处理单元10的第五脉波控制端也输出脉波宽度调变波至第五电晶体M5的控制端，且使处理单元10的第六脉波控制端为高电位，使得第六电晶体M6被开启并接地。实际上，处理单元10将控制第二电晶体M2，且开启第五电晶体M5的导通比例是依据第二脉波控制端与据第五脉波控制端输出脉波宽度调变波，且该第二脉波控制端与据第五脉波控制端输出脉波宽度调变波彼此为互斥讯号。亦即，当第二脉波宽度调变波的讯号为高电位时，第二电晶体M2导通，且第五脉波宽度调变波的讯号为低电位时，第五电晶体M5关闭。当第二脉波宽度调变波的讯号为低电位时，第二电晶体M2关闭，且第五脉波宽度调变波的讯号为高电位时，第五电晶体M5开启，以便让电流能够由负电流变为正电流。
接着，请参考图6、图7，依据第二电晶体M2，且开启第五电晶体M5的导通比例，此时为马达运转的电流路径path5，由电源端经第二电晶体M2、马达单元40的 V线圈绕组、W线圈绕组，并再经由第六电晶体M6流到地端。这时，处理单元10会一直侦测电流侦测单元60里的相电流是否为零(亦即是phase2)，当phase2为零时，电流侦测单元60会输出一停止讯号至处理单元10，处理单元10接收此停止讯号会停止输出脉波宽度调变波至第二电晶体M2的控制端，直到电压侦测单元50感测相的反电动势为零时，该处理单元10依据一启动讯号的开启，而使得该处理单元10再度启动并输出该脉波宽度调变波，直到马达单元40的运转顺利换相。图7后，再控制第一电晶体M1与第四电晶体M2的导通比例而得到最后的换相顺序。如此，马达就可依据不同相的电流侦测单元60与电压侦测单元50而得到正确的换相顺序。
接着，请参考图8，采用本发明的相电流(phase2)、相电压(phase2)、测量A点(第二电晶体M2的控制端)与计算所得的换相讯号。
其中，本发明不加以限定电流侦测单元60与电压侦测单元所组成的电路或IC，任何可以具备此功能的电路或IC，本发明亦可采用之。
接着，请参考图9，其为本发明一种无感测器三相马达驱动方法，提供一处理单元10、一驱动单元30、一电流侦测单元60、一马达单元40与一电压侦测单元50，包含以下的步骤：
S110：该处理单元的脉波控制端依据换相资讯输出多个脉波宽度调变波。
S120：该驱动单元接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号。
S130：该电流侦测单元接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波。
S140：该马达单元接收该驱动讯号而使该马达单元作动。
S150：该电压侦测单元侦测该线圈绕组的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。
所以本发明方式，提出一种马达换相的方式，将以往控制无感测器马达旋转会有震动的方式，适时的控制驱动单元电晶体的导通比例，进而马达的U线圈绕组、W线圈绕组、V线圈绕组的电流方向适时的改变，使得马达的震动行为减少，提升马达的顺畅度。
综合上述，本发明将现有无霍尔元件的马达换相控制***，会发生马达的不顺畅、顿挫等现像，提出利用电流侦测单元去侦测电流的状态，并适当的控制脉波宽度调变波，而使得马达运转顺畅。本发明具有在马达***制造成本低的具体功效，可以突显本发明在降低马达不稳定之优势，故可以达成本发明的目的。
以上所述实施例仅是为充分说明本发明而所举的较佳的实施例，本发明的保护范围不限于此。本技术领域的技术人员在本发明基础上所作的等同替代或变换，均在本发明的保护范围之内。本发明的保护范围以权利要求书为准。

Claims (10)

1.一种无感测器三相马达驱动***，其特征在于，包含：
一处理单元，具有六个脉波控制端，当该处理单元的脉波控制端依据换相资讯而输出多个脉波宽度调变波；
一驱动单元，连接处理单元，接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号；
一电流侦测单元，分别连接该驱动单元与该处理单元，接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波；
一马达单元，连接该电流侦测单元，包括三个线圈绕组，该多个线圈绕组其中之一接收该驱动讯号而使该马达单元作动；及
一电压侦测单元，连接该电流侦测单元，侦测该线圈绕组相的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。
2.依据权利要求1所述的无感测器三相马达驱动***，其特征在于，该多个脉波宽度调变波渐增的责任周期由小至大，责任周期的百分比由0%至100%。
3.依据权利要求1所述的无感测器三相马达驱动***，其特征在于，该多个脉波宽度调变波渐减的的责任周期由大至小，责任周期的百分比由100%至0%。
4.依据权利要求1所述的无感测器三相马达驱动***，其特征在于，该驱动单元包含：
一第一电晶体，该第一电晶体的第一端连接该电源，该第一电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第四电晶体，该第四电晶体的第一端连接该第一电晶体的第二端，该第四电晶体的第二端接地，该第四电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第二电晶体，该第二电晶体的第一端连接该电源，该第二电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第五电晶体，该第五电晶体的第一端连接该第二电晶体的第二端，该第五电晶体的第二端接地，该第五电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第三电晶体，该第三电晶体的第一端连接该电源，该第三电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端；
一第六电晶体，该第六电晶体的第一端连接该第三电晶体的第二端，该第六电晶体的第二端接地，该第六电晶体的控制端连接该处理单元的脉波控制端。
5.依据权利要求4所述的无感测器三相马达驱动***，其特征在于，该第一电晶体的控制端开启时、该第五电晶体的控制端与该第六电晶体的控制端开启时，其该电流侦测单元感测该驱动讯号的电流为顺向，当该马达单元换相时，该第二电晶体的控制端接收该多个脉波宽度调变波、该第一电晶体的控制端与该第六电晶体的控制端为开启状态，其该电流侦测单元感测该驱动讯号的电流为逆向。
6.依据权利要求1所述的无感测器三相马达驱动***，其特征在于，该驱动讯号的电流为顺向变为逆向或逆向变为顺向，且该驱动讯号的电流会产生一零交越点。
7.一种无感测器三相马达驱动方法，其特征在于，提供一处理单元、一驱动单元、一电流侦测单元、一马达单元与一电压侦测单元，包含以下的步骤：
该处理单元的脉波控制端依据换相资讯输出多个脉波宽度调变波；
该驱动单元接收该脉波宽度调变波产生一驱动讯号；
该电流侦测单元接收该驱动讯号并侦测其电流，当该驱动讯号的电流为零时，产生一停止讯号至该处理单元，并使得该处理单元停止输出该脉波宽度调变波；
该马达单元接收该驱动讯号而使该马达单元作动；及
该电压侦测单元侦测该线圈绕组的反电动势为零时，产生一启动讯号至该处理单元，并使得该处理单元启动输出该脉波宽度调变波。
8.依据权利要求 7所述的无感测器三相马达驱动方法，其特征在于，该多个脉波宽度调变波的责任周期由小至大，责任周期的百分比由0%至100%。
9.依据权利要求 7 所述的无感测器三相马达驱动方法，其特征在于，该多个脉波宽度调变波的责任周期由大至小，责任周期的百分比由100%至0%。
10.依据权利要求 7 所述的无感测器三相马达驱动方法，其特征在于，该驱动讯号的电流为顺向变为逆向或逆向变为顺向时，且该驱动讯号的电流会产生一零交越点。
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