CN108400739A - 一种单相马达自适应低噪音软开关电路 - Google Patents

一种单相马达自适应低噪音软开关电路 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种单相马达自适应低噪音软开关电路，包括：编码模块，其产生与预设的转速期间控制字对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS，根据CK1生成360°电角度时长代码CODEHPT，根据CODERPMS对马达的实际转速代码CODERPMS_CAL进行校准，根据校准的CODERPMS_CAL生成360°电角度时长代码CODEnum，根据校准的实际转速代码CODERPMS_CAL和360°电角度时长代码CODEHPT生成软开关起始信号SSws；软开关电角度获取模块，其获取实际PWM调制信号占空比下对应的软开关电角度；软开关PWM调制脉冲产生模块，其根据360°电角度时长代码CODEHPT、360°电角度时长代码CODEnum、软开关起始信号SSws以及软开关电角度生成软关闭PWM调制信号ControlSSWoff_PWM和软开启PWM调制信号ControlSSWoff_PWM。本发明能从根本上解决单相马达在运转过程中存在的振动噪音问题。

Description

一种单相马达自适应低噪音软开关电路
技术领域
本发明涉及单相马达电控领域，具体涉及一种单相马达自适应低噪音软开关电路。
背景技术
常规单相马达驱动电路如图1所示，其驱动原理为：霍尔感应模块1将马达转子磁场动态转换为霍尔信号hallphase，控制电路将hallphase信号处理为正确可靠的H桥驱动信号，H桥驱动信号经过缓冲器2功率放大后，驱动H桥四管PMOS1、PMOS2、NMOS1、NMOS2的开关切换，所产生的输出电流流过马达定子的绕组Lmotor，在产生的磁场作用力下，驱动转子向前转动。当转子转到换相角度时，霍尔感应模块1将会检测到转子磁极发生了转变，相应的霍尔信号hallphase将完成相位切换，控制电路生成的H桥驱动信号也将反向，最终流过马达定子绕组的电流也将改变方向，在相应的磁场作用力下，驱动磁极已经变化后的转子继续向前转动。
传统的单相马达***消除噪音技术是在检测到霍尔信号换相时触发换相消噪电路1动作。然而，由于不可避免地存在电信号的延时，这种架构虽然能部分降低马达噪声，但是无法从根本上消除换相带来的电流毛刺和波动，如图1A所示。而这些电流毛刺和波动的存在，会导致马达转子力矩突变和叠加抵消效应，因此由振动导致的噪音无可避免，同时马达驱动功率也被损耗了一部分。再者，在不同的马达机型或者同一个马达不同的转速下，由于传统消噪技术无法智能化监测转速、负载电流等参量，采用固定的软开关时间将导致无法自适应调节软开关的电角度，在低速运转时候消噪效果出现弱化，在高速运转时候出现功率降低，转速-PWM调制占空比斜率减小，最高转速受限。
发明内容
针对上述现有技术的不足，本发明的目的是提供一种单相马达自适应低噪音软开关电路，以从根本上解决单相马达在运转过程中存在的振动噪音问题。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种单相马达自适应低噪音软开关电路，包括：
编码模块，其设置为产生与预设的转速期间控制字对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS，并根据所述自适应时钟信号CK1生成360°电角度时长代码CODEHPT，同时根据所述转速期间控制字代码CODERPMS对马达的实际转速代码CODERPMS_CAL进行校准，而后根据校准的实际转速代码CODERPMS_CAL生成360°电角度时长代码CODEnum，并根据校准的实际转速代码CODERPMS_CAL和360°电角度时长代码CODEHPT生成软开关起始信号SSws；
软开关电角度获取模块，其设置为获取实际PWM调制信号占空比下对应的软开关电角度；
软开关PWM调制脉冲产生模块，其设置为根据所述360°电角度时长代码CODEHPT、360°电角度时长代码CODEnum、软开关起始信号SSws以及软开关电角度生成软关闭PWM调制信号ControlSSWoff_PWM和软开启PWM调制信号ControlSSWoff_PWM。
进一步地，所述编码模块包括：
控制字存储单元，其设置为存储预设的转速期间控制字；
内部时钟发生器，其设置为产生基频时钟信号CK；
自适应时钟合成器，其与所述控制字存储单元和内部时钟发生器相连，并设置为产生与所述转速期间控制字相对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS；
霍尔信号换相检测单元，其设置为在霍尔信号相位发生转换时输出一换相脉冲信号；
计数单元，其与所述自适应时钟合成器和霍尔信号换相检测单元相连，并设置为在霍尔信号周期内对接收到的自适应时钟信号CK1进行计数，同时将计数结果二进制编码为360°电角度时长代码CODEHPT；
锁存单元，其与所述计数单元相连，以锁存所述360°电角度时长代码CODEHPT；
校准电路，其设置为根据所述转速期间控制字代码CODERPMS与马达的实际转速代码CODERPMS_CAL的比对结果对CODERPMS_CAL进行校准；
软开关起始信号产生电路，其与所述锁存单元和校准电路连接，并设置为在CODEHPT每次加1时计算一次校准后的CODERPMS_CAL除最高位以外的代码与CODEHPT的差值，直到两者的差为0时输出一软开关起始信号SSws；以及
移位锁存器，其与校准电路相连，并设置为对校准后的CODERPMS_CAL执行2*CODERPMS_CAL+1计算，以得到校准的360°电角度时长代码CODEnum。
进一步地，所述软开关电角度获取模块包括：
PWM调速预设最小占空比代码生成单元，其设置为生成PWM调速预设最小占空比代码CODEMIN；
PWM调速最小占空比静态存储器，其设置为存储PWM调速最小占空比代码CODEOTP；
第一除法器，其被除数输入端接所述PWM调速预设最小占空比代码生成单元，除数输入端接所述PWM调速最小占空比静态存储器；
第二除法器，其被除数输入端接所述PWM调速预设最小占空比代码生成单元，除数输入端接所述第一除法器的输出端；
第一减法器，其被减数输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，减数输入端接所述第二除法器的输出端；
PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元，其设置为生成PWM预设最大占空比与最小占空比之差的代码；
第三除法器，其被除数输入端接所述第一减法器的输出端，除数输入端接所述PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元；
PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元，其设置为生成PWM最大占空比对应的电角度和最小占空比对应的电角度之差的代码；
第一乘法器，其第一输入端接所述PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元，第二输入端接所述第三除法器的输出端；
PWM最小占空比对应电角度代码生成单元，其设置为生成PWM最小占空比对应的电角度的代码；
第一加法器，其第一输入端接所述PWM最小占空比对应电角度代码生成单元，第二输入端接所述第一乘法器的输出端；以及
第一存储器，其输入端接所述第一加法器的输出端，以存储所述第一加法器输出的软开关电角度。
进一步地，所述软开关PWM调制脉冲产生模块包括：
同步整流电角度代码生成单元，其设置为生成同步整流电角度代码CODEθoff；
360°电角度代码生成单元，其设置为生成360°电角度代码CODE360；
第四除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数输入端接所述同步整流电角度代码生成单元；
第五除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数输入端接收软关闭电角度；
第六除法器，其被除数输入端接收校准的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第四除法器的输出端；
第七除法器，其被除数输入端接收校准的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第五除法器的输出端；
第二加法器，其第一输入端接所述第六除法器的输出端，第二输入端接所述第七除法器的输出端；
第二减法器，其被减数端接所述第二加法器的输出端，减数端接收所述360°电角度时长代码CODEHPT，以计算得到软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；
第二存储器，其输入端接所述第二减法器的输出端，以存储所述软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；
代码比对计时单元，其第一输入端接收所述360°电角度时长代码CODEHPT，第二输入端接收所述软关闭启动时间点位置代码CODECOMP，使能端接收所述软开关起始信号SSws，其设置为在所述软开关起始信号SSws的触发下比对CODEHPT与CODECOMP，并根据比对结果生成软关闭起始信号STARTTSSWoff和软开启起始信号STARTTSSWon；
第八除法器，其被除数输入端接所述第七除法器的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N；
软关闭PWM占空比步进生成单元，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，第二输入端接第八除法器的输出端，使能端接收所述软关闭起始信号STARTTSSWoff，其设置为在STARTTSSWoff的触发下，输出的软关闭PWM控制信号ControlSSWoff_PWM的占空比减小1/N倍；
第九除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数端接收软开启电角度；
第十除法器，其被除数输入端接收校准后的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第九除法器的输出端；
第十一除法器，其被除数输入端接所述第十除法器的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N，输出端输出的信号为CKDCstepon；
软开启PWM占空比步进生成单元，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，第二输入端接第十一除法器的输出端，使能端接收所述软开启起始信号STARTTSSWon，其设置为在STARTTSSWon的触发下，每经过一次周期信号CKDCstepon的触发，输出的软开启PWM控制信号ControlSSWon_PWM的占空比增大1/N倍。
综上所述，本发明通过二进制数字算法处理，从根本上解决马达在运转过程中存在的振动噪音问题，并解决了现有马达软开关驱动技术难以在不同马达机型上智能匹配的难题，使得高性能马达整机***匹配设计更加的容易。
附图说明
图1为典型单相马达驱动电路的电路原理图；
图1A为采用现有软开关技术时的电压、电流波形示意图；
图2为本发明单相马达自适应低噪音软开关电路的电路原理图；
图3为图2中编码模块的一个实施例的电路原理图；
图4为图2中软开关电角度获取模块的一个实施例的电路原理图；
图5为图2中软开关PWM调制脉冲产生模块的一个实施例的电路原理图；
图6为本发明一个实施例的软开关电角度的曲线图；
图7为根据本发明一个实施例的关键信号时序波形图。
具体实施方式
本发明上述的和/或附加的方面和优点，从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解。
本发明单相马达自适应低噪音软开关电路如图2所示，包括编码模块001、软开关电角度获取模块002和软开关PWM调制脉冲产生模块003。其中，编码模块001用于产生与预设的转速期间控制字对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS，并根据自适应时钟信号CK1生成360°电角度时长代码CODEHPT，同时根据转速期间控制字代码CODERPMS对马达的实际转速代码CODERPMS_CAL进行校准，而后根据校准后的实际转速代码CODERPMS_CAL生成带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum，并根据校准后的实际转速代码CODERPMS_CAL和360°电角度时长代码CODEHPT生成软开关起始信号SSws；软开关电角度获取模块用于获取实际PWM调制信号占空比对应的软开关电角度；软开关PWM调制脉冲产生模块用于根据前述360°电角度时长代码CODEHPT、带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum、软开关起始信号SSws及软开关电角度生成软关闭PWM调制信号ControlSSWoff_PWM和软开启PWM调制信号ControlSSWoff_PWM。
在本发明中，编码模块001的一个实施例如图3所示，包括：控制字存储单元101，其设置为存储预设的转速期间控制字；内部时钟发生器103，其设置为产生基频时钟信号CK；自适应时钟合成器102，其与控制字存储单元101和内部时钟发生器103相连，并设置为生成与转速期间控制字相对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS；霍尔信号换相检测单元105，其设置为检测单相马达驱动电路中霍尔感应模块输出的霍尔信号，并在霍尔信号相位发生转换时输出一换相脉冲信号；计数单元104，其与自适应时钟合成器102和霍尔信号换相检测单元105相连，并设置为在霍尔信号的各周期内对接收到的自适应时钟信号CK1进行计数，同时将计数结果二进制编码为360°电角度时长代码CODEHPT；锁存单元106，其与计数单元104相连，以锁存360°电角度时长代码CODEHPT；校准电路107，其设置为根据转速期间控制字代码CODERPMS与马达的实际转速代码CODERPMS_CAL的比对结果对CODERPMS_CAL进行校准；软开关起始信号产生电路108，其与锁存单元106和校准电路107连接，并设置为在计数单元102的计数值每加1时，计算校准后的CODERPMS_CAL除最高位以外的代码(去除最高位后，剩余代码代表的时长就是总时长的1/2)与CODEHPT的差值，直到两者的差为0时输出一软开关起始信号SSws作为软开关电角度运算的起始点；以及移位锁存器109，其与校准电路107相连，并设置为对校准后的CODERPMS_CAL执行2*CODERPMS_CAL+1计算，以得到带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum。
在图3的实施例中，如前所述，自适应时钟合成器102根据控制字存储单元101中设置的转速期间控制字生成对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS。转速期间控制字是指将宽泛的转速范围分成若干小期间，每个小期间用不同的控制字标记并存储在控制字存储单元101中。内部时钟发生器103输出的CK作为基频信号，在自适应时钟合成器102中经过分频可产生大量分频信号，转速期间控制字作为选通码，用于选通不同分频信号，重新得到新的信号CK1，例如，转速期间控制字为000对应得到的CK1时钟周期为153.6微妙，转速期间控制字为011对应得到的CK1时钟周期为19.2微妙，转速期间控制字为100对应得到的CK1时钟周期为9.6微妙，转速期间控制字为110对应得到的CK1时钟周期为2.4微妙。此处生成自适应时钟信号CK1，是为了后续获得相对稳定的软开关电角度和固定的360°电角度时长代码CODEHPT。
校准电路107用于对转速期间控制字代码CODERPMS和实际转速代码CODERPMS_CAL进行比对，通常对两者最高四位进行循环对比，如一致，表示两者匹配，如有需要，也可将低位的累积进位逻辑带入对比计算，对代码数值进行去余数和进位操作，比如，转速期间控制字代码CODERPMS为11000000，实际转速代码CODERPMS_CAL为10111111，通过将低位的累积进位逻辑运算后将实际转速代码CODERPMS_CAL增补为11000000，则认为代码CODERPMS和CODERPMS_CAL是匹配的，无需校正。若代码CODERPMS和CODERPMS_CAL不匹配，则校准电路107进一步判断代码CODERPMS和CODERPMS_CAL的大小，若代码CODERPMS大于CODERPMS_CAL，对CODERPMS_CAL执行加运算；若代码CODERPMS小于CODERPMS_CAL，对CODERPMS_CAL执行减运算，加减量多少是由两者高四位差值决定的，最后的加减结果是CODERPMS和CODERPMS_CAL在进位/余除后，高四位相等。这样处理的原理是：CODERPMS作为根据查表预生成的代码，可能和实际转速不吻合，特别是在马达刚启动、转速还没有达到预定转速期间前的过渡期，作为控制管理电路，本发明中的软开关算法就要处理这种情况。CODERPMS_CAL是在CODERPMS的基础上进行调整，原因是CODERPMS是调整的转速目标范围，在实际使用中，外部输入带占空比信息的PWM马达驱动信号，但是根据使用需求，希望转速在占空比由小到大变化过程中，处于一个区间范围内，电路通过校正转速代码，相应的调整了软开关时长，即调节了软开关电角度，使得马达转速增加或者减小直至进入预设区间。霍尔信号换相检测单元105在霍尔信号相位发生转换时刻输出高电平脉冲，对校准电路107进行复位。
在本发明中，软开关电角度获取模块002的一个实施例如图4所示，包括：PWM调速预设最小占空比代码生成单元201，其设置为生成PWM调速预设最小占空比代码CODEMIN；PWM调速最小占空比静态存储器202，其设置为存储***输入的PWM调速最小占空比代码CODEOTP；第一除法器207，其被除数输入端接PWM调速预设最小占空比代码生成单元201，除数输入端接PWM调速最小占空比静态存储器202；第二除法器208，其被除数输入端接PWM调速预设最小占空比代码生成单元201，除数输入端接第一除法器207的输出端；第一减法器209，其被减数输入端接收实际PWM调制信号占空比代码CODEDC，减数输入端接第二除法器208的输出端；PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元，其设置为生成PWM预设最大占空比与最小占空比之差的代码CODEMAXΔDC；第三除法器210，其被除数输入端接第一减法器209的输出端，除数输入端接PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元204；PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元204，其设置为生成PWM最大占空比对应的电角度和PWM最小占空比对应的电角度之差的代码(Max-Min)θSSW；第一乘法器211，其第一输入端接PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元206，第二输入端接第三除法器210的输出端；PWM最小占空比对应电角度代码生成单元205，其设置为生成PWM最小占空比对应的电角度的代码MinθSSW；第一加法器212，其第一输入端接PWM最小占空比对应电角度代码生成单元205，第二输入端接第一乘法器211的输出端；以及第一存储器213，其输入端接第一加法器212的输出端，以存储第一加法器212输出的值作为软开关电角度θSSW。
在软开关电角度获取模块002中，PWM调速预设最小占空比代码生成单元201所产生的代码CODEMIN对PWM调速最小占空比静态存储器202输出的代码CODEOTP连续两次相除求商，输出一代码为CODEDClow。这样操作的原理是：比如客户要得到5％占空比对应的代码，途径有两条，一条是进行查表，每个占空比表内都有代码相对应，但这种方式覆盖面小，灵活性差，显然很不合适；另一条就是通过此处的算法实现，例如预先设定一个12.5％占空比的代码CODEMIN，这个代码可能不是客户想要的设置，客户可以输入需要的CODEOTP存储到PWM调速最小占空比静态存储器202，然后使CODEMIM两次相除CODEOTP，其结果就是客户需要的占空比代码CODEDClow。
实际PWM调制信号占空比代码CODEDC减去CODEDClow，生成代码CODEΔDC，代码CODEΔDC作为被除数，经过除法器210，除以一PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元204生成的代码CODEMAXΔDC，商数为代码CODEΔ。代码CODEΔ作为PWM占空比一定数值下的比率系数(此比率系数代表了实时监测到的PWM信号占空比在预设最大最小占空比期间所占的比重，如公式所示)，在乘法器211中，乘以PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元206所生成的相对最大电角度差值代码(Max-Min)θSSW，所得乘积就是相对电角度ΔθSSW，最后加上PWM最小占空比对应的电角度代码MinθSSW，所得结果即为实时PWM占空比下软开关的电角度θSSW，结果保存在第一存储器213中。
本发明软开关电角度获取模块002的实现原理如下：PWM占空比为CODEDC时的电角度增加量ΔθSSW为：
转化为代码化公式：
PWM占空比为CODEDC时的软开关电角度θSSW为：
θSSW＝MinθSSW+ΔθSSW
特别地，为了尽量减小马达换相时的电流波动引起的噪音，根据关闭、开启时刻具有不同的电流特性，软开关所包含的动作包括软关闭和软开启两部分，对应的软开关参数有关闭电角度θSSWoff和开启电角度θSSWon两部分。本发明软开关电角度获取模块002中的计算方法是对软关闭电角度和软开启电角度大小的通用计算算法，同时适用于计算软关闭电角度θSSWoff和软开启电角度θSSWon两部分，二者的计算是在不同的时间进行，不同之处还在于PWM调速最小占空比静态存储器中的预设值是不同的，关闭电角度θSSWoff和开启电角度θSSWon对应的电角度预设值如图6曲线所示。
进一步的，由于转速-PWM占空比曲线的特定化，总的软开关电角度应该保证为一确定值，但软关闭电角度θSSWoff和软开启电角度θSSWon两部分是可调节的。二者可以根据马达转子转动的频率特性进行优化。比如软关闭电角度θSSWoff以负斜率调节，软开启电角度θSSWon以正斜率调节。在一实例中，总的软换相电角度取69°，软关闭电角度θSSWoff在实时PWM信号占空比为12.5％时为45°，然后线性变化到占空比为100％时的24°。软开启电角度θSSWon在实时PWM信号占空比为12.5％时为24°，然后线性变化到占空比为100％时的45°，任一占空比下二者相加为一常数，以此用于优化低转速下的换相噪音和高转速下的换相效率。
在本发明中，软开关PWM调制脉冲产生模块003如图5所示，包括：同步整流电角度代码生成单元301，其设置为生成同步整流电角度代码CODEθoff；360°电角度代码生成单元302，其设置为生成360°电角度代码CODE360；第四除法器303，其被除数输入端接360°电角度代码生成单元302，除数输入端接同步整流电角度代码生成单元301；第五除法器304，其被除数输入端接360°电角度代码生成单元302，除数输入端接收软开关电角度获取模块输出的软关闭电角度θSSWoff；第六除法器305，其被除数输入端接收校准后的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接第四除法器303的输出端；第七除法器306，其被除数输入端接收校准后的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接第五除法器304的输出端；第二加法器307，其第一输入端接第六除法器305的输出端，第二输入端接第七除法器306的输出端；第二减法器309，其被减数端接第二加法器307的输出端，减数端接收360°电角度时长代码CODEHPT，以计算得到软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；第二存储器310，其输入端接第二减法器309的输出端，以存储软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；代码比对计时单元311，其第一输入端接收360°电角度时长代码CODEHPT，第二输入端接收软关闭启动时间点位置代码CODECOMP，使能端接收软开关起始信号SSws，其设置为在软开关起始信号SSws的触发下比对CODEHPT与CODECOMP，并根据比对结果生成软关闭起始信号STARTTSSWoff和软开启起始信号STARTTSSWon；第八除法器308，其被除数输入端接第七除法器306的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N；软关闭PWM占空比步进生成单元312，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码CODEDC，第二输入端接第八除法器308的输出端，使能端接收软关闭起始信号STARTTSSWoff，其设置为在STARTTSSWoff的触发下，采用脉宽调制递减技术输出软关闭PWM控制信号ControlSSWoff_PWM；第九除法器312，其被除数输入端接360°电角度代码生成单元302，除数端接收软开关电角度获取模块输出的软开启电角度θSSWon；第十除法器313，其被除数输入端接收校准后的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接第九除法器312的输出端；第十一除法器314，其被除数输入端接第十除法器313的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N；软开启PWM占空比步进生成单元315，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码CODEDC，第二输入端接第十一除法器314的输出端，使能端接收软开启起始信号STARTTSSWon，其设置为在STARTTSSWon的触发下，采用脉宽调制递增技术输出软开启PWM控制信号ControlSSWoff_PWM。
在软开关PWM调制脉冲产生模块003中，360°电角度代码生成单元302输出代码CODE360°除以软关闭电角度θSSWoff，结果作为除法器306的除数，编码模块001输出的代码CODEnum作为除法器306的被除数，所得商数为代码CODET_SSWoff，用于表示软关闭电角度θSSWoff对应时长的编码。
在马达控制中，为了提高马达效率，减小对外部电子***的传导干扰，降低马达转动噪音，我们需要加入马达驱动同步整流。一般的，在转子换相时刻，可采取零电流切换(ZCT)的H桥驱动切换策略和零电压切换(ZVT)的H桥驱动切换策略。在本发明中，在同步整流期间，关闭桥式驱动结构的上管(HS MOSFET)的同时，打开桥式驱动结构的下管(LSMOSFET)，直到转子线圈电感所储存的能量完全通过LS MOSFET释放掉。本发明采用ZVT采样电路，提取马达转子的ZVT时间点，通过将此信号与霍尔相位的比较，得出同步整流电角度，并编码为CODEθoff。
360°电角度代码生成单元电路302输出代码CODE360°除以同步整流电角度代码CODEθoff，结果作为除法器305的除数，编码模块001输出的代码CODEnum作为除法器305的被除数，所得商数为代码CODET_off，用于表示同步整流电角度θoff对应时长的编码。
加法器307将代码CODET_SSWoff和CODET_off相加，得到总的关闭电角度对应的时长编码。
减法器309，将编码模块001的输出代码CODEHPT减去总的关闭电角度对应的时长编码，所得结果CODECOMP保持在存储器310中，并作为代码比对计时单元311的输入代码之一。代码CODEHPT作为代码比对计时单元311的另一输入代码，在编码模块001输出的软开关起始信号SSws的使能触发下，代码比对计时单元311对存储器310保存结果和代码CODEHPT进行比对(比对时钟为CK1)，如果CODEHPT>CODECOMP，代码比对计时单元311进行CODEHPT-1计算，直到CODEHPT<CODECOMP，代码比对计时单元311代码对比工作结束，给出软关闭起始信号STARTTSSWoff。而后代码比对计时单元311继续进行CODEHPT-1计算(计算时钟为CK1)，直到CODEHPT＝0，代码比对计时单元311的递减计时工作结束，输出软开启起始信号STARTTSSWon。代码比对计时单元311的理论是，代码CODEHPT和代码CODECOMP数值对应各自代表的电角度量，通过CK1时钟触发运算后，就能在时域上映射出对应时长数值，两者相减后为零的点就是软关闭起始点，剩余的时长数值就是软关闭时长。
软关闭电角度θSSWoff加上同步整流电角度θoff，总软关闭的启动时域时间点位置代码CODECOMP算法如下：
第八除法器根据软关闭电角度时长代码在自适应时钟合器102所生成的自适应时钟CK1作用下，生成一周期信号CKDCstepoff，其周期为CK1的倍，N是软开关中PWM占空比的台阶数目，可以根据需求设置不同的数值。软关闭PWM占空比步进生成单元312在信号STARTTSSWoff的使能触发下，用于合成并输出PWM信号，其原理是将与占空比代码CODEDC同样位数的时钟信号进行组合，生成所需占空比的输出PWM信号。比如8位的占空比代码CODEDC，将有8路频率脉冲信号作为选择源，在CODEDC的选通控制下将选通的脉冲信号进行逻辑组合，生成PWM信号输出。一般情况下，8路频率脉冲信号是由基频多级1/2分频得到，最后组合完成的PWM信号频率由分频级数最高的脉冲信号(2-8)频率决定；通常，可以将软开关PWM调制占空比分8个台阶，这在电路复杂性和静噪性能是个较好的折中，电路实现上，只需要将CODEDC向右进行移位操作就可以实现输出信号占空比的阶变。在此基础上，每经过一次周期信号CKDCstepoff的触发，在软关闭时间内，输出PWM信号占空比按比例减小1/N倍(输出PWM信号初始占空比为CODEDC选通的脉冲信号的占空比)，输出控制马达软关闭所需要的PWM占空比递减控制时序逻辑信号ControlSSWoff_PWM。
360°电角度代码生成单元302输出代码CODE360°除以软开启电角度θSSWon，结果作为除法器313的除数，编码模块001的输出代码CODEnum作为除法器313的被除数，所得商数为代码CODET_SSWon，用于表示软开启电角度θSSWon对应的时长编码。
第十一除法器314根据软打开时长代码在自适应时钟合成器102所生成的自适应时钟CK1作用下，生成一周期信号CKDCstepon,其周期为CK1的倍，N是软开关中PWM占空比的台阶数目，可以根据需求设置不同的数值，最后软开启PWM占空比步进生成单元315在信号STARTTSSWon的使能触发下，每经过一次周期信号CKDCstepon的触发，输出PWM信号占空比按比例增大1/N倍(输出PWM信号初始占空比为CODEDC选通的脉冲信号的占空比)，输出控制马达软开启所需要的PWM占空比递增控制时序逻辑信号ControlSSWon_PWM。
如前阐述，本发明中的软开启PWM占空比步进步长CKDCstepon计算公式如下:
本发明生成的ControlSSWoff_PWM信号和ControlSSWon_PWM信号是带PWM调制的单相马达H桥式驱动信号。在软开关阶段，首先通过PWM占空比步进步长CKDCstepoff信号的作用，驱动信号携带的PWM调制信号占空比按比例步进减小，实现H桥的一端上管导通平均电流逐渐减小，最后降为零电流，通过步进降低PWM占空比，实现了软关闭功能；第二步是通过PWM占空比步进步长CKDCstepon信号的作用，驱动信号携带的PWM调制信号占空比按比例步进增大，实现H桥的另一端上管导通平均电流逐渐增大，最后增大到正常驱动所需的输出电流数值，对应的PWM占空比也增大到输入PWM占空比，此过程实现了软开启功能。因为软关闭和软开启都是通过调制H桥式功率输出管的导通时间比例，进而转化为控制H桥式功率管的导通电流，使得马达电流得到平滑过渡；通过设定一个固定的软开关电角度，使得马达在不同的输出转速下，软开关时间同转子霍尔周期按比例增加或减小，这样进一步优化了马达的静音技术适应范围。同时，软关闭和软开启得到分时处理，通过本发明中所阐述的算法，软关闭提前于霍尔换相点就开始动作，进一步优化了换相时候的电流波动。
图7中，波形“OUT1H-bridge”是马达桥式驱动第一个输出端输出电压波形，电压波形从低电平过渡到高电平过程是通过与第一个输出端相连接的桥式上管PWM调制软开启实现的；波形“OUT2H-bridge”是马达桥式驱动第二个输出端输出电压波形，电压波形从低电平过渡到高电平过程是通过与第二个输出端相连接的桥式上管PWM调制软开启实现的，电压波形从高电平过渡到低电平过程是通过与第二个输出端相连接的桥式上管PWM调制软关闭实现的；“SSWS”信号是软关闭运算起始信号，在霍尔信号高电平1/2处(稳态，校准量为0时)，输出一个高窄脉冲；“ΔθSSW”波形是软开关相对电角度量的计算输出代码输出波形示意图；“θSSW”波形是软开关对电角度量的计算输出代码输出波形示意图；“CODEHPT”波形是霍尔周期时长计数代码输出波形示意图；“CODECOMP”波形是用于产生软关闭起始时刻的比对代码；“STARTTSSWoff/on”波形是用于触发软关闭和软开启的窄脉冲电压信号波形；“NumSSWoff_PWM”波形是用于产生软关闭、软开启过程PWM占空比代码的波形示意图，在软开关期间，“NumSSWoff_PWM”代码数值有8个台阶是递减、递增变化。
以上所述仅是本发明的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (4)

1.一种单相马达自适应低噪音软开关电路，其特征在于，包括：
编码模块，其设置为产生与预设的转速期间控制字对应的自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS，并根据所述自适应时钟信号CK1生成360°电角度时长代码CODEHPT，同时根据所述转速期间控制字代码CODERPMS对马达的实际转速代码CODERPMS_CAL进行校准，而后根据校准后的实际转速代码CODERPMS_CAL生成带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum，并根据校准后的实际转速代码CODERPMS_CAL和360°电角度时长代码CODEHPT生成软开关起始信号SSws；
软开关电角度获取模块，其设置为获取实际PWM调制信号占空比对应的软开关电角度；
软开关PWM调制脉冲产生模块，其设置为根据所述360°电角度时长代码CODEHPT、带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum、软开关起始信号SSws以及软开关电角度生成软关闭PWM调制信号ControlSSWoff_PWM和软开启PWM调制信号ControlSSWoff_PWM。
2.根据权利要求1所述的单相马达自适应低噪音软开关电路，其特征在于，所述编码模块包括：
控制字存储单元，其设置为存储预设的转速期间控制字；
内部时钟发生器，其设置为产生基频时钟信号CK；
自适应时钟合成器，其与所述控制字存储单元和内部时钟发生器相连，并设置为产生与所述转速期间控制字相对应的所述自适应时钟信号CK1和转速期间控制字代码CODERPMS；
霍尔信号换相检测单元，其设置为在检测到霍尔信号相位发生转换时输出一换相脉冲信号；
计数单元，其与所述自适应时钟合成器和霍尔信号换相检测单元相连，并设置为在霍尔信号的周期内对接收到的自适应时钟信号CK1进行计数，同时将计数结果二进制编码为360°电角度时长代码CODEHPT；
锁存单元，其与所述计数单元相连，以锁存所述360°电角度时长代码CODEHPT；
校准电路，其设置为根据所述转速期间控制字代码CODERPMS与马达的实际转速代码CODERPMS_CAL的比对结果对CODERPMS_CAL进行校准；
软开关起始信号产生电路，其与所述锁存单元和校准电路连接，并设置为在CODEHPT每加1时计算一次校准后的CODERPMS_CAL除最高位以外的代码与CODEHPT的差值，直到差值为0时输出一软开关起始信号SSws；以及
移位锁存器，其与校准电路相连，并设置为对校准后的CODERPMS_CAL执行2*CODERPMS_CAL+1计算，以得到带校准信息的360°电角度时长代码CODEnum。
3.根据权利要求1所述的单相马达自适应低噪音软开关电路，其特征在于，所述软开关电角度获取模块包括：
PWM调速预设最小占空比代码生成单元，其设置为生成PWM调速预设最小占空比代码CODEMIN；
PWM调速最小占空比静态存储器，其设置为存储PWM调速最小占空比代码CODEOTP；
第一除法器，其被除数输入端接所述PWM调速预设最小占空比代码生成单元，除数输入端接所述PWM调速最小占空比静态存储器；
第二除法器，其被除数输入端接所述PWM调速预设最小占空比代码生成单元，除数输入端接所述第一除法器的输出端；
第一减法器，其被减数输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，减数输入端接所述第二除法器的输出端；
PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元，其设置为生成PWM预设最大占空比与最小占空比之差的代码；
第三除法器，其被除数输入端接所述第一减法器的输出端，除数输入端接所述PWM预设最大与最小占空比差额代码生成单元；
PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元，其设置为生成PWM最大占空比对应的电角度和PWM最小占空比对应的电角度之差的代码；
第一乘法器，其第一输入端接所述PWM最大和最小占空比对应电角度差额代码生成单元，第二输入端接所述第三除法器的输出端；
PWM最小占空比对应电角度代码生成单元，其设置为生成PWM最小占空比对应的电角度的代码；
第一加法器，其第一输入端接所述PWM最小占空比对应电角度代码生成单元，第二输入端接所述第一乘法器的输出端；以及
第一存储器，其输入端接所述第一加法器的输出端，以存储所述第一加法器输出的值作为软开关电角度。
4.根据权利要求1所述的单相马达自适应低噪音软开关电路，其特征在于，所述软开关PWM调制脉冲产生模块包括：
同步整流电角度代码生成单元，其设置为生成同步整流电角度代码CODEθoff；
360°电角度代码生成单元，其设置为生成360°电角度代码CODE360；
第四除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数输入端接所述同步整流电角度代码生成单元；
第五除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数输入端接收软关闭电角度；
第六除法器，其被除数输入端接收校准的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第四除法器的输出端；
第七除法器，其被除数输入端接收校准的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第五除法器的输出端；
第二加法器，其第一输入端接所述第六除法器的输出端，第二输入端接所述第七除法器的输出端；
第二减法器，其被减数端接所述第二加法器的输出端，减数端接收所述360°电角度时长代码CODEHPT，以计算得到软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；
第二存储器，其输入端接所述第二减法器的输出端，以存储所述软关闭启动时间点位置代码CODECOMP；
代码比对计时单元，其第一输入端接收所述360°电角度时长代码CODEHPT，第二输入端接收所述软关闭启动时间点位置代码CODECOMP，使能端接收所述软开关起始信号SSws，其设置为在所述软开关起始信号SSws的触发下根据CODEHPT与CODECOMP生成软关闭起始信号STARTTSSWoff和软开启起始信号STARTTSSWon；
第八除法器，其被除数输入端接所述第七除法器的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N，输出端输出的信号为CKDCstepoff；
软关闭PWM占空比步进生成单元，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，第二输入端接第八除法器的输出端，使能端接收所述软关闭起始信号STARTTSSWoff，其设置为在STARTTSSWoff的触发下，每经过一次周期信号CKDCstepoff的触发，输出的软关闭PWM控制信号ControlSSWoff_PWM的占空比减小1/N倍；
第九除法器，其被除数输入端接所述360°电角度代码生成单元，除数端接收软开启电角度；
第十除法器，其被除数输入端接收校准后的360°电角度时长代码CODEnum，除数输入端接所述第九除法器的输出端；
第十一除法器，其被除数输入端接所述第十除法器的输出端，除数输入端接收预设的PWM占空比台阶数N，输出端输出的信号为CKDCstepon；
软开启PWM占空比步进生成单元，其第一输入端接收实际PWM调制信号占空比代码，第二输入端接第十一除法器的输出端，使能端接收所述软开启起始信号STARTTSSWon，其设置为在STARTTSSWon的触发下，每经过一次周期信号CKDCstepon的触发，输出的软开启PWM控制信号ControlSSWon_PWM的占空比增大1/N倍。
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