TW201517502A - 驅動電動機的控制電路和控制電動機的速度的方法 - Google Patents

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Abstract

提供一種用於驅動電動機的控制電路和一種用於控制電動機的速度的方法，所述控制電路包括微控制器和驅動電路。所述微控制器具有記憶體。所述驅動電路經配置以根據所述微控制器的控制而驅動所述無刷直流電動機。所述記憶體包含RPM表，且所述微控制器將占空信號發送到所述驅動電路，以根據所述RPM表來改變所述電動機的速度。

Description

驅動電動機的控制電路和控制電動機的速度的方法
本發明是有關於一種無刷直流(BLDC)電動機的技術，且特別是有關於一種用於驅動BLDC電動機的控制電路和一種用於控制BLDC電動機的速度的方法。
無刷DC(BLDC)電動機為經由積體反相器(integrated inverter)/開關電力供應器以從DC電源(electric source)供電的同步電動機，所述積體反相器/開關電力供應器產生交流(AC)電信號以驅動電動機。BLDC電動機及其機械部件通常將隨特定頻率進行共振。這種共振現象將導致電動機的可靠性問題和/或產生雜訊。本發明的目標便是為了解決此種問題。
本發明提供一種用於驅動無刷DC(BLDC)電動機的控制電路。所述控制電路包括具有記憶體的微控制器和驅動電路，所述驅動電路經配置以根據所述微控制器的控制而驅動所述 BLDC電動機。所述記憶體包含RPM表，且所述微控制器將占空信號(duty signal)發送到所述驅動電路，以根據所述RPM表來改變所述電動機的速度。
從另一方面來看，本發明提供一種用於控制BLDC電動機的速度的方法。所述方法包含以下步驟：根據記憶體中的RPM表而產生控制信號；根據所述控制信號而驅動所述BLDC電動機；所述控制信號是由微控制器產生，且所述控制信號經配置以通過驅動電路來驅動所述BLDC電動機。
為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
10‧‧‧BLDC電動機
20‧‧‧三相橋式驅動器
30‧‧‧定序器電路
40‧‧‧克拉克變換模組
45‧‧‧派克變換模組
50‧‧‧PWM電路
60‧‧‧正弦波信號產生器
65‧‧‧求和單元
80‧‧‧角度估計模組
100‧‧‧微控制器
110‧‧‧記憶體
210、230、250、270、290、295‧‧‧步驟
A‧‧‧相位
AS‧‧‧角度移位元信號
B‧‧‧相位
C‧‧‧相位
DUTY‧‧‧占空信號
HS‧‧‧信號
ia‧‧‧相電流
ib‧‧‧相電流
ic‧‧‧相電流
Iα‧‧‧二軸正交電流
Iβ‧‧‧二軸正交電流
Id‧‧‧信號
Iq‧‧‧信號
SPWM‧‧‧信號
VA‧‧‧3相電動機電壓信號
VB‧‧‧3相電動機電壓信號
VC‧‧‧3相電動機電壓信號
VIN‧‧‧輸入信號
θ‧‧‧角度信號
θA‧‧‧角度信號
附圖係用以進一步理解本發明，並且併入本說明書中並構成本說明書的一部分。所述圖式說明本發明的示範性實施例以及說明書內容，用以解釋本發明的原理。
圖1係根據本發明的一個實施例，說明用於驅動BLDC電動機的控制電路的方塊圖。
圖2係根據本發明的一個實施例，說明用於BLDC電動機的無感測器電動機控制的角度檢測和PWM操作。
圖3係根據本發明的一個實施例，其為儲存在記憶體中的RPM表(RPM Table)的示意圖。
圖4係根據本發明的一個實施例，說明微控制器的控制流程。
圖5係根據本發明的一個實施例，說明由正弦波產生器產生的波形。
圖1為根據本發明的一個實施例，係用於驅動BLDC電動機10的控制電路的方塊圖。控制電路包含三相橋式驅動器(three-phase bridge driver)20、定序器(sequencer)電路30、微控制器(MCU)100和脈寬調變(PWM)電路50。微控制器100具有記憶體110，其包含程式記憶體和資料記憶體。微控制器100根據信號HS而產生占空信號(duty signal)DUTY(即，控制信號)和角度信號θA。信號HS與BLDC電動機的位置和速度相關。占空信號DUTY和角度信號θA耦合到PWM電路50以產生信號SPWM。信號SPWM經配置以通過定序器電路30來控制三相橋式驅動器20，以驅動BLDC電動機10。三相橋式驅動器20接收輸入信號VIN以驅動BLDC電動機10。PWM電路50、三相橋式驅動器20和定序器電路30形成用於驅動BLDC電動機10的驅動電路。驅動電路經配置以根據微控制器100的控制而驅動BLDC電動機10。在本發明的實施例中，BLDC電動機10為永磁同步電動機(PMSM)。
圖2繪示根據本發明的一個實施例以用於BLDC電動機10的無感測器電動機控制的角度檢測和PWM操作。用於角度檢測和PWM操作的電路包含克拉克變換(Clarke transform)模組 40、派克變換(Park transform)模組45、正弦波信號產生器60、角度估計模組80以及求和單元(sum unit)65。克拉克變換模組40經配置以將三軸二維坐標系統(three-axis,two-dimensional coordinate system)(參考定子a、b、c)變換為二軸坐標系統(two-axis coordinate system)。換句話說，克拉克變換模組40接收電動機10的相電流ia、ib和ic，以產生用於映射電動機的相電流ia、ib和ic的二軸正交(two-axis orthogonal current)電流Iα、Iβ。派克變換模組45根據二軸正交電流Iα和Iβ而產生信號Id和Iq。角度估計模組80根據信號Id而產生角度信號θ。角度信號θ進一步回饋到派克變換模組45。求和單元65根據角度信號θ和角度移位元信號AS而產生另一角度信號θA。角度移位元信號AS用於適應各種BLDC電動機且/或用於弱磁控制(weak-magnet control)。角度信號θ包含電動機的位置和速度的資訊。
角度信號θA和占空信號DUTY耦合到正弦波產生器60以產生脈寬調變信號和3相電動機電壓信號(相位A、相位B和相位C)。3相電動機電壓信號(相位A、相位B和相位C)經配置以通過三相橋式驅動器20來驅動BLDC電動機10。正弦波產生器60具有兩個輸入，包含量值輸入和相位角度輸入。量值輸入耦合到占空信號DUTY。相位角度輸入耦合到角度信號θA。
圖5繪示根據本發明的一個實施例的由正弦波產生器60產生的波形。3相電動機電壓信號VA、VB、VC的振幅由占空信號DUTY進行程式設計。3相電動機電壓信號VA、VB、VC的角度由 角度信號θA確定。
圖3說明儲存在記憶體110中的RPM表(RPM Table)的示意圖，其為根據本發明的一個實施例。RPM(revolution per minute)表示每分鐘電動機轉幾次，表示電動機的速度。儲存在RPM Table中的邏輯1表示RPM為被容許的。儲存在RPM Table中的邏輯0表示RPM為被禁止的。圖1中的微控制器100將占空信號DUTY發送到驅動電路，以根據圖3中的RPM表來改變電動機10的速度。
圖4說明微控制器100的控制流程，其為根據本發明的一個實施例。從開始步驟200開始，在步驟210中，圖1中的MCU 100檢查是否需要改變電動機10的速度。標誌“是”表示需要速度的改變，標誌“否”表示不需要速度的改變。如果標誌為“是”，那麼在步驟230中，MCU 100將變數x設置為1，且測量電動機10的RPM值以產生常數K。常數K是通過式(1)來計算。
參數Duty_n為產生RPM值RPM_n的占空信號DUTY的電壓位準。
在步驟230後，在步驟250中，MCU 100將根據三個參數來估計下一RPM值RPM_n+x。(1)常數K；(2)變數x；和(3)占空信號DUTY的下一步的電壓位準(Duty_n+x)。下一RPM值RPM_n+x是經由式(2)來計算。
(RPM_n+x)=k×(Duty_n+x)………(2)
在步驟270中，根據RPM_n+x，MCU100將檢查記憶體110中的RPM表(RPM Table)。如果RPM Table展示RPM_n+x為被容許的(邏輯1)，那麼在步驟290中，MCU 100將占空信號DUTY的電壓位準設置為Duty_n+x。如果RPM Table展示RPM_n+x為被禁止的(邏輯0)，那麼在步驟295中，MCU 100將變數設置為x+1，且轉到執行步驟250。因此，電動機10可在不以電動機10的共振頻率的速度運轉的情況下操作。
雖然本發明已經經由實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
10‧‧‧無刷直流(BLDC)電動機
20‧‧‧三相橋式驅動器
40‧‧‧克拉克變換模組
45‧‧‧派克變換模組
60‧‧‧正弦波信號產生器
65‧‧‧求和單元
80‧‧‧角度估計模組
AS‧‧‧角度移位信號
DUTY‧‧‧占空信號
ia‧‧‧相電流
ib‧‧‧相電流
Iα‧‧‧二軸正交電流
Iβ‧‧‧二軸正交電流
Id‧‧‧信號
Iq‧‧‧信號
θ‧‧‧角度信號
θA‧‧‧角度信號

Claims (8)

  1. 一種驅動電動機的控制電路，包括：微控制器，具有記憶體；以及驅動電路，經配置以根據所述微控制器的控制而驅動所述電動機；其中所述記憶體包含RPM表；所述微控制器將占空信號發送到所述驅動電路，以根據所述RPM表來改變所述電動機的速度。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，在將新的占空信號發送到所述驅動電路以改變所述電動機的所述速度之前，所述微控制器估計新的RPM值；所述新的RPM值是根據所述所存在的占空信號和當前RPM值來估計的。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中所述RPM表包括禁止RPM值。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的控制電路，其中所述電動機的所述速度是通過角度信號來檢測的，其中所述電動機是無感測器電動機。
  5. 一種控制電動機的速度的方法，包括：根據記憶體中的RPM表而產生控制信號；以及根據所述控制信號而驅動所述電動機，其中所述控制信號是由微控制器產生；所述控制信號經配置以通過驅動電路來驅動所述無刷直流電動機。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的方法，在將新的占空信號發 送到所述驅動電路以改變所述電動機的速度之前，所述微控制器估計新的RPM值；所述新的RPM值是根據所存在的占空信號和當前RPM值來估計的。
  7. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述RPM表包括禁止RPM值。
  8. 如申請專利範圍第5項所述的方法，其中所述電動機的速度是通過角度信號來檢測的；所述電動機是無感測器電動機。
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