CN1905352A - 静止位置检测电路以及电机驱动电路 - Google Patents

Abstract

本发明实现了一种能够更加适当地检测出转子位置的静止位置检测电路和电机驱动电路。本发明利用静止位置检测电路，使电机的各相负荷中流过交流电流，将电流在第1方向上流动的时间和在与第1方向相反的第2方向上流动的时间变换为电气信号并且放大，利用该电气信号的值来判断静止时电机转子的位置。由于使用交流电流，因此与使用反冲电压的情形不同，通过增加交变次数来使电气信号放大，可以提高检测的精度。另外，增加交变次数的话，由于不增大交流电流的值就可以使电气信号放大，因此与使用反冲电压的情形不同，不需要使用电流值大的交流电流。结果可以减小交流电流的值，抑制振动的发生。

Description

静止位置检测电路以及电机驱动电路

                          技术领域

本发明涉及一种可以检测电机转子位置的静止位置检测电路，以及无霍耳传感器的电机驱动电路。

                          背景技术

当驱动小型三相DC无刷电机等具有转子的电机时，电机的驱动电路在启动时一定要进行反冲(kick back)。此时如果不能恰当地检测出转子的位置，电机就无法正常启动。

为了检测出转子位置，可以在电机的转子附近设置由霍尔元件构成的霍尔传感器。但是，使用霍尔传感器会引发成本增高和体积增大等问题。因此，现在不使用霍尔传感器，而是致力于开发所谓的无霍尔传感器的电机。

在使用无霍尔传感器的电机时，由于电机停止时没有感应电压(反冲电压)，因此不能检测出转子的位置。为此，在例如下述专利文献1至3记载的技术中提出了这样一种方法：通过利用静止位置检测电路检测电机关闭时的反冲时间的长短来检测电机停止时的转子位置。

作为与本申请相关的其他专利文献，有下述的专利文献4：

专利文献1：特开2002-345286号公报

专利文献2：特开2002-335691号公报

专利文献3：特开2002-315385号公报

专利文献4：特开2003-47280号公报

在上述专利文献1至3所记载的静止位置检测电路中，由于对应于电机停止时的转子位置产生的微小电感差，而使反冲电压的值不同，这样的话如果检测出电机关闭时的反冲电压，那么通过测量反冲时间的长短就可以检测出电机停止时转子的位置。

但是，为了能检测出由转子位置不同所引起的微小电感差，在使用检测反冲电压的方法中必须要流过很大的反冲电流(例如1(A))并且产生很大的反冲电压。这是因为为了能清楚地识别出反冲时间的长短，反冲电压必须很大。而当反冲电流很大时，就会引发振动。

另外，使用反冲电压检测的方法只有在产生反冲的极短时间内才能得到表示电感差的信息，因此存在检测信息不够充分的情况。

                          发明内容

本发明正是为了解决上述问题而提出的，其实现了一种可以更准确地检测出转子位置的静止位置检测电路以及电机驱动电路。

本发明涉及一种包含静止位置检测电路的电机驱动电路，本发明的静止位置检测电路是包括转子和至少一相负荷的电机的静止位置检测电路，用于检测静止时上述转子的位置，包括：电流量检测器；计时器；时间差放大器；位置判断器，上述电流量检测器通过对驱动上述电机的反相电路进行控制的控制电路，使上述负荷中流过交替流过第1方向和与上述第1方向相反的第2方向上的交流电流，并且检测上述第1方向上的上述交流电流达到值α，当检测到上述第1方向上的上述交流电流达到值α后，通过上述控制电路减小上述交流电流并使其流向第2方向，并且检测上述第2方向上的上述交流电流是否到达与上述值α正负相反的值β，当检测到上述第2方向上的上述交流电流达到上述β后，通过上述控制电路减小上述交流电流并使其再次流向上述第1方向，之后进行预定次数的上述值α和β的检测以及通过上述控制电路进行上述交流电流的控制，上述计时器测量上述交流电流由值α变化到值β所用的第1时间以及上述交流电流由值β变化到值α所用的第2时间，上述时间差放大器将测量到的上述第1时间和第2时间变化为电气信号，并且根据第1时间和第2时间按上述预定次数的累计结果对上述电气信号进行放大，上述位置判断器根据上述电气信号的值来判断静止时上述转子的位置。

本发明利用计时器测量第1以及第2时间，并利用时间差放大器将第1时间和第2时间变换为电气信号，并且根据第1以及第2时间按预定次数的累计结果对电气信号进行放大。由于使用的是交流电流，因此与使用反冲电压的情形不同，通过增加交替次数就可以相应地使电气信号放大，因此可以提高检测的精度。另外，通过增加交替次数，在不增大交流电流的值α，β的情况下就可以使电气信号放大，所以与使用反冲电压的情形不同，本发明不需要流过很大的交流电流(例如0.1A)。结果可以使交流电流较小，避免振动的发生。这样，可以实现能更适于检测出转子位置的静止位置检测电路和电机驱动电路。

                          附图说明

图1是表示实施方式1的电极驱动电路和电机的图。

图2是本发明的原理图。

图3是实施方式1的静止位置检测电路的详细结构图。

图4是静止位置检测电路内的电流量检测器的详细结构图。

图5是静止位置检测电路内的计时器、时间差放大器、以及转子位置判断器的详细结构图。

图6是在启动过程中进行反冲之前，静止位置检测电路检测静止时上述转子的位置的时序图。

图7是对U-V相产生交流电流过程中的一部分交流电流放大后的时序图。

图8是在给具有电阻和电感的负荷提供直流电压时，用于研究期间TA中的过渡现象的电路图。

图9是用于研究期间TB中的过渡现象的电路图。

图10是表示反相电路的动作的图。

图11是表示反相电路的动作的图。

图12是表示反相电路的动作的图。

图13是表示反相电路的动作的图。

图14是表示各相产生的交流电流以及转子位置的判断结果与转子位置的对应关系的图。

图15是表示各相产生的交流电流以及转子位置的判断结果与转子位置的对应关系的图。

图16是实施方式2中的静止位置检测电路的图。

图17是实施方式3中的静止位置检测电路的图。

附图标号说明

1  电机

2  反相电路

3  输出晶体管控制电路

4   静止位置检测电路

40  电流量检测器

41  计时器

42  时间差放大器

43  转子位置判断器

                         具体实施方式

实施方式1

本实施方式为一种静止位置检测电路以及电机驱动电路，其使电机的负荷中流过交流电流，然后将电流在第1方向上流经的时间和电流在与第1方向相反的第2方向上流经的时间变换为电气信号并对此信号进行放大，由该电气信号的值，判断出电机的转子在静止时的位置。

图1示出了本实施方式涉及的电机驱动电路和电机。如图1所示，电机1例如是三相直流无刷无霍尔传感器的电机，其包括永磁转子10、和通过在励磁铁芯上缠绕电机线圈的三相负荷构成的定子11。定子11的负荷存在于U，V，W各相上，并且各相负荷在中点(CT)汇合。

此外，电机驱动电路包括：通过输出信号2a驱动电机1的反相电路2、通过信号3a控制反相电路2的输出晶体管控制电路3、检测转子10在静止时的位置的静止位置检测电路4、检测转子10在动作时的位置的位置检测比较器5、对位置检测比较器5的输出信号5a的一部分进行屏蔽处理的位置检测屏蔽电路6、接收位置检测屏蔽电路6的输出信号6a并且执行驱动运算的无传感器驱动计算电路7、以及给输出晶体管控制电路3提供输出信号8a的信号选择电路8，该输出信号8a是来自无传感器驱动计算电路7的输出信号7a或来自静止位置检测电路4的输出信号4a。其中当电机静止时静止位置检测电路4工作，而电机转动时无传感器驱动计算电路7工作。两者之间的信号4b是两电路的动作联络信号(shake-hand signal)。

反相电路2是包括晶体管Q1-Q6的三相反相电路，分别由串联连接的晶体管Q1，Q2构成第一臂，串联连接的晶体管Q3，Q4构成第二臂，串联连接的晶体管Q5，Q6构成第三臂。晶体管Q1，Q2的连接点连接到U相负荷，晶体管Q3，Q4的连接点连接到V相负荷，晶体管Q5，Q6的连接点连接到W相负荷。给各个臂的一端提供电源电压VCC，并且通过用于检测电流量的电阻21给各个臂的另一端提供接地电压GND。

图2是本发明的原理图。在该图所示的示例中，使定子11的U相负荷和V相负荷之间流过交流电流，假定从U相负荷到V相负荷的方向为正方向，其相反方向为负方向。另外，将U相负荷和V相负荷一起作为负荷11a，用虚拟的磁铁10a表示转子10对负荷11a施加的磁力线影响。

当电机旋转时，负荷11a中流过正负两个方向的电流。负荷11a的电阻R的大小与转子10的物理位置以及负荷11a中的电流方向无关保持恒定，而负荷11a的电感L的大小随转子10的物理位置和负载11a中的电流方向的变化而变化。这是因为磁铁10a的磁力线强度和负载11a中的电流的磁力线强度是影响负载11a的电感L的因素。

负荷11a的电感L的值不光在电机转动时，而且在转子10静止时也会根据转子10静止时的物理位置和负荷11a中的电流方向而变化。并且，负荷11a的电感L的值的大小与转子10的物理位置和负荷11a中的电流方向对应。

也就是说，如果预先定义出上述对应关系，那么通过检测负荷11a的电感L的大小就可以知道转子10的物理位置。为此下面将利用附图14和15进行详细说明。在本申请中，当电机启动时，在出现反冲之前通过静止位置检测电路4检测静止时转子10的位置。

图3是表示根据本实施方式的静止位置检测电路4的详细结构的图。如图3所示，该静止位置检测电路4包括电流量检测器40、计时器41、时间差放大器42、以及转子位置判断器43。

电流量检测器40接收反相电路2内的电阻21上的电压作为信号2b，并且根据该信号生成检测信号40a。计时器41根据检测信号40a计算出交流电流在第1方向上流过定子11中的各相负荷的时间，以及交流电流在与第1方向相反的第2方向上流过定子11中的各相负荷的时间，并且输出电流信号的信号S4。

此外，时间差放大器42将作为电流信号的信号S4变换为电压信号S3，并且根据定子11各相负荷中的交流电流在第1方向和第2方向上流经时间按交流电流的交变次数次的累计结果，将此电压信号S3放大后输出。转子位置判断器43根据电压信号S3的值，判断静止时的转子位置。

图4是表示电流量检测器40的详细结构的图。电流量检测器40包括电源400、比较器401、AND门电路402、D型触发器403、以及屏蔽信号产生电路404。比较器401用电源400生成的预定电压V1与交流电流在反相电路2内的电阻21上形成的电压降Vr相比较，当电压降Vr大于电压V1时，激活其输出。

AND门电路402计算屏蔽信号生成电路404输出的屏蔽信号6b与比较器401输出的逻辑与，并作为信号Sr输出。D型触发器403将其输出Q作为检测信号40a输出。此外，反向输出/Q是输出Q的反向信号，提供给D型触发器403的输入D。信号Sr提供给D型触发器403的时钟输入T。屏蔽信号生成电路404生成屏蔽信号6b。

图5是表示静止位置检测电路4内的计时器41、时间差放大器42、以及转子位置判断器43的详细结构的图。计时器41包含电流源410、第1开关411、和第2开关412，当检测信号40a的逻辑值为Low时，第1开关411选择输出来自电流源410的电流I1，当检测信号40a的逻辑值为Hi时，第2开关412选择输出来自电流源410的电流I1。第1开关411的输出为构成信号S4的其中一部分的信号S4a，第2开关412的输出为构成信号S4其中另一部分的信号S4b。

时间差放大器42包含具有预定容量值的第1电容423和与第1电容423具有相同容量值的第2电容421，第1电容423通过第1开关411的输出进行充电，第2电容421通过第2开关412的输出进行充电。第1电容423的一端连接第1开关411，另一端提供有接地电位GND。第2电容421的一端连接第2开关412，另一端提供有接地电位GND。第1电容423的一端上的电位为构成电压信号S3的其中一部分的信号S3a，第2电容421的一端上的电位为构成电压信号S3的另一部分的信号S3b。

此外，时间差放大器42包含晶体管422和晶体管420，当激活复位信号S2时，晶体管422给第1电容423的一端提供接地电位GND并且对第1电容进行放电，而当激活复位信号S2时，晶体管420给第2电容421的一端提供接地电位GND并且对第2电容421进行放电。

转子位置判断器43包括比较器430，该比较器430在正负输入端分别接收电压信号S3中的另一部分信号S3b和一部分信号S3a，并且将输出逻辑值作为静止时上述转子的位置判断信号4a。

下面，说明本实施方式中的静止位置检测电路4的动作。图6是启动过程中开始反冲之前，静止位置检测电路4检测静止时转子10的位置的时序图。

如图6所示，本发明在确定反冲位置之前，在U-V相之间、V-W相之间、W-V相之间分别流过交流电流。即，在期间Tu1中，为了检测出转子10的位置，在U-V相之间流过交流电流，之后在期间Tu2中，将在U-V相检测出的结果信息记录到输出晶体管控制电路3中。其中，U相电流与V相电流互补的波形，是通过使流入U相负荷(或V相负荷)的电流为正，并且使从U相负荷(或V相负荷)流出的电流为负得到的。

同样，在期间Tv1中，在V-W相之间流过交流电流，此后在期间Tv2中，将在V-W相之间检测出的结果信息记录到输出晶体管控制电路3中。此外，在期间Tw1中，在W-U相之间流过交流电流，此后在期间Tw2中，将在W-U相之间检测出的结果信息记录到输出晶体管控制电路3中。

图7是将图6中的U-V相产生的一部分交流电流U1放大后的时序图。在本发明的电机驱动电路中，由于受到转子10的磁场的影响，流过定子11的各相负荷的电流会作出瞬态响应，通过测量该瞬态响应的时间可以判断电感的大小，然后基于该判断结果来判断转子10的物理位置。

在图7中的期间TA所示的时间中，首先静止位置检测电路4通过控制反相电路2的输出晶体管控制电路3，形成从U相至V相的第1方向上的电流，并使其增大至值α(例如绝对值为0.1(A))。当从U相至V相第1方向上的电流达到α之后，静止位置检测电路4通过输出晶体管控制电路3，在图7中的期间TB所示的时间内，将该电流减小至0(A)，随后形成与第1方向相反的从V相至U相的第2方向上的电流，并且将其增大至α的正负反向值β(和α一样，绝对值为0.1A)。

当从V相至U相的第2方向上的电流达到β之后，静止位置检测电路4通过输出晶体管控制电路3，在图7中的期间TC所示的时间中，再次将电流值减小至0(A)，然后再次形成从U相至V相的第1方向上的电流，并将其增大至α。此后，静止位置检测电路4通过输出晶体管控制电路3，产生电流值在α和β之间变化交流电流的交变次数那么多次的交流电流。

在此，以图2中的负荷11a为例列出其在期间TA-TC中的电路方程式。首先，图8是给具有电阻R和电感L的负荷11a提供直流电压E时，研究期间TA中的过渡现象的电路图。在图8所示的电路图中，流过负荷11a的电流的初始值为io。

在该电路图中，随时间t变化的电流i(t)用算式1表示。

算式1：

$i\left(t\right)=\frac{E}{R}\{1-e^{-\frac{R}{L}t}\}+\mathrm{io}{e}^{-\frac{R}{L}t}$

如图7所示，由于在期间TA开始时没有流过电流，因此算式1中的第二项为0。所以，期间TA中的电流i(t)用算式2表示。

算式2：

$i\left(t\right)=\frac{E}{R}\{1-e^{-\frac{R}{L}t}\}$

对算式2进行变形，得到算式3，即时间t的算式。

算式3：

$t=-\frac{L}{R}\·\ln \{1-\frac{\mathrm{\α}}{\frac{E}{R}}\}$

接下来，研究TB中的过渡现象，图9是用于此目的的电路图。由于期间TB开始时流过初始值为α的电流，因此图9中所示的电流α与图8中的电流io方向相同。另一方面，由于在期间TB结束时流过与电流α正负相反的电流β，因此图9中表示的电流β与电流α的方向相反。另外，通过反相电路2的控制，给负荷11a施加其方向与期间TA中的电压相反的电压，因此图9中的直流电压E的方向与图8中的直流电压E的方向相反。

在该电路中，当流过根据算式1的值β的电流时算式为算式4，

算式4：

$\mathrm{\β}=\frac{E}{R}\{1-e^{-\frac{R}{L}t}\}-{\mathrm{\αe}}^{-\frac{R}{L}t}$

对算式4进行变化，得到算式5：

算式5：

$e^{-\frac{R}{L}t}=\frac{\frac{E}{R}-\mathrm{\β}}{\frac{E}{R}+\mathrm{\α}}$

对算式5进行变形，得到算式6，即时间t的算式，

算式6：

$t=-\frac{L}{R}\·\ln \left[\frac{\frac{E}{R}-\mathrm{\β}}{\frac{E}{R}+\mathrm{\α}}\right]$

由于图7中的期间TB用检测信号40a的时间t1表示，因此用t1来代替时间t，另外，如果用L1来作为期间TB中的负荷11a的电感，那么算式6就成为算式7：

算式7：

$t1=-\frac{L1}{R}\·\ln \left[\frac{\frac{E}{R}-\mathrm{\β}}{\frac{E}{R}+\mathrm{\α}}\right]$

下面，考虑期间TC中的过渡现象。如图7所示，除了用β表示的初始值成为用α表示的终端值之外，其他点与期间TB中的情形相同，因此在图9以及算式6中，只要将期间TB中的值α和β互换就可以了。这样，期间TC时的电路方程式成为算式8：

算式8：

$t=-\frac{L}{R}\·\ln \left[\frac{\frac{E}{R}-\mathrm{\α}}{\frac{E}{R}+\mathrm{\β}}\right]$

由于图7中用检测信号40a的时间t2来表示期间TC，因此用t2来代替时间t，此外，如果用L2来表示期间TC中负荷11a的电感，那么算式8就表示为算式9：

算式9：

$t2=-\frac{L2}{R}\·\ln \left[\frac{\frac{E}{R}-\mathrm{\α}}{\frac{E}{R}+\mathrm{\β}}\right]$

比较算式7和算式9，如果α和β的绝对值相同，那么时间t1和t2的比就表示为算式10：

算式10：

t1∶t2＝L1∶L2

由算式10可知，电感L1与电感L2的比和时间t1与时间t2的比一致，时间t1为交流电流由α变为β所用的时间，时间t2为交流电流由β变为α所用的时间，因此如果该大小关系给定的话，那么测量时间t1，t2就可以表示出U-V相负荷11a与转子10的位置之间的关系。

图10至13表示期间TA至TC中的反相电路2的动作。图10表示的是从U相至V相的第1方向上的交流电流增加的情形(在图7所示的期间TA以及期间TC中电流大于0(A)的部分)。在此情况下，反相电路2内的晶体管Q1和Q4导通，其他的晶体管截止。

图11表示的是第1方向上的交流电流衰减的情形(在图7所示的期间TB中电流大于0(A)的部分)。在此情况下，反相电路2内的晶体管Q2和Q3导通，其他的晶体管截止。图12表示的是从V相到U相的第2方向上的交流电流增加的情形(在图7所示的期间TB中电流值小于0(A)的部分)。期间，反相电路2内的晶体管Q2和Q3导通，其他的晶体管截止。图13表示的是第2方向上的交流电流衰减的情形(在图7所示的期间TC中电流小于0(A)的部分)。在此情况下，反相电路2内的晶体管Q1和Q4导通，其他的晶体管截止。

下面说明产生上述交流电流以及判断转子10的位置时各电路的动作。首先，将由图4中的电流量检测器40的电源400所生成的电压V1设定为稍稍低于反相电路2内的电阻21上的电压降Vr在TB，TC等各期间中的最大值的值。

电阻21上的电压降Vr是期间TB初始时的电流α与电阻21的电阻值的乘积。由于在期间TB内电流值随时间而减小，因此电压降Vr也随着电流值以同样的波形下降。

在电流值下降的情况下，电压降Vr中出现尖峰SP1。在晶体管Q2和Q3中流过流向(图11中的虚线所示)与电源Vcc至接地电位GND的方向相反的电流，在其漏极与源极之间形成逆偏压方向的电压。由此，当电流快要由第1方向切换为第2方向时(图11快要切换为图12时)，施加流向为由电源Vcc至接地电位GND的电流(图12中的实线所示)，积聚在漏极和源极之间的电荷就会迅速地流向电阻21。在电压降Vr中出现尖峰SP1正是由于上述原因。

屏蔽信号6b是用于使上述尖峰SP1不被检测出的屏蔽信号，在电流值达到α或者β再经过一段一定时间(例如2微秒)之后，由屏蔽信号产生电路404输出屏蔽信号6b。在屏蔽信号产生电路404中，对信号3a进行检测并且检测各个晶体管Q1-Q6的导通-截止的切换时刻，自切换经过一定时间输出屏蔽信号6b。屏蔽信号6b是图7所示的Low有源信号。在屏蔽过程中，由于屏蔽信号6b为低，因此不管比较器401的输出如何，AND门电路402的输出均为Low。

第1方向上的交流电流衰减，另一方面当第2方向上的交流电流增加时，电阻21上的电压降Vr接近期间TB后半部分中的电流β与电阻21的电阻值的乘积。因此随着电压降Vr的变化电流值也以同样的波形增大。

之后，当电压降Vr的值大于电源400产生的电压V1时，比较器401使其输出激活为Hi。在该时刻上，由于屏蔽信号6b处于屏蔽期后，因此成为Hi。由此，AND门电路402输出激活比较器401的输出的信号Sr。在图7中，信号Sr之所以形成脉冲状正是由于这个原因。

随着期间TC的开始，AND门电路402接收再次被激活为Low的屏蔽信号6b，而且不管比较器401的输出如何，始终输出Low。之后，在期间TC中的屏蔽期间结束后，当电压降Vr大于电压V1时，AND门电路402输出信号Sr，其激活比较器401的输出。同样在此后的期间，AND门电路402输出相同的脉冲状信号Sr。即AND门电路402的功能是作为这样一种逻辑门电路，其只有在时间t1以及t2的后半部分中使比较器401的输出通过。

由于给D型触发器403的输入D提供反相输出Q，因此伴随着时钟输入T的激活，D型触发器403的输出Q交替地输出Hi，Low。在时钟输入T上提供信号Sr之后，D型触发器403的作用是这样一种触发器，其借助自AND门电路的输出激活的机会，使输出的逻辑值反向。

之后，D型触发器403的输出反向，成为值为α和β的检测信号40a以及交流电流的控制信号40a。即受图3所示的控制信号40a的作用，通过对驱动电机1的反向电路2进行控制的输出晶体管控制电路3，电流量检测器40a使U-V相的负荷11a中交替流过从U相至V相的第1方向和从V相至U相的第2方向上的交流电流，并且当检测到第1方向上的交流电流到达α之后，通过输出晶体管控制电路3使该交流电流减小并使其流向第2方向，之后，当检测到第2方向上的交流电流到达β之后，通过输出晶体管控制电路3使该交流电流减小并使其再次流向第1方向，之后电流量检测器40a进行交变次数那么多次的电流值α和β的检测以及通过输出晶体管控制电路3交流电流的控制。

此外，图4所示的复位信号S1是在交流电流流过U-V相后，接着在交流电流即将流过V-W相以前被激活，以及在交流电流流过V-W相后，接着在交流电流即将流过W-U相以前被激活的复位信号，并且用于使下一相的检测结果不会影响到各相的检测结果的信号。

通过检测信号40a，图3以及图5所示的计时器41检测交流电流由α变到β所花费的时间t1(图7中的期间TB)，以及交流电流由β变到α所花费的时间t2(图7中的期间TC)，并且输出对应于测量出的时间t1和t2的电流信号S4(S4a，S4b)。

即，计时器41内的第1开关411受检测信号40a的作用，从电流量检测器40检测到电流值α开始至检测到电流值β为止的时间内(检测信号40a为Low期间)，通过第1开关411选择输出来自电流源410的电流I1，来测量时间t1。之后，计时器41内的第2开关412受检测信号40a的作用，从电流量检测器40检测到电流值β开始至检测到电流值α为止的时间内(检测信号40a为Hi期间)，通过第2开关412选择性地输出来自电流源410的电流I1，来测量时间t2。

图3以及图5所示的时间差分放大器42将电压信号S3变换为表示电流信号的信号S4，并且根据时间t1，t2按交变次数次的累计结果对电压信号S3(S3a，S3b)进行放大。于是，第1电容器423通过一次输入来自时间t1期间导通的第1开关411的电流信号S4a来积聚电荷，并且对应于时间t1按交替次数次的累积结果使积聚的电荷增大，从而放大信号S3a。同样，第2电容器421通过一次输入来自时间t2期间导通的第2开关412的电流信号S4b来积聚电荷，并且对应于时间t2按交变次数次的累积结果使积聚的电荷增大，从而放大信号S3b。

第1电容器423和第2电容器421的电容量相同，由于投入的电流I1也相同，因此假定时间t1和t2也相同的话，那么信号S3a和S3b也相同。但是，如果假定时间t1和t2不相同的话，由于信号S3a和S3b是按交变次数被放大的，因此时间t1与t2的差经放大后再输出。

图5所示的复位信号S2是在交流电流流过U-V相之后，接着在交流电流即将流过V-W相前被激活，同样在交流电流流过V-W相之后，接着在交流电流即将流过W-U相前被激活的复位信号，并且用于使下一相的检测结果不会影响到各相的检测结果(第1电容器423以及第2电容器421的充电量)的信号。

图5所示的转子位置判断器43的比较器430比较信号S3a和S3b的大小，如果信号S3b大于信号S3a的话，输出Hi逻辑值，如果信号S3a大于信号S3b的话，输出Low逻辑值。比较器430的输出40a的作用是作为静止时转子11的位置判断信号。

上面说明了图6中的U-V相的交流电流的产生和转子位置的判断，之后采用相同的方式在V-W相和W-U相产生交流电流以及进行转子位置的判断。

即，电流量检测器40检测负荷11a的V-W相的电流值α和β，并且通过输出晶体管控制电路3进行交流电流的控制，计时器41测量负荷11a的V-W相的时间t1，t2，时间差分放大器42进行负荷11a的V-W相向电压信号S3变换及其放大，转子位置判断器43接收负荷11a的V-W相的电压信号S3并进行判断。此后，电流量检测器40检测负荷11a的W-U相之间的电流值α和β并且通过输出晶体管控制电路3进行交流电流的控制，计时器41测量负荷11a的W-U相的时间t1，t2，时间差分放大器42进行负荷11a的W-U相的向电压信号S3的变换及其放大，转子位置判断器43接收负荷11a的W-U相的电压信号S3并进行判断。

图14和图15说明各相交流电流的产生以及转子位置的判断结果与转子10的位置的对应关系。采用以U-V相的交流为例进行说明，如果交流电流在第1方向上流过的时间t1大于交流电流在第2方向上流过的时间t2，其中第1方向为从U相至V相，第2方向为从V相至U相，那么如图14中的圆1、圆5、以及圆6所示，信号S3a以及S3b的电位差为负值，比较器430的输出4a为Low。

可以判断此时的转子10以及定子11的位置关系为图15中的圆1、圆5、圆6分别所示的位置。特别是，在图15中的圆6所表示的情形下，定子11的U相负荷正对着转子10的S极，定子11的V相负荷正对着转子10的N极，所以电感L1，L2的差非常显著。

另一方面，如果交流电流在第1方向上流过的时间t1小于交流电流在第2方向上流过的时间t2，其中第1方向为从U相至V相，第2方向为从V相至U相，那么如图14中的圆2、圆3、以及圆4所示，信号S3a以及S3b的电位差为正值，比较器430的输出4a为Hi。

可以判断此时的转子10以及定子11的位置关系为图15中的圆2、圆3、圆4分别所示的位置。特别是，在图15中的圆3所表示的情形下，定子11的U相负荷正对着转子10的N极，定子11的V相负荷正对着转子10的S极，所以电感L1，L2的差非常显著。

同样，对于V-W相以及W-U相而言，由于可以通过比较器430的输出4a进行转子位置的判断，因此根据负荷11a各相判断结果的组合，可以更加精确地判断静止时的转子位置。于是，如图14和图15所示，可以分别判断U-V相判断结果为Low、V-W相判断结果为Low、W-U相判断结果为Hi的情况下是圆1表示的转子位置，U-V相判断结果为Hi、V-W相判断结果为Low、W-U相判断结果为Hi的情况下是圆2表示的转子位置，U-V相判断结果为Hi、V-W相判断结果为Low、W-U相判断结果为Low的情况下是圆3表示的转子位置，U-V相判断结果为Hi、V-W相判断结果为Hi、W-U相判断结果为Low的情况下是圆4表示的转子位置，U-V相判断结果为Low、V-W相判断结果为Hi、W-U相判断结果为Low的情况下是圆5表示的转子位置，U-V相判断结果为Low、V-W相判断结果为Hi、W-U相判断结果为Hi的情况下是圆6表示的转子位置。

这些判断结果表示静止时电机转子的位置，在进行反冲动作时输出晶体管控制电路3参照这些判断结果。

根据本实施方式的静止位置检测电路和电机驱动电路，计时器41测量出时间t1，t2，时间差分放大器将时间t1，t2变换为电压信号S3，然后时间t1，t2对应于交流电流按交变次数次的累积结果放大电压信号S3。因为使用交流电流，因此与使用反冲电压的情形不同，通过增加交变次数来使电压信号S3增大，由此可以提高检测精度。另外，增加交流次数的话，由于可以在不使交流电流的值α和β增大的情况下放大电压信号S3，因此与使用反冲电压的情况不同，不需要流过很大的交流电流(例如大约0.1(A))。结果是，可以使交流电流为较小的值，并可以避免发生振动。而且，可以实现能更加确切地检测出转子10的位置的静止位置检测电路以及电机驱动电路。

另外，通过本实施方式涉及的静止位置检测电路以及电机驱动电路，转子位置判断器43接受与负荷各相有关的电压信号S3并进行判断，然后根据各相负荷判断结果的组合，判断静止时转子10的位置。由于各相负荷判断结果的组合不同，转子10的位置也各不相同，因此可以更加精确地检测出转子10的位置。

另外，根据本实施方式的静止位置检测电路以及电机驱动电路，电流量检测器40包含比较器401、AND门电路402、以及D型触发器403，D型触发器403的输出反向作为值α和β的检测信号40a以及交流电流的控制信号40a。此外，电流量检测器40可以采用简单的电路构成。

另外，根据本实施方式的静止位置检测电路和电机驱动电路，计时器41包括电流源410和第1以及第2开关411和412，时间差放大器42包括第一以及第2电容器421和423，转子位置判断器43包括比较器430。此外，计时器41、时间差分放大器42以及转子位置判断器43可以采用简单的电路构成。

实施方式2

本实施方式是对实施方式1的静止位置检测电路以及电机驱动电路的变形，在本实施方式中示出了实施方式1中的计时器41和时间差放大器42的其他构成方式。

图16是本实施方式的静止位置检测电路4内的计时器41a、时间差放大器42a的详细结构图。计时器41a包含第一电流源410、第二电流源413、第1开关411、和第2开关412，当检测信号40a的逻辑值为Low时第1开关411选择输出来自电流源41的电流I1，当检测信号40a的逻辑值为Hi时第2开关412选择引入流往第二电流源413的电流I1。自第1开关411输出的电流以及流往第2开关412的电流成为信号S4的电流信号S4c。

时间差放大器42利用第1开关411的输出进行充电，并且通过由第2开关413引入电流而进行放电，时间差放大器42包括具有预定容量值的电容424、定电压电源426、和开关425，其中电容424的作用是使电极间的电压作为电压信号S3a，定电压电源426可以提供电容424的极间电压的初始值。

电容424的一端连接第1开关411和第2开关413，另一端提供有地电位GND。定电压电源426的正端子通过开关425与电容424的一端连接，负端子提供有地电位GND。定电压电源426的正端子上的电位S4d成为信号S3b，其构成电压信号S3的一部分。

转子位置判断器43包括比较器430，其分别在正负输入端接收电压信号S3中的另一部分信号S3b和一部分信号S3a，使输出的逻辑值作为静止时上述转子的位置判断信号4a。

图16所示的计时器41a受检测信号40a作用，测量交流电流由α变化到β所用的时间t1(图7中的期间TB)，以及交流电流由β变化到α所用的时间t2(图7中的期间TC)，计时器41a的作用是在测量出的时间t1内输出电流信号S4c，而在测量出的时间t2内引入电流信号S4c。

即，计时器41a内的第1开关411受检测信号40a的作用，在电流检测器40检测到值α开始至检测到β为止的时间中(检测信号40a为Low期间)，通过选择输出来自第1电流源410的电流I1，来测量时间t1。计时器41a内的第2开关412受检测信号40a的作用，在电流检测器40检测到值β开始至检测到值α为止的时间中(检测信号40a为Hi期间)，通过选择引入流往第2电流源413的电流I1，来测量时间t2。

图16所示的时间差放大器42a将表示为电流信号的信号S4c变化为电压信号S3a，并且根据时间t1，t2按交变次数次的累计结果对电压信号S3a进行放大。即，首先在电容424中，通过使开关425在复位信号S2的作用下暂时闭合，使定电压电源426生成的电压作为初始值提供，之后开关425断开。

电容器424通过一次输入来自在时间t1期间闭合的第1开关411的电流信号S4c来积聚电荷，然后对应于时间t1按交变次数次的累计结果增大积聚的电荷，由此放大信号S3a。另一方面，电容器424通过使在时间t2期间闭合的第2开关412一次引入电流信号S4c来释放电荷，并且对应于时间t2按交变次数次的累计结果使积聚的电荷减少，由此减小信号S3a。

由于来自第1开关411的电流为I1，通过第2开关413引入的电流也为I1，因此假定时间t1和t2相等的话，那么流入的电流量和流出的电流量相等，所以电容器424的极间电压的信号S3a与初始值即定电压电源426生成的电压(信号S3b)相同。但是，如果时间t1不等于时间t2的话，那么由于交变次数次的增多，所以时间t1与时间t2的差是放大后再输出的，因此信号S3a距离初始值即信号S3b很远。

在U-V相流过交流电流之后，接着在V-W相即将流过交流电流之前，激活图16所示的复位信号S2，同样在V-W相流过交流电流之后，接着在W-U相即将流过交流电流之前，激活图16所示的复位信号S2，该复位信号S2使在下一相检测出的结果不会影响到在各相中检测出的结果(电容器424的充电量)。

图16所示的转子位置判断器43的比较器430比较信号S3a和S3b的大小，如果信号S3b大于信号S3a的话，输出逻辑值为Hi，如果信号S3a大于信号S3b的话，输出的逻辑值为Low。该比较器430的输出4a的作用是作为静止时转子11的位置判断信号。

以上说明了图16中的计时器41a、时间差放大器42a、以及转子位置判断器43的动作，由于其他电路的动作与实施方式1中的静止位置检测电路和电机驱动电路相同，因此在此省略了对这些电路的说明。

根据本实施方式的静止位置检测电路和电机驱动电路，计时器41a包括第1电流源410、第2电流源413、第1开关411、和第2开关412，时间差放大器42a包括电容器424和定电压电源426，转子位置判断器43包括比较器430。计时器41a、时间差放大器42a、以及转子位置判断器43都可以用简单的电路构成。此外，由于在时间差放大器42a中只包含一个电容器424，因此可以避免使电路规模增大。

实施方式3

本实施方式也是实施方式1中的静止位置检测电路和电机驱动电路的变形示例，其是实施方式1中的计时器41、时间差放大器42的其他构成示例。

图17是本实施方式涉及的静止位置检测电路4内的计时器41b、时间差放大器42b的详细结构图。计时器41b包括电流源410、第1开关411、第2开关414、第3开关415、第4开关412、以及产生预定电位的电压源416，其中当检测信号40a的逻辑值为Low时，第1开关411选择输出来自电流源410的电流I1，当检测信号40a的逻辑值为Low时，第2开关414提供预定电位，而当检测信号40a的逻辑值为Hi时，第3开关415选择输出来自电流源410的电流I1，当检测信号40a的逻辑值为Hi时，第4开关412接地。由第1开关411输出的电流以及经第4开关412引入的电流成为信号S4即电流信号S4f。

时间差放大器42包括具有预定容量值的电容器427，其具有第1和第2电极，其中第1电极与第1开关411和第4开关412连接，而第2电极与第2开关414和第3开关415连接，第1以及第2电极间的电压作为电压信号S3(S3a，S3b)。

转子位置判断器43包括比较器430，电容器427的第2电极连接比较器430的正输入端，电容器427的第1电极连接比较器430的负输入端。电容器427第1电极上的电位作为信号S3a，电容器427第2电极上的电位作为信号S3b。

图17所示的计时器41b受检测信号40a的作用，测量交流电流由α变到β所用的时间t1(图7中的期间TB)、以及交流电流由β变到α所用的时间t2(图7中的期间TC)，并且仅在测量到的时间t1内输出电流信号S4f，和仅在测量出的时间t2内引入电流信号S4f。

即，计时器41b内的第1开关411和第2开关414受检测信号40a的作用，在电流量检测器40从检测到α开始到检测到β为止的时间中(检测信号40a为Low期间)，通过选择输出作为电流信号S4f的来自电流源410的电流I1来测量时间t1。然后，计时器41b内的第4开关412和第3开关415受检测信号40a的作用，在电流量检测器40从检测到β开始到检测到α为止的时间中(检测信号40a为Hi期间)，通过第4开关412选择引入作为电流信号S4f的流往地电位GND的电流I1来测量时间t2。

图17所示的时间差放大器42b将电流信号即信号S4f变换为电压信号S3a，S3b，并且对应于时间t1，t2按交变次数次的累计结果对电压信号S3a，S3b进行放大。即，在时间t1期间，使第1开关411和第2开关414闭合，电容器427通过一次输入电流信号S4f来积聚电荷，并且对应于时间t1按交变次数次的累计结果使积聚的电荷增大，由此放大信号S3a。另一方面，在时间t2期间，使第4开关412和第3开关415闭合，电容器427通过一次引入电流信号S4f来释放电荷，并且对应于时间t2按交变次数次的累计结果来减小积聚的电荷，由此来减小信号S3a。

来自第1开关411的电流为I1，经第4开关412引入的电流也为I1，这样的话如果假定时间t1等于时间t2，那么流入的电流量就等于流出的电流量，所以在电容器427的极间电压即信号S3a，S3b中不产生电位差。但是，如果时间t1不等于时间t2的话，由于信号S3a，S3b仅放大交变次数倍，通过强调时间t1与时间t2的差后再输出信号S3a，S3b，对应于时间t1与时间t2的差产生信号S3a与信号S3b的差。

在图17所示的电路中，当检测完各个相之后电路进行复位时，可以闭合第1开关411、第2开关414、第3开关415、以及第4开关412。由此来释放积聚在电容器427中的电荷。

图17所示的转子位置判断器43的比较器430比较信号S3a与信号S3b的大小。如果信号S3b大于信号S3a的话，输出逻辑值为Hi，如果信号S3a大于S3b的话，则输出逻辑值为Low。该比较器430的输出4a用作静止时转子11的位置判断信号。

以上对图17的计时器41b、时间差放大器42b以及转子位置判断器43的动作进行了说明，由于其他电路的动作与实施方式1中的静止位置检测电路和电机驱动电路相同，因此省略了对这些电路的说明。

根据本实施方式的静止位置检测电路和电极驱动电路，计时器41b包括电流源410和第1至第4开关411、414、415、412。时间差放大器41b包括电容器427，转子位置判断器43包括比较器430。此外，计时器41b、时间差放大器42b以及转子位置判断器43可以采用简单的电路构成。而且，由于时间差放大器42b只包括一个电容器427，因此可以避免使电路规模增大。

Claims (7)

1、一种静止位置检测电路，其是包括转子和至少一相负荷的电机的静止位置检测电路，用于检测静止时上述转子的位置，

包括：

电流量检测器；

计时器；

时间差放大器；

位置判断器，

上述电流量检测器通过对驱动上述电机的反相电路进行控制的控制电路，使上述负荷中流过交替流过第1方向和与上述第1方向相反的第2方向上的交流电流，并且检测上述第1方向上的上述交流电流达到值α，当检测到上述第1方向上的上述交流电流达到值α后，通过上述控制电路减小上述交流电流并使其流向第2方向，并且检测上述第2方向上的上述交流电流是否到达与上述值α正负相反的值β，当检测到上述第2方向上的上述交流电流达到上述β后，通过上述控制电路减小上述交流电流并使其再次流向上述第1方向，之后进行预定次数的上述值α和β的检测以及通过上述控制电路进行上述交流电流的控制，

上述计时器测量上述交流电流由值α变化到值β所用的第1时间以及上述交流电流由值β变化到值α所用的第2时间，

上述时间差放大器将测量到的上述第1时间和第2时间变化为电气信号，并且根据第1时间和第2时间按上述预定次数的累计结果对上述电气信号进行放大，

上述位置判断器根据上述电气信号的值来判断静止时上述转子的位置。

2、根据权利要求1所述的静止位置检测电路，

上述电机是多相电机，包括每相的上述负荷，

上述电流量检测器检测上述各相负荷中的上述值α和β，并且通过上述控制电路来控制上述交流电流，

上述计时器测量各相负荷的上述第1以及第2时间，

上述时间差放大器进行上述各相负荷的向上述电气信号的变换并且放大上述电气信号，

上述位置判断器接收上述各相负荷的上述电气信号进行判断，并且基于上述各相负荷的判定结果的组合来判断静止时上述转子的位置。

3、根据权利要求1所述的静止位置检测电路，

上述电流量检测器包括：

比较器，将由上述交流电流引起的上述反相电路中的电压降与预定的电压相比较，当上述电压降大于上述预定电压时，激活输出；

逻辑门电路，仅在上述第1以及第2时间的各自的后半部分中，使上述比较器的输出通过；

触发器，借助来自上述逻辑门电路的激活输出的机会，使输出的逻辑值反向，

上述触发器的输出反向，成为上述值α和β的检测信号以及上述交流电流的控制信号。

4、根据权利要求1所述的静止位置检测电路，

上述计时器包括：

电流源；

第1开关，从上述电流量检测器检测到上述值α开始至检测到上述值β为止的时间中，选择性地输出来自上述电流源的电流，由此来测量第1时间；

第2开关，从上述电流量检测器检测到上述值β开始至检测到上述值α为止的时间中，选择性地输出来自上述电流源的电流，由此来测量第2时间，

上述时间差放大器包括：

具有预定容量值的第1电容器，通过上述第1开关的输出进行充电，极间电压用作上述电气信号的一部分；

具有预定容量值的第2电容器，通过上述第2开关的输出进行充电，极间电压用作上述电气信号的另一部分，

上述位置判断器包括：

比较器，在正负输入端分别接收上述电气信号的上述一部分和上述另一部分，并且使输出的逻辑值作为静止时上述转子的位置的判断信号。

5、根据权利要求1所述的静止位置检测电路，

上述计时器包括：

第1以及第2电流源；

第1开关，从上述电流量检测器检测到上述值α开始到检测到上述值β为止的时间中，选择性地输出来自上述第1电流源的电流，由此来测量上述第1时间；

第2开关，从上述电流量检测器检测到上述值β开始到检测到上述值α为止的时间中，选择性地引入流向上述第2电流源的电流，由此来测量上述第2时间，

上述时间差放大器包括：

具有预定容量值的电容器，利用上述第1开关的输出进行充电，利用第2开关的电流引入来进行放电，极间电压用作上述电气信号；

定电压电源，可以提供上述电容器的上述极间电压的初始值，

上述位置判断器包括：

比较器，在正负输入端分别接收上述定电压电源产生的恒定电压和上述电气信号，并且使输出的逻辑值用作静止时上述转子的位置的判断信号。

6、根据权利要求1所述的静止位置检测电路，

上述计时器包括：

电流源；

第1开关，在上述电流量检测器检测到上述值α开始到检测到上述值β为止的时间中，通过选择性地输出来自上述第1电流源的电流来测量上述第1时间；

第2开关，在上述电流量检测器检测到上述值α开始到检测到上述值β为止的时间中，提供预定电位；

第3开关，在上述电流量检测器检测到上述值β开始到检测到上述值α为止的时间中，通过选择性地输出来自上述第1电流源的电流来测量上述第2时间；

第4开关，在上述电流量检测器检测到上述值β开始到检测到上述值α为止的时间中接地，

上述时间差放大器包括：

具有预定容量值的电容器，其具有与上述第1以及第4开关连接的第1电极和与上述第2以及第3开关连接的第2电极，上述第1与第2电极间的电压用作上述电气信号，

上述位置判断器包括：

比较器，在正负输入端分别连接上述电容器的上述第2电极和第1电极，并且将输出的逻辑值作为静止时上述转子的位置的判断信号。

7、一种电极驱动电路，包括：

权利要求1至6中任一项所述的静止位置检测电路；

上述反相电路；

上述控制电路。

Images