TWI226746B - Motor driving device and motor driving method - Google Patents
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Description
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一、【發明所屬之技術頷域】 本發明係關於:馬達的驅動技術 之馬達驅動技術。 特別是關於PWM控制 二、【先前技術】 及w相"ΓΓ、童來控Λ對馬達、線圈的通電以驅動3相(u相、v相 先前的I、查,刖的馬達驅動裝置的構成如圖2 2中所示。 處理部2、、:區雷動裝置包括··驅動馬達的電源1、霍爾信號 fi PWM松電切換部3、位準轉換部4、振盪器5、比較哭 K 及放大其兩端電壓之放大器a。 干趙ϊ ί號處理部2從霍爾元件輸入霍爾信號,產生指 ;m置之邏輯信號。通電切換部3輪入此邏輯信號來 電及圖Λ3:…通電切換部3來決定通電相二i 23(t)V:f 流的電流值之扭力指令信號Μ。圖 ° 目電流、圖2 3 (b )說明v相電流、圖2 3 (c )戈明w :”、圖23⑷說明扭力指令信號TQ。圖(兄明 抽上方為通Wee電流,在下方為(通 、二f圖23中’因為扭力指令信號7 :夂 =電流作為一電流或Slnk電流來流時的電流值各 1?0。的的馬達驅動衣置中對馬達線圈的通電’在電氡角 20的,間,對應到扭力指令信號tq之電流值來流礼角
Source電流(或sink電流)。在接著的電氣請。的期間,
1226746 五、發明說明(2) 不進行通電,電流值成為零。然後,換成S i n k電流(或 S 〇 u r c e電流)’進行相同的通電。此種矩形波的相電流的3 相差電氣角1 20 °來通電,在任意的時刻中,source電流1 相及S i nk電流1相合計2相被通電,剩下的1相則不通電。 先前的馬達驅動裝置中之通電切換部3,決定S〇urce電流 側的1相及Si nk電流側的1相的合計2相作為通電相。每隔 電氣角60°來決定通電相。 PWM控制部7 ’對通電切換部3所決定之通電相使用pwm 控制信號P來進行PWM控制。當PWM控制信號P開啟(αΝ)時, 經由通電切換部3及位準轉換部4,半橋電路的電晶體被鎖 住(La t ch On ),從電源1對馬達線圈流電流。當pi%控制信 號P關閉時,半橋電路的電晶體被解鎮,停止從電源1流入 電流。PWM控制信號p所控制的可以是s〇urce電流側或。^ 電流側中的任一者的電晶體,未被pwM控制側的電晶體被 固疋在開啟。在此係對S〇ur ce電流侧的電晶體做"Μ控 制,將Sink電流側的電晶體固定在開啟。因此,圖23U) (b ) (c )中’斜線的部分被p魏控制。 三、【發明内容】 發明所欲解決的誤韻 先前的馬達驅動裝置,如圖23中所示,在相電流切換 的地方會產生相電流的急劇的變化。此種相電流的急劇變 化會使馬達產生振動,亦是馬達產生嗓音的原因。 有鑑於上述的問題,本發明的課題是在控制之馬
1226746 五、發明說明(3) 達:動技術中,實現不會發生急劇相電流變化之通電相的 刀換,以降低馬達:的振動及馬達產生的噪音。 的方式 為了解決上述課題之本發明中之裝置,是一種使用 PWM來控制對馬達線圈通電以驅動馬達之馬達驅動裝置, 其中包括:在每個特定週期決定要進行PWM控制之第1及第 2通電相之通電切換部、輸入原扭力指令信號,產生對應 =該原扭办指令信號振幅的第i及第2扭力指令信號之扭力 ,令仏號產生部、輸入上述第丨及第2扭力指令信號及檢測 供給到上述馬達之電流之電流檢測信號,將該第丨及第2 扭力扣令^唬與該電流檢測信號分別比較,輸出第1及第2 =較結果之比較器、產生第丨及第2設定脈衝信號之振盪 态、及輸入上述第1及第2設定脈衝信號及上述第j及第2比 ^結果,依據該第丨設定脈衝信號及該第丨比較結果來產生 第1 PWM控,信號,依據該第2設定脈衝信號及該第2比較結 果來產生第2 PWM控制信號之pwm控制#;對上述通電切換 部所決定之第1及第2通電相的通電,分別依據上述pwM控 制部所產生之第1及第2 PWM控制信號並聯地進行pWM控 制。 依據本發明的馬達驅動裝置,對通電切換部所決定之 第1及第2通電相,可以依據扭力指令信號產生部所產生之 相異扭力指令之第1及第2扭力指令信號的電流值,並聯地 進行以PWM控制之通電。藉此可以平順地進行相電流的切
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上述扭力指令:信號產生部最好可以成 p 5 11 弟 指令信號,上述比較器比較 _^弟3扭力各令信號與上述電流檢測信號,輸出第3比較 t 發明的馬達驅動裝置中具有遮蔽部,對其輸入上 述第1及弟2P WM控制作號及上诚笛】 也 ^ ^ ^ ^ , 让市'1乜现及上述弟1、第2及第3比較結果, 依據该苐1及第2 P W Μ控制作赛男兮始。丨+ 卜 M M权刺乜派及该第3比較結果,來控制該 第1及第2的比較結果之有無遮蔽。 藉此,例如在以高扭力來控制 以PWM控制來通雷砗r LV价祕,。 ^ 了以依據此2相上所通電之電流值來 進行P W Μ控制。 >具體而吕’上述遮蔽部最好是當上述第1及第2ρ觀控 制信號全都是開啟狀、能Μ _ j段狀恶的期間,將上述第1及第2比較結果 加以遮蔽。 此外,上述遮蔽部,當上述第1及第2PWM控制信號都 開啟狀恶的期間,從上述第3比較結果檢測到上述電流 :咖虎的電位達到上述第3扭力指令信號的電位時,解 :亡述第1及第2比較結果中的任一者的遮&,對另一邊的 遮叙則在特定的期間内不予解除。 此=,在上述特定週期中,最好持續增加上述第i扭 %二:仏號,同時持續減少上述第2扭力指令信號,上述 遮敝4則在^述檢測時,解除上述第2比較結果的遮蔽。 此1 ’最好在上述特定週期中,持續增加上述第1扭 曰7 k #b,同時持續減少上述第2扭力指令信號,上述
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五、發明說明(5) 遮蔽部’在上述檢測時,當此時是在 〜、 時解除上述第1比較結果的遮蔽,當在上’述、特V1期的前半 半時則解除上述第2比較結果的遮蔽。^、疋週期的後 另一方面,具體而言,上述比車交 以各別的比較器將上述第i、第2及第:較器, 述電流檢測信號分別加以比較。 曰7化號與上 、 具體而言,本發明中之馬達為3相民、* ^ 達驅動裝置中之上述通電切換部對上、…’本發明的馬 線圈上所通電之相電流的週期, 二:達之各相的馬達 第1及第2通電相。 電氣肖6 0。切換上述 具體而言,本發明中之馬達為4 達驅動裝置中之上述通電切換部^相馬達,本發明的馬 馬達線圈上所通電之相電流的週、亡述馬達中之各相的 上述第1及第2通電相。 ’ ’母隔電氣角90。切換 ^ J扭力指令信號產生部,最好 產生相當於該轉子檢測信號的週期翰入轉子檢測信號, 週期的上述第1及第2扭力指令信號。之上述電氣角期間之 上述扭力指令信號產生部f最°杯曰 號,使用將該轉子檢洌信號依上述J =輪入轉子檢測信 號來產生上述第1及第2扭力指令^ $氣角加以分割後之信 另一方面,具體而言,本發明的u 述振盪器會產生週期相互獨立 J馬達驅動裝置中之上 號。 、述第1及第2設定脈衝信 具體而f,本發明的馬達驅 置中之上述振盪器, 画 第10頁 1226746 五、發明說明(6) 使第1及第2設定脈衝信號的相位差隨著上述馬達的轉速來 變化,來產生上述:第1及第2設定脈衝信號。 具體而言,本發明的馬達驅動裝置中之上述pwM控制 部,隨著上述第1設定脈衝信號,開啟上述第丨pWM控制信 唬,隨著上述第2設定脈衝信號,開啟上述第2pwM控制信 號。 具體而言,本發明的馬達驅動裝置中之上述pwM控制 ^、田從上述第1比較結果檢測出上述電流檢測信號的電
位達=十述第1扭力指令信號的電位時,關閉上述第1 pWM =制L旒,當從上述第2比較結果檢測出上述電流檢測信 ::位達到上述第2扭力指令信號的電位時,關閉上述 弟2PWM控制信號。 部本發明的馬達驅動裝置中之上述PWM控制 „ gt μ二*述第1 P龍控制信號時開始經過特定期間之後, 二妒婉2第1^WM控制信號’從關閉上述第2PWM控制信號時 歼。:=特疋期間之後,開啟上述第控制信號。 PWM來為了解決上述課題,本發明中之裝置是以 在各個胜?達線圈通電之馬達驅動方法,其中包括: ΓΛΞΓ;:產生對應到所加上之原扭力指令丄 號之扭力指令信號產生步驟、將上述第 電流檢、、|彳f ΐ k號與所檢測出供給到上述馬達之電流之 :定加以比較之比較步驟、及依據第1及第2 °又脈衝“虎及上述比較步驟的比較結果來產生第i及第
1226746 五、發明說明(7) 2PWM控制,號之pwM控制步驟;分別依據上述pwM控制步驟 所產生之第1及第2 pWM控制信號,並聯地MM控制對上 電切換步驟所決定之對第1及第2通電相之通電。 一依據本發明的馬達驅動方法,對通電切換步驟宗 =第1及第2,電相,可以依據扭力指令信號產生步驟所產 之目異之第1及第2扭力指令信號的電流值,並聯 PWM控制之通電。藉此可以平順地切換相電流。P也進仃 j述扭力指令信號產生步驟最好是可以產生將上述第 H弟!扭力指令信號加以合成之第3扭力指令信號,比較 :上述第3扭力指令信號與上述電流檢測信號加以比 .驅動方法具有遮蔽步驟,依據上述第1及第 工,h唬及上述比較步驟的比較結果來控制有盔 比較結果的遮蔽。 … ^ IUPWM據十例如當以高扭力來控制馬達時,當同時對2相 乂PWM控制來通電時,可以依據通電到 做PWM控制。 4 心电机值來 =而t,本發明中之馬達為3相馬彡,而本發明的 馬違驅動方法中之上述通電切換步驟,對上述馬達中之各 :目達線圈所通電之相電流的週期,每隔 切換上述第1及第2通電相。 木 3達2::由本發明中之馬達為4相馬達,而本發明的 m方法中之上述通電切換步驟,對上述馬達中之各 達線圈所通電之相電流的週期,每隔電氣角9〇。來 切換上述第1及第2通電相。
1226746 五、發明說明(8) 四、【實施方式】:· 以下參照圖面來說明本發明的實施形態。 (第1實施形態) 圖1—說明本發明的第1實施形態中之馬達驅動裝置的 成。本實施形態中之馬達驅動裝置,藉著PWM控制對馬' 線圈的通電來驅動3相(u相、V相及W相)馬達,其包括''有· 驅動馬達的電源1、霍爾信號處理部2A、通電切換部3 A、· 位準轉換部4、振盪器5A、比較部6A、PWM控制部7A、扭Λ 私令^唬產生部8、遮蔽部9、並聯連接之3組半橋電路、 電流檢測電阻R及放大其兩端電壓之放大器Α。 控制對U相馬達線圈C1通電之半橋電路包括··控制 Source電流通電之電晶體TrU,及控制。肚電流通電之 晶體Tr 12。同樣地,控制對v相馬達線圈C2通電之半橋電 路包括··控制Source電流通電之電晶體Tr21,及控制。^ 電流通電之電晶體Tr22。控制對W相馬達線圈㈡通電之半 橋電路包括:控制Source電流通電之電晶體Tr31,及控制 Sink電、流通電之電晶體Tr32。 "" 在電晶體Tr 11及Trl2的汲極與源極之間,與加上閘極 電壓後的電流方向相反方向上分別連接二極體Du及〇12。 同樣地,在電晶體Tr21及Tr22的汲極與源極之間,與加上 閘極電壓後的電流方向相反方向上分別連接二極體D2i及 D22。在電晶體Tr31及Tr32的汲極與源極之間,與加上閘 1226746 五、發明說明(9) 極電壓後的電流方向相反方向上分別連接二極體D3 1及 D3 2 ° : 霍爾信號處理部2 A輪入來自霍爾元件的霍爾信號,產 生指示轉子位置之邏輯信號。通電切換部3 A輸入此邏輯信 號來決定通電相。圖2中說明通電切換部3 A所決定之通電 相上所通電之相電流及決定相電流的電流值之各種扭力指 •令信號。圖2 (a )說明U相電流、圖2 ( b )說明v相電流、圖 2 ( c )說明W相電流。圖2 ( a ) ( b ) 電Source電流,其下方為通電S i nk電流。
圖2(d)中說明相當於本發明的第1扭力指令信號之增 加扭力指令信號TQ1、相當於第2扭力指令信號之減少扭\ 指令信號TQ2及相當於第3扭力指令信號之合計扭力指令七 JTQ3。這些扭力指令信號TQ1、TQ2&TQ3係以扭力指令^ U:8來產生’對相電流的週期相當於電氣角60。的 。二期;ϊ ί t ϊ丨“】加扭力指令信號tqi在電氣角60 少。人: : 1咕TnQ扭力指令信號TQ2則持續減 扭力指令信號TQ2的合成。 扭力^々信號TQ1與減少
對本實施形態中之馬達驅動壯里ώ b ^ c2及C3的通電,在電氣㈣。 S⑽電流)跟據增加扭力指令信^ S〇Ur=電流(或 值’接著的電氣角6。。的期間之電流 如來減少電流值。然後,改$據^少&扭力指令信號 成Sink電流(或Source電
1226746 五、發明說明(10) 流),進行同樣的通電。此種梯形波相電流的3相,互相平 移電氣角1 2 0。來通電,全體來說’依據增加扭力指令信 號T Q1之通電相、依據減少扭力指令彳s 5虎T Q 2之通電相及依 據合計扭力指令信號TQ3之通電相,每隔電氣角60。來切 換。 通電切換部3 A選擇S 〇 u r c e電流側的2相及S i n k電流側 的1相作為某個電氣角6 0 °的區間中之通電相。在接著的 電氣角60 °的區間中,選擇Source電流侧的1相及Sink電 流側的2相作為通電相。Source電流侧或Sink電流側所選 擇之2相的通電相,相當於依據增加扭力指令信號τ q 1之通 電相及依據減少扭力指令信號TQ2之通電相,對這些通電 相的通電是以PWM來控制。這些的相反側的Sink電流侧或 Source電流側所選擇的1相的通電相,相當於依據合計扭 力指令信號TQ3之通電相,控制此通電相之電晶體固定在 開啟。因此,圖2(a) (b) (c)中,斜線的部分是被PWM控 制。 位準轉換部4與先前的馬達驅動裝置中的具有相同的 構成,根據來自通電切換部^的信號,加到半橋電路的各 電晶體,的閘極電壓。 振盪器5 A產生相當於本發明的第1及第2設定脈衝信號 之設定脈衝信號SP1及SP2,輸出到PWM控制部7A。此設 脈衝信號SP1及SP2是使PWM控制部7A所產生之PWM控制传 P1及P2開啟之時序。 °〜 比較部6A具有3個比較器61、62及63。比較器61比較
弟15頁 1226746 五、發明說明(11) --- =指令信號TQ1與電流檢測信规,輪出相當於本發明 二弟,較結果之比較結果CR1。比較器62比較扭力指令信 號TQ2與電流檢測信號“,輸出相當於本發明的較社 :之比較結果CR2。比較器63比較扭力指令信號TQ3與電; 核測信號DS的比較,輸出相當於本發明的第3比較結果之 =較結果CR3。電流檢測信號DS是馬達線圈上通電之電流 流經電流檢測電阻R時電流檢測電阻r兩端的電壓經放大器 A放大後之信號。 PWM控制部7 A輸入來自振盪器5A的設定脈衝信號sp 1及 SP2 ’及來自比較部6A的比較結果CR1及CR2,產生用來實 現圖2所示之相電流通電的pwm控制信號pi及P2。PWM控制 信號P1及P2相當於本發明的第1及第2PWM控制信號。PWM控 制部7A將PWM控制信號P1及P2輸出到通電切換部3A,對通 電切換部3A所決定之Source電流側或Sink電流侧的2相的 通電相並聯地進行PWM控制。 扭力指令信號產生部8輸入相當於本發明的原扭力指 令信號之扭力指令信號TQ,及經霍爾信號處理部2A波形整 形後之霍爾信號DT21、DT22及DT23,產生增加扭力指令信 號TQ1、減少扭力指令信號TQ2、及合計扭力指令信號 TQ3。霍爾信號DT21、DT22及DT23相當於本發明的轉子檢 測信號。 . 圖3是說明扭力指令信號產生部8的内部構成。扭力指 令信號產生部8包括區間分割部8 1、合成部82、及調幅部 83,直接利用霍爾信號DT21、DT22及DT23的波形來產生各
第16頁 1226746 五、發明說明(12) 種扭力指令信號TQ1、TQ2及TQ3。 首先,區間分:割部81輸入霍爾信號DT21、DT22及 DT23(圖4(a)),產生每隔電氣角60 °分割後之分割信號 DT811、DT 812、DT813、DT814、DT815 及DT816C 圖 4(b))。接著,合成部82分別以分割信號DT811、DT812、 DTT813、DT814、DT815 及DT816 來切割霍爾信號DT21、DT22 及DT23,透過差動電路來產生遞增之三角波DT821及遞減 之三角波DT8 22 (圖4(c))。而且將三角波DT821及DT822加 以合成來產生固定值之合成波DT 823 (圖4(c))。最後,調 幅部83對合成部82所產生之三角波DT821及DT82 2與合成波 DT823,根據扭力指令信號tq來調幅,從三角波DT82i產生 增加扭力指令信號TQ1,從三角波DT822產生減少扭力指令 信號TQ2,及從合成波DT823產生合計扭力指令信號TQ3。 遮蔽部9輸入來自比較部6A的比較結果CR1、CR2及 CR3 ’及來自p麗控制部7 a之PWM控制信號P1及P2,根據PWM 控制信號P1及P2與比較結果CR3來進行比較結果CR1 &CR2 的遮蔽處理。此遮蔽處理將在後面詳細地說明。 以下,使用圖5的流程圖來說明上述構成中之馬達驅 動裝置,所進行之PWM控制。以下的說明是假設馬達被以低 扭力^驅動,PWM控制信號p丨及? 2都不會成為開啟狀態。 一 當PWM控制開始時,在步驟S 1確認是否被輸入設定脈 ,仏就SP 1 ’若未被輸入則前進到步驟S2,若有被輸入則 則進到步驟s 3。在步驟S 2確認是否被輸入設定脈衝信號 SP2 ’若未被輸入則回到步驟§1 ’若被輸入則前進到步驟
1226746 五、發明說明(13) " — " ' ' S7 〇 在步驟S3中使PWM控制信號P1開啟。然後前進到步驟 —、’確認PWM控制信號ρ〗&P2是否都是開啟狀態。在此的 况明由於假設都不會成為開啟狀態,所以前進到步驟s 5。 在步驟S5中破認電流檢測信號Ds的電位是否達到增加 =f指令信號TQ1的電位,若是沒有達到則回到步驟S4曰, 4尺達到則鈾進到步驟S6。在步驟S6中,使PWM控制信號 關閉,然後回到步驟S i。 口儿 在步驟S7中使PWM控制信號P2開啟。然後前進到步驟 ―、,確認PWM控制信號pi及P2是否都在開啟狀態。在此的 α兄明由於假設都不會成為開啟狀態,所以前進到步驟s 9。 在步驟S9中確認電流檢測信號Ds的電位是否達到減少 ,力指令信號TQ2的電位,若是沒有達到則回到步驟S8, 則前進到步驟Sl0。然後,在步驟sl〇使pwM控制 L號P2關閉,回到步驟s 1。 接著,使用將圖2之時刻11的前後在時間軸上放大後 ^6的時序圖來說明上述以PWM來控制對馬達線圈通電的 狀恶。在時刻tl所屬於之電氣角6〇。的區間中的通電相, fs〇urce電流側選擇v相及¥相,在Sink電流側選擇u相。v =是依據pwm控制信號?1來進行PWM控制,W相電流是 依據PWM控制信號P2來進行PWM控制。 ,一圖6(a)中說明設定脈衝信號spi及sp2。此處的設定脈 衝仏#uSPl及SP2為週期相同’相互偏移半週之脈 衝。圖6(b)中說明PWM控制信號^及”。圖6(c)中說明電
1226746 五、發明說明(14) 流檢測號D S。圖6 ( d )中說明V相電流,圖6 (e )中說明w相 電流。圖6(b) (c): (d)中之期間a相當於PWM控制信號P1開 啟的期間,圖6 ( b) ( c ) ( e)中之期間b相當於pWM控·制信號 P 2開啟的期間。在圖6 (d ) ( e )中之期間c,流動回生電 流。 PWM控制部7A輸入設定脈衝信號SPi使PWM控制信號?1 開啟。藉著開啟PWM控制信號P1,通電切換部3A透過位準 轉換部4,使對應到PWM控制信號?1之通電相之v相的 Source電流側的電晶體Tr21鎖住,從電源1流入s〇urce電 流。控制Sink電流側的通電相之u相之電晶體Trl2在時刻 ΐ 1所屬於之電氣角6 0。的區間中,被固定在開啟。 圖7說明此時馬達線圈上所流的電流。當pWM控制信號 P1 0開啟時,如圖7中的實線所示一般,依電源卜電晶體 Tr21\馬達線圈C2 -馬達線圈ci -電晶體Trl2的方向流動電 流。最後流入電流檢測電阻R,產生電流檢測信號D s。圖7 中虛線所示的電流,此時,作為回生電流流到馬達線圈。 電流檢測信號DS的電位漸漸地增大,然後達到增加扭 力指令彳§ ^TQ1的電位(圖6 ( c ))。此時,比較部6 a中之比 較器61'的比較結果“1的輸出發生變化。遮蔽部9在此並不 進行遮蔽處理,而將比較結果CR1直接輸出到pwM控 7A。 · PWM控制部7A輸入比較結果⑻,當檢測出電流檢測传 號DS的電位達到增加扭力指令信號TQ1的電位時,使pwM 制信號P1關閉。藉此,電晶體Tr21被解鎖。藉著殘存在^
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達線圈上之電能,依馬達線圈C2_馬達線圈Cl_電晶體 T r 1 2 -二極體D 2 2的:方向流動回生電流。 接著,PWM控制部7A輸入設定脈衝信號sp2,使pwM俨 制信號P2開啟。當PWM控制信號P2成為開啟,通電切換ς 3Α透過位準轉換部4,使對應到PWM控制信號“之通電相之 W相的Source電流側的電晶體“”鎖住,從電源1流入 Source電流。控制Sink電流侧的通電相之^^ =電\
Trl2接著開啟。 日日股 圖8說明此時的馬達線圈所流的電流。當pwM控制俨號 P2開啟,如圖8中的實線所示一般,依電源卜電晶體τ/3ι_ 馬達線圈C3-馬達線圈C1_電晶體Trl2的方向流動電流。最 後流^電流檢測電阻R,產生電流檢測信號DS。圖8中以虛 線所不的電流,是剛才當PWM控制信號ρι關閉後, 1 達線圈的回生電流。 …、 電流檢測信號DS的電位漸漸地増大,然後達到 力指令信號TQ2的電位(圖6(c))。此時,比較部6八中之比 較器62的比較結果CR2的輸出發生變化。遮蔽部9在此並不 進订遮敝處理,而將比較結果CR2直接輪出到pwM控制 7 A 〇 PWM控制部7A輸入比較結果CR2,當檢測出電流檢測信 號DS的電位達到減少扭力指令信號TQ2的電位時,使"Μ 制信號P2關閉。藉此,電晶體。31被解鎖。藉著殘存在= 達線圈上之電能,依馬達線圈C 3 _馬達線圈[1 _電晶體… T r 1 2 -二極體D 3 2的方向流動回生電流。 _
第20頁 1226746 五、發明說明(16) 接著,說明圖2中時刻t 2所屬於之電氣角6 0 °的區間 中之PWM控制。此區間是時刻11所屬的區間的下一個區 間。在時刻t 2所屬之電氣角6 0。的區間中的通電相,在 Source電流側選擇v相,在Sink電流側選擇U相及W相。W相 電流依據PWM控制信號P1進行PWM控制,U相電流依據PWM控 制信號P2進行PWM控制。再次使用圖6作為將時刻12的前後 在時間軸放大後之時序圖。圖6 ( d )中說明W相的S i n k電 流,圖6(e)中說明U相的Sink電流。
?^^控制部7八輸入設定脈衝信號3?1,使?11«控制信號 P1開啟。當PWM控制信號P1開啟,通電切換部3A透過位準 轉換部4使對應到PWM控制信號P1之通電相之w相的Sink電 流側的電晶體Tr32鎖住。控制Source電流側的通電相之V 相之電晶體Tr21在時刻t2所屬之電氣角60。的區間中被固 定在開啟。 圖9中說明此時馬達線圈上流的電流。當pWM控制信號 P1被開啟,如圖9中的實線所示一般,依電源卜電晶體& Tr21-馬達線圈C2-馬達線圈㈡―電晶體Tr32的方向流動電 流。最後流入電流檢測電阻R,產生電流檢測信號Ds。 中以虛,線所示之電流,為馬達線圈上的回生電流。 電流檢測信號DS的電位漸漸地增大,然後達到择 力,令信號TQ1的電.位(圖6(c))。此時,比較部6人中曰之ϋ比丑 較裔6 1的比較結果cri的輸出發生變化。遮蔽部g在此 進灯遮蔽處理,而將比較結果CR1直接輸出到pWM控制部不
第21頁 I _ 1226746 五、發明說明(17)
Fd/aH控制部7A輸入比較結果CR1 ’ f檢測出電流檢測信 ‘二到增:加扭力指令信_的電位時,使PWM控 m 藉此,電晶體㈣被解鎖。藉著殘存在馬 ί,ίΛ,電能,依馬達線圈C2-馬達線圈.二極細卜 冤日日體Tr21的方向流動回生電流。 接著,PWM控制部7A輸入設定脈衝信號sp2,使pwM杵 制:號P2開啟。當PWM控制信號?2成為開啟,通電切換; ϋ相位部4,使對應到PWM控制信號?2之通電相之 = 電晶體TH2鎖住。控制s〇urce電流侧 的通電相之v相之電晶體Tr2丨也接著被開啟。 _^,〇 == ”線圈上流的電流。當剛控制信號 幵 ° 中的貫線所示一般,依電源1 -電晶體 馬Λ線圈C2—馬達線圈C1—電晶體Tri2的方向流電 二二ί:公電流檢測電Μ,產生電流檢測信細。圖 ^ ^不的電流,是剛才當PWM控制信號Pl關閉後, 流入馬達線圈之回生電流。 的電位漸漸地增大,然後達到減少扭 力和令WTQ2的電位(圖6(c))。此時’比較部^中 :父器62'=結果CR2的輸出發生變化。遮蔽則在此並不 7A <丁 ’成敝地5 ,而將比較結果CR2直接輸出到PWM控制部 PJM控制部7A輸入比較結果CR2,檢測出電流檢測信號 DS的電位達到減少扭力指令信號: 號_。藉此’電晶體Trl2被解鎖。藉著殘存在= 第22頁 1226746 五、發明說明(18) 圈上之電能,依馬達線圈C2-馬達線圈C1-二極體DU-電晶 體T r 2 1的方向流動:·回生電流。 以上是假設馬達被以低扭力驅動來說明PWM信號P1及 P2都不會成為開啟狀態之PWm控制。接著,假設馬達被以 同扭力來驅動的情況。當馬達被以高扭力來驅動時,對馬 達線圈的通電量增加。因此,PWM控制信號?1及“都成為 開啟狀態,對Source電流侧或Sink電流側的2相將同時發 生通電。以下,使用圖5的流程圖來說明當ρψΜ控制信號pi 及P2都開啟的狀態時之PWM控制。 ,當PWM控制信號pi及P2都成為開啟狀態,從步驟S4或 S8 $進到步驟si }。在步驟8丨1,以比較部β Α的比較結果 CR1及CR2作為遮蔽前進到步驟S1 2。以比較結果cri及CR2 作,遮蔽的理由如下。當PWM控制信號P1 &P2都成為開啟 $態時’電流檢測信號DS成為顯示s〇urce電流側4Sink電 ^側中2相同時通電時之合計電流。因此,增加扭力指令 信號TQ1及減少扭力指令信號TQ2並非此時的電流檢測信號 DS的比較對象,若加以比較則會輸出錯誤的比較結果。 在步驟S 1 2中確認電流檢測信號Ds的電位是否達到合 什扭力 '指令信號TQ3的電位,在達到為止將重複步驟S1 2。 一旦達到則前進到步驟S 1 3。 在步驟S1 3使PWM控制信號P2關閉,只解除比較結果 CR2的遮蔽,然後前進到步驟S14。此處,在PWM控制信號 P1 f W關閉PWM控制信號P2的理由如下。因為PWM控制信號 P1疋用來對依據增加扭力指令信號Ml之相電流做pWM控
第23頁 1226746 1、發明說明(19) " ' "" ' — -- 制,另一方面,PWM控制信號P2是甩來對依據減少扭力浐 令信號TQ2之相電流做PWM控制。因此·,控制電力漸漸增曰大 之PWM控制信號?1會較控制漸漸減少之pwM控制信號μ,㊉ ,較長的開啟時間。於是,為了使PWM控制信號?1的開啟7" 日寸間盡可能長,先使PWM控制信號P2關閉。 在步驟S14,從步驟S12中電流檢測信號])3的電位達到 合計扭力指令信號TQ3的電位時開始,經過特定期間tmi 後,解除比較結果CR1的遮蔽後回到步驟S4。此處,直到 解除比較結果CR1的遮蔽為止,間隔特定期間tml之理由如 下。在步驟S13中關閉PWM控制信號P2之後,電流檢測信號 DS成為表示PWM控制信號?1開啟時通電之電流。但是,在 ,閉PWM控制信號P2之後,因為關閉前的電力殘留在放大 内,可能造成比較結果CR1發生錯誤。此特定期間 敢好是數百ns左右。 以下使用圖2中之時刻t丨的前後在時間軸上放大後之 圖11的時序圖來說明上述以PWM來控制對馬達線圈通電之 狀態。在時刻tl所屬之電氣角60。的區間中的通電相,在 Source電流側是選擇V相及w相,在Sink電流側是選擇u 相。V相電流是以PWM控制信號p 1進行ρψΜ控制,w相電流是 以PW.M控制信號P2進行PWM控制。 圖11 (a)說明設定脈衝信號SP1及SP2。此處之設定脈 衝彳a號S P1及S P 2為週期相同’相互偏移半週期所產生之脈 衝。圖11 (b)說明P WM控制信號p 1及p 2。圖11 ( c)說明電流
第24頁 1226746 五、發明說明(20) ---- 檢測信號D S。圖1〗(却、BB P 1 rtTir , 口 1 1、况明V相電流,圖11 ( e )說明W相電 ^ °圖1 1 (b) (c) (d)中之期間a相當於開啟pwM控制信號
Pl$期間’圖i1(b) (c)(幻中之期間b相當於開啟pw控 素J L號P 2的期間。在圖丨丨(d )(㊀)中之期間[流動回生電 /;,L圖11 (C)中之期間D相當於開啟PWM控制信號P1及P2的 期間。 。PWM斧制部7A輸入設定脈衝信號SP1,開啟PWM控制信 唬P1。s PWM控制信號pi開啟,通電切換部3A透過位準轉 換部4,使對應到PWM控制信號?1之通電相之v相的 電流側的電晶體Tr21鎖住,從電源}流入s〇urce電流。控 制Sink電流側的通電相之u相之電晶體Trl2在時刻所屬 之電氣角6 0的區間中被固定在開啟。 電流檢測信號DS的電位漸漸地增大,而接近增加扭、力 指=信號TQ1的電位(圖11(c))。但是,在達到增加扭力指 令信號TQ1的電位之前,PWM控制部7A輸入設定脈衝信號 SP2,使PWM控制信號P2開啟。當pWM控制信號?2開啟,通 電切換部3A透過位準轉換部4,使對應到pWM控制信號p2之 通電相之W相的Source電流側的電晶體7^31鎖住,從電源1 流入Source電流。從此時開始,開始同時通電¥相及w相的 2相。 當遮蔽部9檢測出PWM控制信號ρι及”都成為開啟狀 態’以比較部6A的比較結果CR1及(^2作為遮蔽,輸出到 PWM控制部7A。因為比較結果CR1及CR2被遮蔽,所以控 制部7A不關閉PWM控制信號P1及?2,持續對v相及w相通
第25頁 1226746 五、發明說明(21) 電。 電流檢測信號DS的電位漸漸地增大,然後達到合計扭 力指令信號TQ3的電位。此時,比較部^中之比較器63的 比較結果CR3的輸出發生變化。遮蔽部9輸入比較結果 CR3 ’當檢測出電流檢測信號…的電位達到合計扭力指令 信號TQ3的電位時,解除比較結果CR2的遮蔽。 PWM控制部7A輸入比較結果(^2,當檢測出電流檢測信 號DS的電位達到減少扭力指令信號Tq2的電位時,關閉 控制信號P2。藉此,電晶體。31被解鎖。以殘存在馬達線 圈上之電力來流動回生電流。 遮蔽部9,從檢測出電流檢測信號DS的電位達到合計 扭力指令信號TQ3的電位開始經過特定期間tml後,解除比 較結果CR1的遮蔽。此時電流檢測信號DS的電 增加扭力指令信號TQ1。 d未違到 力指的電位漸漸地增大,然後達到增加扭 比較社果d二:位。此時’比較部6Α中之比較器61的 C 1 ^ ^ 〇 PWM ^ flJ ,P7A ^ , tb ^ 檢測信_的電位達到增加扭力指令 Q的電位時,關閉PWM控制信號以。藉此, . 以馬達線圈上殘留的電力來流動回生電流。 接者况明圖2中時刻t2所屬之電氣角6〇。沾广卩目士 PWM控制。此F θ 口士 ” s电乱角60的區間中之 此(he間疋時刻t丨所屬之區一 時刻12所屬之雷翁备n。 的下個區間。在 尾亂角60 的&間中的诵雷i曰,—p 流側選擇V相,在Sink雷、、 、電相在Source電 在hnk電相及w相。w相電流依據
第26頁 1226746 五、發明說明(22) 控制信號?1來進行pfM控制,u相電流依據pwM控制信號 仃PWM控制..以下再次使用圖n作為將時刻七2的前 ^日守間軸上放大後之時序圖。圖π (d)表示W相的Sink電 /;,L 圖U ( e )表示U相的s i n k電流。 口 PWM控制部7A輸入設定脈衝信號SP1,開啟pwm控制信 號pi。當pwm控制信號?1開啟,通電切換部3A透過位準轉 換邛4,使對應到ρ ψΜ控制信號p 1之通電相之界相的s丨nk電 級側的電晶體Tr32鎖住。控制s〇urce電流側的通電相之v 相之電晶體Tr21在時刻t2所屬之電氣角6〇。的區間中,被 固定在開啟。 電/’IL檢測指號D S的電位漸漸地增大,接近增加扭力指 令信號TQ1的電位(圖U(c))。但是在達到增加扭力指令信 號TQ1的電位前,PWM控制部7A輸入設定脈衝信號SP2,使 PWM控制信號P2開啟。當PWM控制信號?2開啟,通電切換部 3A透過位.準轉換部4,使對應到PWM控制信號?2之通電相之 U相的S 1 nk電流側的電晶體τ Γ丨2鎖住。從此時開始同時對u 相及W相的2相通電。 當遮蔽部9檢測出pwm控制信號pi及Ρ2都成為開啟狀 態,以比較部6Α的比較結果CR1及CR2作為遮蔽,輸出到 PWM控制部7A。因為比較結果CIU及CR2被遮蔽,所以pWM控 制部7A不會關閉PWM控制信號P1及?2,持續對u相及w相通 電。 . 電流檢測號〇8的電位漸漸地增大’然後達到合計扭 力指令信號TQ3的電位。此時,比較部6人中之比較器63的
第27頁 1226746 五、發明說明(23) 比較結果C R 3的輪φ &丄織# a a CR3,當檢測出電二二二。的::9輸入比較結果 电机檢測#號DS的電位達到合古+ j a 信號TQ3的電位時,解除比較結果CR2的遮蔽。。十扭力心令 σ PWM控制部7Α輸入比較結果CR2,當檢 =DS的電位達到減少扭力指令信號 二 圈上之”來流動回生電流。 〜存在馬達線 扭力::;:9號二:測出電流檢測信細的電位達到合計 達至1 3力Λ蔽。此時的電流檢測信細的電位尚未 J曰加扭力指令信號TQ1。 比較姓2 &時’比較部6Α中之比較器61的 CRi ,當檢測出ΐ =生變化°PWM控制部7Α輸入比較結果 信號m的電位Γ 測信號DS的電位達到增加扭力指令 解鎖;V、關閉剛控制信射1。藉此,電晶體 以片 馬達線圈上殘留的電力來流動回生電流。 制通電,ΐΐίΓ施形態’對2相的通電相並聯地以ρ籠控 的振動並降低危平順地變藉此’可以抑制馬達 力遷移到古紐2達卡音。且因為可以平順地控制從低扭 间#力,對所有的扭力都可以得到相同的效果。 態之“Γ兒::,在PWM控制信號P1及Ρ2同時在開啟狀 信#Ten & φ田電流檢測信號Μ的電位達到合計扭力指令 〜、電位時’是關閉PWM控制信號Ρ2,但也可以使
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PWM控制信號?1先關閉。但若是使控制 控制信㈣先眺,會使得依據增加扭力指令信^ = Μ ::通:$不*,所以最好是使P髓控制信號P2先關閉: 二二流檢測信號DS的電位達到☆計扭力指 令“唬TQ3的電位時,在人蚪如 7 ^ 半關閉PWM控制信號pi,:後丰H?TQ3的週期的前 在後+關閉PWM控制信號P2 〇 祕u i上ί的馬達驅動裝置中具有放大^,但也可以去 f此放大裔A ’而將電流檢測電阻R的
;檢測信號DS。上述圖示中的電流檢測電阻U連接接^ 笔位側、’但也可以連接在例如電源丨之後的高電位侧。一 上述的比較部6A具有3個比較器61、62及63,但也可 = PWM控制信^1ΑΡ2同步,藉著選擇與電流檢測信號 DS做比較之扭力指令信號,而只用一個比較器。
上述馬達線圈的回生電流是透過半橋電路的各電晶體 的源極與汲極間所連接之二極體來流動。但也可以取代二 極體’對與開啟之電晶體串聯之電晶體,移動時序使得半 橋電路上不會流貫通電流,來進行相位反轉同步控制。藉 此’可以去掉對二極體通電時的壓降損失,以降^馬達驅 動裝置的消耗電力。此處之電晶體也可以是功率BJT、功 率MOS、IGBT 等。 上述中’是輸入來自霍爾元件的霍爾信號來檢測轉子 位置,但霍爾信號之外,也可以在使用無感測馬達時,從 馬達線圈的逆起電力來檢測轉子的位置。
1226746 五、發明説明(25) (第2實施形態) 本發明的第2實施形態中之馬達驅動裝置,具有與第】 實施形態甲之馬達驅動裝置中之扭力指令信號產生部8的 構成不同之扭力指令信號產生部8 A。其他的構成及動作因 為與第1實施形態相同故省略其說明。本實施形態中之馬 達驅動裝置的各構成要素及各種信號標示可以參照圖1中 之符號。 本貫施形悲中之馬達驅動裝置是使用正弦波的相電流 來驅動馬達。圖1 2中說明通電切換部3 a所決定之通電相上 通電之相電流及決定相電流的電流值之各種扭力指令信 號。圖1 2 (a )中說明U相電流、V相電流及w相電流。圖 1 2 (a)中’在時間轴的上方是通電S 〇 u r c e電流,下方則通 電S i π k電流。 圖1 2 (b)中說明相當於本發明的第1扭力指令信號之增 加扭力指令信號TQ 1、相當於第2扭力指令信號之減少扭力 指令信號T Q 2及相當於第3扭力指令信號之合計扭力指令作 號TQ3。扭力指令信號TQ1、TQ2及TQ3是扭力指令信號2 ^ 部8A所產生,以相當於相電流週期的電氣角6〇。的^間作 為週期之信號。增加扭力指令信號TQ1在電氣角6〇。/的期 間内持續增加,而減少扭力指令信號TQ2則持續減少。合 计扭力指令信號T Q 3是增加扭力指令信號τ q 1與減少扭力指 令信號TQ2的合成。 扭力指令信號產生部8 A輸入相當於本發明的原扭力指 令信號之扭力指令信號T Q ’及經霍爾信號處理部2 a波形整
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形後之霍爾信號DT21、D丁^ . Μ以及U 1 z 3,產生增加扭力指令信 號T Q1、減少扭力指令作缺τ π 9 , ? u曰7 L就1 Q2、及合計扭力指令信號 TQ3。 圖3說明扭力指令信號產生部8八的内部構成。扭力指 令信號產生部8A包括:區間分割部81、合成部82A、及調 幅部83 ;直接利用霍爾信號DT21、DT22及〇123的波形來產 生各種扭力指令信號。 首先’區間分割部8 1輸入霍爾信號DT21、DT22及 DT23(圖13(a)),產生每隔電氣角6〇。來分割後之分割信 號DT811 、DT812 、DT813 、DT814 、DT815及DT816(圖 13(b)) °接著,合成部82a對分割信號DT8U、DT81 2、 DT813、DT814、DT815 及DT8 16,從霍爾信號DT21、DT22 及 DT23切出從電氣角〇。到60。的第1正弦波DT821、從電氣 角120到180 °的第2正弦波DT8 22及從電氣角60。到120 的第3正弦波DT8 23 (圖13(c))。最後,調幅部83將合成 部82A所產生之第i正弦波DT8n、第2正弦波DT822及第3正 弦波DT8 23 ’以扭力指令信號Tq加以調幅,從第1正弦波 DT821來產生增加扭力指令信號τ<31,從第2正弦波DT822來 產生減少扭力指令信號TQ2,從第3正弦波DT823來產生合 計扭力指令信號TQ3。 如同上述’依據本實施形態可以對馬達線圈通電正弦 波的相電流’進一步實現馬達的低振動化及低噪音化。 上述中’是輸入來自霍爾元件的霍爾信號來檢測轉子 位置,但霍爾信號之外,也可以在使用無感測馬達時,從
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馬達線圈的逆起電力來檢測轉子的位置。 (第3實施形態) 本發明的第3實施形態中之馬達驅動裝置,1 灵&形態中之馬達驅動裝置中之扭力指令信號產生部8 f ^異之扭力指令信號產生部8B。其他的構成及動& ”第1實施形態相同故省略其說明。而且,本實施形能中馬 之馬達驅動裝置的各構成要素及各種信號可以參照梗厂、 圖1中的符號。 ^ ’、、、不不在 扭力指令信號產生部8Β輸入相當於本發明的原扭力指 令信號之扭力指令信號TQ,及經霍爾信號處理部2Α波形^ 形後之霍爾信號DT21、DT22及DT23,來產生增加扭力^ = L號T Q 1、減少扭力指令信號T Q 2、及合計扭力指令作夢 TQ3。這些扭力指令信號為步階波。 圖1 4說明扭力指令信號產生部8 Β的内部構成。扭力指 令k 5虎產生部8 Β包括有:區間分割部8 1、區間細分部8 4、 及步階波產生部8 5。 首先,區間分割部81輸入霍爾信號DT21、DT22及 DT23 ’產生每隔電氣角6 0 °分割後之分割信號DT8 1 1、 DT812、DT813、DT814、DT8 15 及DT816。接著,區間細分 部 84 將各分割信號 DT811、DT812、DT813、DT814、DT815 及DT81 6進一步8分割,產生細分信號0 Ο、θ \、Θ1、Θ 3、04、05、06、及<97。圖15是將其中的分割信號 DT811及DT812取出後的時序圖。圖1 5 (a)中說明分割信號
1226746 五、發明說明(28) -- DT8H及DT812。m5(b)說明對分割信號1^811及肘812之 細分信號(9 0到<9 7 :。 圖16中說明步階波產生部85的電路構成。步階波產生 部85包括有:串聯連接之複數個電阻、對這些電阻供給電 流之放大器及電晶體、及用來對與細分信號〇 〇到〇 7串聯連 接之電阻供給各電壓之開關及邏輯電路;輸入細分信號Θ 0到0 7及扭力^曰令彳§號T Q ’產生增加扭力指令信號τ q 1、 減少扭力指令信號TQ2及合計扭力指令信號TQ3 (圖~ 15(c))。 ~ 以上’依據本貫^形悲’錯者改變步階波產生部8 5中 串聯連接之複數個電阻的電阻比,可以產生各種不同的扭 力指令信號。 上述區間細分部8 4是將區間分割信號分別8分割後來 產生細分k 3虎’但也可以更細分為1 6分割或3 2分宝ij等。若 是更加細分割’可以產生更接近正弦波的步階波之各種扭 力指令信號。先前的扭力指令信號產生部8 B是輸入霍爾信 號,但不限於霍爾信號,只要可以顯示轉子位置信號即 可。例如,也可以在無感測馬達中,輪入馬達線圈的逆起 電力。, (第4實施形態) · 本發明的第4實施形態中之馬達驅動裝置,具有與第1 實施形態中之馬達驅動裝置中之振盪器5 A構造不同之振蘯 器5 B。其他的構成及動作因為與第1實施形態相同故省略
第33頁 1226746 發明說明(29) 其說明。本實施形r 種信號可以來昭中之馬達驅動裝置的各構成要素及各 #中所標示之符號。 振盡姦5 B產峰讷杉
Sp2。圖17中戈明4期相互獨立的設定脈衝信號SP1及 卯2的幾個例;。器⑽所產生之設定脈衝信號SP1及 相同之例子。圖中說明設定脈衝信號SP1及SP2為 率為相異之例:(b)中說明設定脈衝信號SP1及SP2的頻 圖1 7 (c)中說明阵^ SP1及SP2間的相位罢思者馬達的轉速來改變設定脈衝信號 dl -般地加大相位差之,子:的轉速為低速時,如 差。雜装々丨古、 ,®成為尚速時如d 2 —般地縮小相位 ^ P $日栌§ 、回速轉動時的相位差,可以加長以PWM來控 制2相同時通電的期間。 + t 十、t以上所述’依據本實施形態,例如隨著馬達的轉速 來改變設定脈衝隹缺J ^ ^ w化S P1及P 2間的相位差,可以調節以p界μ 來控制對2相同時通電之期間。 (第5實施形態) 一本,明的第5實施形態中之馬達驅動裝置,具有與第j 實施形態中之馬達驅動裝置中之pWM控制部7Α構造相異之 PWM控制部JB。其他的構成及動作因為與第1實施形態相同 故省略其說明。本實施形態中之馬達驅動裝置的各構成要 素及各種信號可以參照圖1中所標示之符號。 PWM控制部7Β,關閉PWM控制信 定期間後開啟。舉例來說,圖18(a)中說明設定脈衝;;虎特
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中說明PWM控制信號?1、圖18(c)中說明計數 計數脈衝信號CP的週斯較設定脈衝信號SP1 〇 五、發明說明(30) spl、圖 18(b) 脈衝信號CP。 的週期短許多 PWM控制部7B,從關閉PWM控制信號?1開始 數脈衝信體的脈衝到特定數為止,·賴 信-號十 Η,間隔一定的PWM關閉期間。當計算計數脈衝 脈衝到特定數後,開啟pWM控制信號P1。 β儿勺
_ t =上所㉛,依據本實施形態,藉著保持-定的PWM 門::日曰士所I Γ抑::如在低扭力控制時,當PWM開啟時 間很短4所產生之馬達轉動不穩。可以 低振動化及低噪音化。 Γ /貝現馬達的 在PWM關閉期間PWM控制信mpi&p2並不需 19(a)中PWM控制信號pi的PWM關閉期 ^ PWM控制信號?2的?0關閉期間之以可以不同,、圖19〇)中 (第6實施形態) 圖20說明本發明的第6實施形 嫉杰。太每#…此丄 ^ r i馬運駆動I置的 曰以PWM 之馬達驅動裝置’對馬達線圈的通電 二Λ驅動4相(u相、v相、w相及χ相)馬達,其包 Ϊ3Β::Ϊ;;之電源1、霍爾信號處理部2Β、通電切換 部3 Β 位準轉換部4 A、振邊哭' 5 A、ix h 、 7A、杻力於八户各女丄 比較部6A、PWM控制部 7A、租力才日令信號產生部8C、遮 ' 捧雪路、另脸+ +认, t蚊# 9、亚聯連接之4組半 橋包路及將電流檢測電阻R及JL而# + r , 亍 A。 汉/、兩端電壓放大之放大器
第35頁 1226746 五、發明說明(31) 控制對X相馬達線圈C4通電之半橋電路是由控制 Source電流通電之:電晶體Tr41,及控制Sink電流通電之電 晶體Tr42所形成。在電晶體Tr41、Tr42的汲極與源極之 間’在與加上閘極電壓之電流的相反方向上分別連接二極 體D41與D42。U相、V相及W相因為與第i實施形態相同故省 略其說明。振盪器5 A、比較部6A、PWM控制部7A及遮蔽部9 因為與第1實施形態相同,故省略其說明。[ 雈爾#號處理部2 Β輸入來自霍爾元件之霍爾信號,產 生顯示轉子位置之邏輯信號。通電切換部3Β輪入^輯戶 號來決定通電相。圖21(a)令說明由通電切換部3Β所決定 =通電相上通電之U相f流、V相電流1相電流及χ相電 &。圖21(&)中,在時間軸上方為通電3〇叮(^電流, 方為通電S i n k電流。 圆^Hb)中說明相當於本發明的第i扭力指令信號之挣 =力指令信號TQ1、相當於第2扭力指令信號之減少扭^ ^k號TQ2及相當於第3扭力指令信號之合計扭力指八 JTQ3。這些扭力指令信號TQ1、⑽及⑽是在扭力指^ 產…相當於相電流週期的電氣角9。。㈣ 間為週期之信號。增加扭力指令信號TQ1在電 =月 續增大,減少扭力指令信號TQ2則持續減少。人呀 扭力扣令信號TQ3是增加扭力指令信號TQ1盥 σ 信號TQ2的合成。 /、减〆扭力指令 4相馬達的驅動中,將位相差18()。 對合計2對進行p㈣制。亦即,在圖21(a)l;mw
1226746 五、發明說明(32) 相為第1對,V相及X相為第2對,當第〗對依據增加 令信號TQ1之電流值被PWM控制時,對控制〇相的s〇urj = 流(或Sink電流)通電之電晶體TrU(或。12)及控制?相二 Sink電流(或Source電流)通電之電晶體Tr32 (或Tr3 士 =關。因此,4相馬達的驅動在實質上成為2相馬達的驅% 通電切換部3B選擇第1對作為某電氣角9〇。的區 增加扭力指令信號TQ1之通電相,選擇第2對作為減少 指令信號TQ2之通電相。選擇第2對作為接著的電 力 的區間中增加扭力指令信號邝丨之通電相,選擇第丨對 減少扭力指令信號TQ2之通電相。 才乍為 位準轉換部4A根據來自通電切換部3B的信號,加上 橋電路中之各電晶體的閘極電壓。 、、,牛 ^力,令信號產生部8C輸入相當於本發明的原扭力 令信號TQ,及經霍爾信號處理部2B波形^ 指令信號TQ1、竑小如L 士社入α 從土曰刀口扭力 ,於屮^ 令信號TQ2、及合計扭力指令信 „ 9 ^1比較部6 A。各種扭力指令信號的產生因為 與第2貫施形態袓同故省略其說明。 為 &叙ί二述;般來構成之馬達驅動裝置中之PWM控制,因 為與弟1貝施形態相同故省略其說明。 口 f I,依據本實施形態來驅動4相馬達時,對2對 進侧控制,可以使相電流平順地變化。 曰 馬達的振動,並降低來自馬達的噪音。而 1226746 五、發明說明(33) " -~--- 且,因為可以平順地控制從低扭力轉移到高扭力,對 的扭力都可以得到郝同的效果。 上,的馬達驅動裝置中具有放大器A,但也可以去掉 此^,器A,將電流檢測電阻R的兩端電壓直接作為電流 測仏號DS。上述圖示中的電流檢測電阻R是連接在低電位 侧’但也可以連接在例如電源1後的高電位側。 、上述比較部6A中具有3個比較器61、62及63,但也可 1使PWM控制信號P1及?2同步,藉著選擇與電流檢測信號 故比車乂之扭力指令信號,可以只用一個比較器。 /述馬達線圈的回生電流是透過半橋電路的各電晶體 極源極與汲極間所連接之二極體來流動。但也可以取代二 =對與開啟之電晶體串聯之電晶體,移動時序使半橋 此,^不會流通貫通電流,來進行相位反轉同步控制。藉 裝w可=去掉對二極體通電時的壓降損失,降低馬達驅^ 1 的消耗電力。或者,此處的電晶體也可以是功率 、功率MOS、IGBT等。 置述中’是輸入來自霍爾元件的霍爾信號來檢測轉子位 ’但霍爾信號之外,也可以在使用無感測馬達時,從馬 線圈,的逆起電力來檢測轉子的位置。 力匕此外’對多於4相的馬達,藉著使用本發明的各種扭 制心令信號TQ 1、Tb2及TQ3,藉由2相並聯方式以pWM來控 曰通電’可以平順地實現相電流的切換。因此,依據本發 ’對多相馬達驅動裝置也可以降低馬達的振動及馬達的 噪音。
1226746 五、發明說明(34) 發明效果 : 如以上所述,依據本發明,對2相的通電相並聯地以 PWM來控制通電,可以避免發生相電流的急劇變化。藉由 採用梯形波或正弦波的扭力指令信號,可以對馬達線圈以 梯形波或正弦波來通電。藉此可以抑制馬達的振動,並降 低馬達所產生的噪音。
第39頁 1226746
圖式簡單說明 到第5實施形態中之馬達驅動裝置 五、【圖式簡單說明】 [圖1 ]本發明的第1 的構成圖。 [圖2 (a)〜(d)]含穿日日4 7」况明本發明的第1、第4及 中之馬達驅動裝置中之 弟焉知形態 [圖3 ]本發明的第1乃馇9杏a1观之圖。 , ,.t 及弟2 κ方也幵> 悲中之馬達驅動梦 中之扭力指令信號產生部的構成圖。 動衣置 [圖4(a)~(d)]以本發明的第J實施形態中之圖3 指令信號產生部來產生各種扭力指令信號時的時序圖。
[圖5 ]本發明的第1到第6實施形態中之馬達驅動 中之PWM控制的流程圖。 "^ [圖6(a)〜(e)]說明本發明的第1到第5實施形態中之馬 達驅動裝置中在低扭力時的PWM控制時序圖。 [圖7 ]說明對本發明的第i到第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之馬達線圈的通電的狀態圖。 [圖8 ]說明對本發明的第1到第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之馬達線圈的通電的狀態圖。
[圖9 ]說明對本發明的第1到第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之馬達線圈的通電的狀態圖。 [圖1 0 ]說明對本發明的第1到第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之馬達線圈的通電的狀態圖。 [圖11 (a )〜(e)]說明本發明的第1到第5實施形態中之 馬達驅動裝置中在高扭力時的PWM控制時序圖。 [圖1 2 ( a )〜(b)]說明本發明的第2實施形態中之馬達驅
第40頁 1226746 圖式簡單說明 動裝置中之相電流及各種扭力指令信號之圖。 [圖1 3 (a )〜(d)]本發明的第2實施形態中之圖3的扭力 指令信號產生部所產生之各種扭力指令信號的時序圖。 [圖1 4 ]本發明的第3實施形態中之馬達驅動裝置中之 扭力指令信號產生部的構成圖。 [圖1 5 (a )〜(c)]圖1 4的扭力指令信號產生部所產生各 種扭力指令信號的時序圖。 [圖1 6 ]圖1 4的扭力指令信號產生部中之步階波產生部 的電路圖。 [圖17 (a )〜(c )]說明本發明的第4實施形態中之馬達驅 動裝置中之設定脈衝信號的例子之圖。 [圖1 8 (a )〜(c)]說明本發明的第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之設定脈衝信號、PWM控制信號及計數脈衝信號 之圖。 [圖1 9 (a )〜(b)]說明本發明的第5實施形態中之馬達驅 動裝置中之PWM控制信號之圖。 [圖2 0 ]本發明的第6實施形態中之馬達驅動裝置的構 成圖。 [圖1 (a )〜(b)]說明本發明的第6實施形態中之馬達驅 動裝置中之相電流及各種扭力指令信號之圖。 Γ圖2 2 ]先前的馬達驅動裝置的構成圖。 [圖2 3 ( a )〜(d)]說明先前的馬達驅動裝置中之相電流 及扭力指令信號之圖。
第41頁 1226746 圖式簡單說明 元件符號說明: 3 A、3 B〜通電切換部 8、8 A、8 B、8 C〜扭力指令信號產生部 6A〜比較部 6 1、6 2、6 3〜比較器 5A、5B〜振盪器 7A、7B〜PWM控制部 1 0〜遮蔽部 T Q〜原扭力指令信號 DS〜電流檢測信號 TQ1〜增加扭力指令信號(第1扭力指令信號) TQ2〜減少扭力指令信號(第2扭力指令信號) TQ3〜合計扭力指令信號(第3扭力指令信號) CR1〜比較結果(第1比較結果) CR2〜比較結果(第2比較結果) CR3〜比較結果(第3比較結果) S P1〜設定脈衝信號(第1設定脈衝信號) SP2〜設定脈衝信號(第2設定脈衝信號) P1〜PWM控制信號(第1PWM控制信號) P2〜PWM控制信號(第2PWM控制信號) DT21、DT2 2、DT23 <霍爾信號(轉子檢測信號)
第42頁
Claims (1)
- 六 曰 b號 91135235 申請專利範圍 修正 來控制對馬達 仃PWM控制之 1 · 一種馬達驅動裝置,使用PWM (脈寬調變) 線圈通電以驅動馬達,包括: 通電切換部,在每個特定週期決定要進 第1及第2通電相; 扭力指令信號產生部,輸入原扭力指令信號, 斜 給 令 應到該原扭力指令信號振幅的第1及第2扭力指今 f生 7 15 號· 比較器,輸入該第1及第2扭力指令信號及檢剛出’ 到該馬達之電流之電流檢測信號,將該第1及第2挺力$ 信號與該電流檢測信號分別比較,輸出第1及第2 指 田· 比較結 振盪器,產生第1及第2設定脈衝信號;及 PWM控制部,輸入該第1及第2設定脈衝信號及該第 第2比較結果,依據該第1設定脈衝信號及該第1比^妹1及 來產生苐1 P W Μ控制信號,依據該第2卩又疋脈衝信號及兮 比較結果來產生第2PWM控制信號; w第2 對該通電切換部所決定之第1及第2通電相的通電 別依據該PWM控制部所產生之第1及第2 PWM控制信號 分 地進行PWM控制。 Η 2.如申請專利範圍第1項之馬達驅動裝置,其中, 該扭力指令信號產生部可以產生合成該第1及第2 指令信號之第3扭力指令信號, 力 該比較器可以比較該第3扭力指令信號與該電流、、 信號,輸出第3比較結果; 利 該馬達驅動震置更具有遮蔽部,用以對其輪入該第1第43頁91135235 年月 _曰 六、申請專利範圍 及第2P WM控制信號及該第1、第2及第3比較結 ^ 第1及第2PWM控制信號及該第3比較結果,來,依據该 第2的比較結果之有無遮蔽。 來控制該第!及 3 ·如申請專利範圍第2項之馬達驅動叢置,其中, 該遮蔽部於該第}及第2PWM控制信號全都\ ’ 的期間’將該第1及第2比較結果加以遮蔽。疋幵 ^ 4·如申請專利範圍第3項之馬達驅動装置,其中 期間該Ξ ί=第1及第2PWM控制信號都在開啟狀態的 ^—攸忒弟3比較結果檢測到該電流檢測信號 到該第3扭力指令信號的電位時,即解除-第 者的遮蔽,對另-邊的遮蔽則= 内不予解除。 5 ·如申請專利範圍第4項之馬達驅動裝置,其中, ?該特定週期t,持續增加該第i扭力指令信號,同 =持績減少該第2扭力指令信號,該遮蔽部則在該檢測 k ’解除該第2比較結果的遮蔽。 6 ·如申請專利範圍第4項之馬達驅動裝置其中, 於該特定週期中,持續增加該第1扭力指令信號,同 時持續減少該第2扭力指令信號; 义一=遮蔽部,於該檢測時,若此時點是在該特定週期的 #半時即解除該第1比較結果的遮蔽,若此時點是在該特 定週期的後半時則解除該第2比較結果的遮蔽。 7·如申請專利範圍第2項之馬達驅動裝置,其中, 该比較器具有3個比較器,以各別的比較器將該第1、第44頁年月日 修正 六、申請專利範圍 第2及第3扭力指令信號與該電流檢測信號分別加以比較。 8. 如申請專利範圍第1項之馬達驅動裝置,其中, 該馬達為3相馬達; 該通電切換部對該馬達之各相的馬達線圈上所通電之 相電流的週期,每隔電氣角6 0 °即切換該第1及第2通電 相。 9. 如申請專利範圍第1項之馬達驅動裝置,其中, 該馬達為4相馬達; 該通電切換部,對該馬達中之各相的馬達線圈上所通 電之相電流的週期,每隔電氣角9 0 °即切換該第1及第2通 電相。 10. 如申請專利範圍第8項或第9項之馬達驅動裝置,其 中, 該扭力指令信號產生部,輸入轉子檢測信號,而產生 相當於該轉子檢測信號的週期中之該電氣角期間之週期的 該第1及第2扭力指令信號。 11. 如申請專利範圍第8項或第9項之馬達驅動裝置,其 中, 該扭力指令信號產生部,輸入轉子檢測信號,使用將 該轉子檢,測信號依該電氣角逐一加以分割後之信號來產生 該第1及第2扭力指令信號。 12. 如申請專利範圍第1項之馬達驅動裝置,其中, 該振盪器產生週期相互獨立的該第1及第2設定脈衝信 號0第45頁 申請專利範圍 、 ^ --------修正__ 13·該1:1利J5第1項之馬達„裝置’其中’ 第2設定脈衝信靜/亥第1及第2 δ又疋脈衝信號,使第1及 14.如申請專C差隨著::達的轉速來變化。 該PWM控制部战朴 —凌置其中, 1PWM控制作f卢,奴者該第1設疋脈衝信號而開啟該第 k刺L就,且隨著該脈 2PWM控制信號。 $乜唬而開啟忒第 15· f申請專利範圍第1項之馬達驅動裳置,其中, π # 4 f彳邛,當從該第1比較結果檢測出該電流檢測 到該第1扭力指令信號的電位時,即關閉該 玉彳仏號;當從該第2比較結果檢測出該電流檢測 信號的電位達到該第2扭力指令信號的電位時,即關閉該 第2PWM控制信號。 16·如申請專利範圍第1項之馬達驅動裝置,其中, 4PWM控制部自關閉該第1PWM控制信號時開始經過特 定期間之後,開啟該第1 PWM控制信號;自關閉該第2pwM控 制信號時開始經過特定期間之後,開啟該第2PWM控制信 號。 17· 一種馬達驅動方法,以PWM來控制對馬達線圈的通電 方式而驅動馬達,包括: 通電切換步騍,在每個特定週期決定要進行PWM控制 之弟1及第2通電相; 扭力指令信號產生步驟’產生對應到所加上之原扭力 指令信號之第1及第2扭力指令信號;第46頁 年 月 曰 修正 案號 91135235 六、申請專利範圍 比較步驟,將該第];^ I 9 & 士 4t a 1 1及第2扭力4曰令信號與所檢測出供 給到該馬達之電流之電声私、日,丨π @八 电w檢測#唬分別加以比較;及 PWM控制步驟,依據筮】菸笙9 μ〜 .^ ^ , ^ ., s ^ .嚴弟1及弟2扠疋脈衝信號及該比較 步驟的比U來產生第1及第2PWM控制信號; 分別依據該PWM控制牛挪痛立a ϋ σ. 4f _ k Μ 1 f步驟所產生之第1及第2PWM控制信 万虎’並和地P W Μ控制由該播雷+搞jk _ 第2通電相之通電。通電切換步驟所決定之對於第1及 18. 如申請專利範圍第17項之馬達驅動方法,其中, 该扭力指令信號產生步驟產座 f4 A # 驟產生將该第1及第2扭力指令 4吕號加以合成之第3扭力指令信號; 該比較步驟將該第3紐六井t .|V .,,. 弟扭力扣7 “唬與該電流檢測信號 加u比較, 其中’该馬達驅動方法更包括遮蔽 信號及該比較步驟的比較結果來控:有:遮 19. 如申請專利範圍第17項之馬達驅動方法,盆 該馬達為3相馬達; 〃 該通電切換步驟’對該馬達中 電之相電流的週期,备隔雪韻备βη。十丄’運深圈所通 電相。 』母^電孔角60來切換該第1及第2通 20·如申請專利範圍第17項之馬達驅動方法,, 該馬達為4相馬達·, 該通電切換步驟,對該馬達中之各 電之相電流的週期,备隗雷氣备qn。七 ’運綠圈所通 瑕期,母隔電虱角90來切換該第工及第2通第48頁
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