CN112448623B - 马达驱动电路及方法 - Google Patents

Abstract

本申请涉及马达驱动电路及方法。该马达驱动电路包括多个反相器电路、驱动信号查表模块、驱动信号产生部、工作周期命令侦测器及保护控制电路。多个反相器电路，各包括上桥开关及下桥开关。驱动信号查表模块对输入驱动信号进行查表，以产生驱动波形图样信号，同时输出正周期指示信号。驱动信号产生部响应于驱动波形图样信号以于每一相产生经脉冲调变的控制脉冲信号，以控制反相器电路的导通状态。工作周期命令侦测器在输入驱动信号对应的工作周期变化超过预定变化量时，产生第一保护启动信号。保护控制电路接收正周期指示信号，且在接收到第一保护启动信号时，于正周期区间输出强制关断信号以控制该些反相器电路的其中一相的下桥开关关断。

Description

马达驱动电路及方法

技术领域

本发明涉及一种马达驱动电路及方法，特别是涉及一种防止输出周期快速变化时产生逆电流的马达驱动电路及方法。

背景技术

于无刷直流马达等不具有由电刷形成的换向机构的马达中，必须根据转子的位置而切换供给至线圈的电流的方向。该无刷直流马达的驱动方式大体上分为如下两种方式，即：利用自霍尔组件获得的转子的位置信息的方式；及不利用霍尔组件，而根据产生于线圈的反电动势(感应电压)的零交叉点来推测转子的位置的无传感器方式。

现有的直流马达驱动方式可分为六步方波驱动法及弦波脉波宽度调变法，此两种不同的驱动方式各有优缺点。弦波脉波宽度调变驱动法类似交流马达，系在定子端输入三相正弦波电流，产生一组旋转磁场带动转子旋转，使用弦波脉波宽度调变驱动法来驱动无刷直流马达可获得较小的转矩涟波，但需要较高分辨率的位置传感器来产生正确的正弦波信号。而六步方波驱动法具有低切换损失，且不须精确的转子位置回授等优点，但其转矩涟波较大。

其次，在进行马达转速控制时，主要是利用脉波宽度调变技术，亦即，产生脉波宽度调变信号控制晶体管开关，脉波宽度调变信号的工作周期与给予马达的平均电压成正比，故可进而控制马达的转速。脉波宽度调变信号控制晶体管开关有许多不同的方式，例如可轮流或同时控制上桥晶体管开关及下桥晶体管开关。

然而，当控制马达转速下降，马达转子因惯性仍处在高速运转状态时产生的反电动势，将会产生逆电流，此已生成的逆电流，将在正周期下，且下桥晶体管开关反复导通及关断时，逆电流将回流至电源端，将会使电压源电位升高，而使组件损坏。

故，急需一种能够防止输出周期快速变化时产生逆电流的马达驱动电路及方法。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种能够防止输出周期快速变化时产生逆电流的马达驱动电路及方法。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的其中一技术方案是，提供一种马达驱动电路，用于驱动一马达，所述马达驱动电路包括：多个反相器电路，分别连接于所述马达的多个相电路，各包括一上桥开关及一下桥开关；一驱动信号查表模块，用于对一输入驱动信号进行查表，以产生一驱动波形图样信号，同时输出一正周期指示信号，系用于指示与所述输入驱动信号的一正周期区间；一驱动信号产生部，响应于所述驱动波形图样信号，经配置以于每一相产生经脉冲调变之一控制脉冲信号，以控制多个所述反相器电路的导通状态；一工作周期命令侦测器，经配置以在所述输入驱动信号对应的工作周期变化超过一预定变化量时，产生一第一保护启动信号；以及一保护控制电路，经配置以接收所述正周期指示信号，且在接收到所述第一保护启动信号时，于所述正周期区间输出一强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

优选地，所述马达驱动电路还包括一逆电流侦测电路，设置在多个所述反相器与所述马达的多个所述相电路之间，所述逆电流侦测电路经配置以在侦测到逆电流产生时，输出一第二保护启动信号，其中所述保护控制电路还经配置以在接收到所述第二保护启动信号时，于所述正周期区间输出所述强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

优选地，所述逆电流侦测电路还包括一第一比较器，经配置以将所述逆电流与一参考电流比较，若所述逆电流大于所述参考电流，则输出所述第二保护启动信号。

优选地，所述保护控制电路包括一计数器，经配置以在产生所述强制关断信号时开始计时，于一预定时间后停止输出所述强制关断信号。

优选地，所述驱动信号产生部包括：一正弦波调变器，用以接收所述驱动波形图样信号以产生一正弦波调变信号；一三角波产生器，用以产生一三角波信号；以及一第二比较器，用以接收所述正弦波调变信号及所述三角波信号并进行比较运算，以产生所述控制脉冲信号。

优选地，所述驱动信号产生部还包括一切换电路及一方波驱动电路，所述切换电路经配置以在接收到所述第一保护信号时，将所述驱动信号产生部的输出端由所述比较器的输出端切换至所述方波驱动电路，所述方波驱动电路依据所述输入驱动信号产生对应所述马达的多个所述相电路的多个方波驱动信号以控制多个所述相电路的导通状态。

为了解决上述的技术问题，本发明所采用的另外一技术方案是，提供一种马达驱动方法，包括下列步骤：配置一驱动信号查表模块，对一输入驱动信号进行查表，以产生一驱动波形图样信号，同时输出一正周期指示信号，用于指示与所述输入驱动信号的一正周期区间；配置一驱动信号产生部，响应于一输入驱动信号，于每一相产生经脉冲调变之一控制脉冲信号，以控制多个反相器电路的导通状态，其中多个所述反相器电路分别连接于一马达的多个相电路，各包括一上桥开关及一下桥开关；配置一工作周期命令侦测器在所述输入驱动信号对应的工作周期变化超过一预定变化量时，产生一第一保护启动信号；以及配置一保护控制电路接收所述正周期指示信号，且在接收到所述第一保护启动信号时，于所述正周期区间输出一强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

优选地，所述马达驱动方法还包括配置一逆电流侦测电路，以在侦测到多个所述反相器与所述马达的多个所述相电路之间产生逆电流时，输出一第二保护启动信号；以及配置所述保护控制电路以在接收到所述第二保护启动信号时，于所述正周期区间输出所述强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

优选地，所述马达驱动方法还包括配置所述逆电流侦测电路的一第一比较器，以将所述逆电流与一参考电流比较，若所述逆电流大于所述参考电流，则输出所述第二保护启动信号。

优选地，所述马达驱动方法还包括配置所述保护控制电路的一计数器，以在产生所述强制关断信号时开始计时，并于一预定时间后停止输出所述强制关断信号。

优选地，所述马达驱动方法还包括：配置所述驱动信号产生部的一正弦波调变器以接收所述驱动波形图样信号并产生一正弦波调变信号；配置所述驱动信号产生部的一三角波产生器以产生一三角波信号；以及配置一第二比较器以接收所述正弦波调变信号及所述三角波信号并进行比较运算，以产生所述控制脉冲信号。

优选地，所述马达驱动方法还包括配置所述驱动信号产生部的一切换电路以在接收到所述第一保护信号时，将所述驱动信号产生部的输出端由所述比较器的输出端切换至所述驱动信号产生部的一方波驱动电路；以及配置所述方波驱动电路依据所述输入驱动信号产生对应所述马达的多个所述相电路的多个方波驱动信号以控制多个所述相电路的导通状态。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达驱动电路及方法，当快速切换输出周期或输入命令时，可防止逆电流产生，还可调整保护机制触发的条件，在反电动势较大的应用中，将触发条件门槛降低，反之，可调高门槛，以增加适用性。

此外，本发明所提供的马达驱动电路及方法，可进一步调整触发后持续保护的时间，通过适当选择触发条件，在反电动势较大的应用中，将触发持续保护的时间增加，反之，可减少时间，以增加适用性。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例的马达驱动电路的电路架构图。

图2为马达及反向器电路的电路架构图。

图3为本发明实施例的马达驱动电路的另一电路架构图。

图4为本发明实施例的马达驱动电路的信号时序图。

图5为六步方波控制切换示意图。

图6为本发明实施例的马达驱动方法的流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“马达驱动电路及方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

图1为本发明实施例的马达驱动电路的电路架构图。参阅图1所示，本发明实施例提供一种马达驱动电路1，用于驱动马达11，马达驱动电路1包括多个反相器电路10、驱动信号产生部12、驱动信号查表模块14、工作周期命令侦测器16及保护控制电路18。

图2为马达及反向器电路的电路架构图。参阅图2所示，反相器电路10u、10v及10w，分别连接于马达的多个相电路U、V、W，各包括上桥开关M1、M2、M3及下桥开关M4、M5、M6。驱动信号产生部12接收输入驱动信号，以分别输出控制脉冲信号UH、UL、VH、VL、WH、WL来控制反向器电路18内的各个开关单元的导通或截止状态。

一般而言，马达11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的电路架构可知，反向器电路10包括上桥开关M1、M2、M3及下桥开关M4、M5、M6，当上桥开关M1与下桥开关M5开启时，此时马达运转的电流，由电源端经晶体管M1、马达12的U线圈绕组、V线圈绕组，并再经由晶体管M5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线圈绕组，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线圈绕组，换向电流由V线圈绕组流向W线圈绕组，再由V线圈绕组流向U线圈绕组，V线圈绕组流向W线圈绕组。接着，其他的换相持续的控制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。

驱动信号查表模块14，用于对输入驱动信号IN进行查表，以产生一驱动波形图样信号IN’，同时输出一正周期指示信号，用于指示与该输入驱动信号的正周期区间。驱动信号查表模块14可为数据库、缓存器、内存或其他具有储存功能的组件，在此仅举例说明，本发明不以此为限。

详细而言，输入信号IN可包括来自转子位置侦测器(例如霍尔传感器)或利用反电动势侦测机制所得到的换相信号。另一方面，驱动信号查表模块14可用于针对输入信号IN查询已建置好的驱动波形图样数据，例如，一般以三次谐波波形(third-order harmonics)或弦波，以产生驱动波形图像信号IN’来驱动马达，并且，此驱动波形图样信号IN’会依据输入信号IN，例如，由上述转子位置侦测器或利用反电动势侦测机制所得到的换相信号依序送出对应的波形图样。

进一步，驱动信号产生部12，响应于驱动波形图样信号IN’，经配置以于每一相产生经脉冲调变的控制脉冲信号UH、UL、VH、VL、WH、WL，以控制该些反相器电路10u、10v及10w的导通状态。

工作周期命令侦测器16，经配置以在输入驱动信号对应的工作周期变化超过预定变化量时，产生第一保护启动信号。举例而言，当输入驱动信号控制马达11转速下降，马达11的转子因惯性而持续处于高速运转状态时产生的反电动势，将会产生逆电流，此已生成的逆电流，将在正周期下，且下桥晶体管开关反复导通及关断时，逆电流将回流至电源端，将会使电压源电位升高，而使组件损坏。

保护控制电路18经配置以接收正周期指示信号，且在接收到第一保护启动信号时，于正周期区间输出强制关断信号以控制反相器电路，例如反相器电路10u的下桥开关M4关断，进而避免产生逆电流，可避免组件损坏。

图3为本发明实施例的马达驱动电路的另一电路架构图。详细而言，马达驱动电路1可包括逆电流侦测电路13，设置在反相器电路10与马达11的相电路之间，经配置以在侦测到逆电流产生时，输出第二保护启动信号，其中，保护控制电路18还经配置以在接收到第二保护启动信号时，于正周期区间输出强制关断信号以控制反相器电路10的其中一相的下桥开关关断。

在本实施例中，逆电流侦测电路13还包括第一比较器CP1，经配置以将反相器电路10与马达11的相电路之间的电流Iv、Iu及Iw与参考电流IREF比较，若电流Iv、Iu及Iw大于参考电流IREF，则输出第二保护启动信号。

在本实施例中，保护控制电路18包括计数器180，经配置以在产生强制关断信号时开始计时，于预定时间T1后停止输出强制关断信号。

此外，驱动信号产生部12还包括正弦波调变器120、三角波产生器122及第二比较器CP2。正弦波调变器120用以接收来自驱动信号查表模块14产生的驱动波形图样信号IN’，以产生正弦波调变信号HS，三角波产生器122用以产生三角波信号TS，第二比较器CP2用以接收正弦波调变信号HS及三角波信号TS并进行比较运算，以产生控制脉冲信号Pu/Pv/Pw。

请参阅图4，为本发明实施例的马达驱动电路的信号时序图。在时间区间Ta中，正弦波调变器120用以接收来自驱动信号查表模块14产生的驱动波形图样信号IN’以产生正弦波调变信号HS，三角波产生器122用以产生三角波信号TS，第二比较器CP2用以接收正弦波调变信号HS及三角波信号TS并进行比较运算，以产生控制脉冲信号Pu/Pv/Pw，控制脉冲信号Pu/Pv/Pw可分别作为控制脉冲信号UH、UL、VH、VL、WH、WL，控制反相器电路10u、10v及10w的导通状态，进而控制马达11运转。

当进入时间区间Tb时，此时输入驱动信号IN将马达11的转速例如由100％降至60％，驱动信号查表模块14对输入驱动信号IN进行查表，以输出正周期指示信号，用于指示驱动波形图样信号IN’对应的驱动波形图样的正周期区间TP。工作周期命令侦测器16侦测到输入驱动信号IN对应的工作周期变化超过预定变化量时，产生第一保护启动信号，保护控制电路18经配置以接收正周期指示信号，且在接收到第一保护启动信号时，于正周期区间TP输出强制关断信号Soff1以控制反相器电路，例如反相器电路10u的下桥开关M4关断，进而避免产生逆电流，可避免组件损坏。其中，可在反电动势较大的应用中，调整保护机制触发的条件，例如将触发条件门槛降低，反之，可调高门槛，以增加适用性。

并且，计数器180在产生强制关断信号Soff1时开始计时，于预定时间T1后停止输出强制关断信号Soff1，用户可依需求调整触发后持续保护的时间，通过适当选择触发条件，在反电动势较大的应用中，将触发持续保护的时间增加，反之，可减少时间，以增加适用性。

另一方面，亦可通过逆电流侦测电路13的第一比较器CP1，将反相器电路10与马达11的相电路之间的电流Iv、Iu及Iw与参考电流IREF比较，若电流Iv、Iu及Iw大于参考电流IREF，则输出第二保护启动信号，保护控制电路18可在接收到第二保护启动信号时，于正周期区间TP输出强制关断信号Soff2以控制反相器电路10的其中一相的下桥开关关断。此时，计数器180在产生强制关断信号Soff2时开始计时，于预定时间T2后停止输出强制关断信号Soff2。

进一步参考图3，驱动信号产生部12还包括切换电路124及方波驱动电路126。其中，切换电路124在接收到第一保护信号时，将驱动信号产生部12的输出端由第二比较器CP2的输出端切换至方波驱动电路126，方波驱动电路可依据输入驱动信号IN，产生对应马达11的相电路U、V、W的多个方波驱动信号以控制相电路U、V、W的导通状态。

可参阅如图5所示，为六步方波控制切换示意图。如图所示，以脉冲信号UH、UL为例，由于下桥开关M4是由脉冲信号UL所控制，可知在正周期区间TP中，下桥开关M4是维持关断状态，因此类似的，同样可避免产生逆电流，而可进一步防止组件损坏。虽然切换至六步方波驱动法会造成转矩涟波较大，然而亦具有低切换损失，且不须精确的转子位置回授等优点。

图6为本发明实施例的马达驱动方法的流程图。参阅图6所示，本发明实施例提供一种马达驱动方法，适用于前述实施例中的马达驱动电路1，至少包括下列步骤：

步骤S100：配置驱动信号查表模块，对输入驱动信号进行查表，以产生驱动波形图样信号，同时输出正周期指示信号。正周期指示信号用于指示输入驱动信号的正周期区间。

步骤S102：配置驱动信号产生部，响应于驱动波形图样信号，于每一相产生经脉冲调变的控制脉冲信号，以控制多个相电路的导通状态。其中，反相器电路分别连接于马达的多个相电路，各包括上桥开关及下桥开关。

步骤S104：配置工作周期命令侦测器在输入驱动信号对应的工作周期变化超过预定变化量时，产生第一保护启动信号。

步骤S106：配置保护控制电路接收该正周期指示信号，且在接收到第一保护启动信号时，于正周期区间输出强制关断信号以控制该些反相器电路的其中一相的下桥开关关断。

其中，本发明的马达驱动方法包括前述实施例中的马达驱动电路的各组件的操作方式，故不在此赘述。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达驱动电路及方法，当快速切换输出周期或输入命令时，可防止逆电流产生，还可调整保护机制触发的条件，在反电动势较大的应用中，将触发条件门槛降低，反之，可调高门槛，以增加适用性。

更进一步来说，本发明所提供的马达驱动电路及方法，可进一步调整触发后持续保护的时间，通过适当选择触发条件，在反电动势较大的应用中，将触发持续保护的时间增加，反之，可减少时间，以增加适用性。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。

Claims (12)

1.一种马达驱动电路，其特征在于，所述马达驱动电路用于驱动一马达，所述马达驱动电路包括：

多个反相器电路，分别连接于所述马达的多个相电路，各包括一上桥开关及一下桥开关；

一驱动信号查表模块，用于对一输入驱动信号进行查表，以产生一驱动波形图样信号，同时输出一正周期指示信号，系用于指示与所述输入驱动信号的一正周期区间；

一驱动信号产生部，响应于所述驱动波形图样信号，经配置以于每一相产生经脉冲调变之一控制脉冲信号，以控制多个所述反相器电路的导通状态；

一工作周期命令侦测器，经配置以在所述输入驱动信号对应的工作周期变化超过一预定变化量时，产生一第一保护启动信号；以及

一保护控制电路，经配置以接收所述正周期指示信号，且在接收到所述第一保护启动信号时，于所述正周期区间输出一强制关断信号以控制多个所述反相器电路对应所述正周期区间的其中一相的所述下桥开关关断。

2.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，所述马达驱动电路还包括一逆电流侦测电路，设置在多个所述反相器与所述马达的多个所述相电路之间，所述逆电流侦测电路经配置以在侦测到逆电流产生时，输出一第二保护启动信号，其中所述保护控制电路还经配置以在接收到所述第二保护启动信号时，于所述正周期区间输出所述强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

3.根据权利要求2所述的马达驱动电路，其特征在于，所述逆电流侦测电路还包括一第一比较器，经配置以将所述逆电流与一参考电流比较，若所述逆电流大于所述参考电流，则输出所述第二保护启动信号。

4.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，所述保护控制电路包括一计数器，经配置以在产生所述强制关断信号时开始计时，于一预定时间后停止输出所述强制关断信号。

5.根据权利要求1所述的马达驱动电路，其特征在于，所述驱动信号产生部包括：

一正弦波调变器，用以接收所述驱动波形图样信号以产生一正弦波调变信号；

一三角波产生器，用以产生一三角波信号；以及

一第二比较器，用以接收所述正弦波调变信号及所述三角波信号并进行比较运算，以产生所述控制脉冲信号。

6.根据权利要求5所述的马达驱动电路，其特征在于，所述驱动信号产生部还包括一切换电路及一方波驱动电路，所述切换电路经配置以在接收到所述第一保护启动信号时，将所述驱动信号产生部的输出端由所述第二比较器的输出端切换至所述方波驱动电路，所述方波驱动电路依据所述输入驱动信号产生对应所述马达的多个所述相电路的多个方波驱动信号以控制多个所述相电路的导通状态。

7.一种马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法包括下列步骤：

配置一驱动信号查表模块，对一输入驱动信号进行查表，以产生一驱动波形图样信号，同时输出一正周期指示信号，用于指示与所述输入驱动信号的一正周期区间；

配置一驱动信号产生部，响应于一输入驱动信号，于每一相产生经脉冲调变的一控制脉冲信号，以控制多个反相器电路的导通状态，其中多个所述反相器电路分别连接于一马达的多个相电路，各包括一上桥开关及一下桥开关；

配置一工作周期命令侦测器在所述输入驱动信号对应的工作周期变化超过一预定变化量时，产生一第一保护启动信号；以及

配置一保护控制电路接收所述正周期指示信号，且在接收到所述第一保护启动信号时，于所述正周期区间输出一强制关断信号以控制多个所述反相器电路对应所述正周期区间的其中一相的所述下桥开关关断。

8.根据权利要求7所述的马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法还包括配置一逆电流侦测电路，以在侦测到多个所述反相器与所述马达的多个所述相电路之间产生逆电流时，输出一第二保护启动信号；以及

配置所述保护控制电路以在接收到所述第二保护启动信号时，于所述正周期区间输出所述强制关断信号以控制多个所述反相器电路的其中一相的所述下桥开关关断。

9.根据权利要求8所述的马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法还包括配置所述逆电流侦测电路的一第一比较器，以将所述逆电流与一参考电流比较，若所述逆电流大于所述参考电流，则输出所述第二保护启动信号。

10.根据权利要求7所述的马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法还包括配置所述保护控制电路的一计数器，以在产生所述强制关断信号时开始计时，并于一预定时间后停止输出所述强制关断信号。

11.根据权利要求7所述的马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法还包括：

配置所述驱动信号产生部的一正弦波调变器以接收所述驱动波形图样信号并产生一正弦波调变信号；

配置所述驱动信号产生部的一三角波产生器以产生一三角波信号；以及

配置一第二比较器以接收所述正弦波调变信号及所述三角波信号并进行比较运算，以产生所述控制脉冲信号。

12.根据权利要求11所述的马达驱动方法，其特征在于，所述马达驱动方法还包括配置所述驱动信号产生部的一切换电路以在接收到所述第一保护启动信号时，将所述驱动信号产生部的输出端由所述第二比较器的输出端切换至所述驱动信号产生部的一方波驱动电路；以及

配置所述方波驱动电路依据所述输入驱动信号产生对应所述马达的多个所述相电路的多个方波驱动信号以控制多个所述相电路的导通状态。

Images