TWI580173B - Sensorless motor control device and method thereof - Google Patents

Description

無感測器馬達控制裝置及其方法

本發明係有關於馬達控制裝置及其方法，尤指一種無感測器馬達控制裝置及其方法。

隨著科技革新與工業的快速發展，在汽車工業與家用電器業相當重要的動力輸出源一馬達，其係接收電能並轉換成機械能輸出，即透過馬達之定子與轉子產生相對磁力變化，進而驅動轉子及與轉子連接之其他機械結構或電器設備，因為馬達具有小型化、高效率、低耗電及高控制性優點，促使馬達被廣泛地應用。

一般來說，馬達的種類繁多，可初步透過輸入電源不同而分類為交流馬達與直流馬達，交流馬達包含同步馬達與感應馬達，直流馬達包含直流有刷馬達及直流無刷馬達(Brushless DC motor)，現況，以直流無刷馬達具有優於前三者之特點，原因在於直流無刷馬達透過電路配置取代電刷及換相器，以解決傳統直流馬達電刷與換相器的維護問題，特別地，直流無刷馬達為依據電路配置使定子上線圈產生磁場變化，進而驅動轉子轉動，少了直流有刷馬達之電刷與軸的配置，避免電刷與軸所產生的摩擦，故使直流無刷馬達之開發被工業界相當重視。然而，因為直流無刷馬達透過電路配置產生相位轉換，使其需要結合驅動器與位置感測器，避免轉換相位不足之問題，常見的位置感測器包含霍爾感測器 (Hall effect Sensor)與編碼器(Encoder)，霍爾感測器為反饋馬達之換相訊號至控制器，供控制器調控轉速度，且霍爾感測器具低單價，使多應用於要求控制能力較低的家電產品上；編碼器則應用於精準密度的控制，如：伺服控制或馬達定位等。

在控制理論與電力電子的發展下，無需結合位置感測器的相關方案紛紛提出，其係透過電壓或電流訊號等感測器間接地估算轉子位置，而能取代位置感測器之功能，並透過移除位置感測器於馬達端的線路及感測器空間，進一步降低本身的成本與系統的複雜度，其中無位置感測器直流無刷馬達亦稱無感測器直流無刷馬達，分為兩類包括反電動勢估測法(Back Electromotive Forces)及直接轉子估測法，於馬達尚未轉動時，需利用端電壓對中性點關係，對應出反電動勢之零交越點，或透過反電動勢三次協波成分來判斷反電動勢零交越點，視為電流換相參考訊號，然而，為此則需增設中性點電壓或相移電路，但一般馬達不一定會有中性點電壓引線，且相移電路會隨著馬達轉速不同而角度不一樣，而無法準確估算馬達轉子之位置，且反電動勢估測法應用於馬達往往會造成轉子穩定性降低，並進而提高轉子之功率損耗，儘管具有上述缺點，但仍為目前工業界廣為使用的方式；直接轉子估測法係估測轉子位置訊號，透過估測理論或電氣方程式進行繁瑣的數學計算及座標轉換，因需裝載高階處理器使提高製作成本，而不受工業界所使用。

據上所述，習知無感測器直流無刷馬達之控制方法，現況主要透過反電動勢估測法間接地得知轉子位置訊號，但反電動勢估測法為了解決於反電動勢估測法應用於單相馬達往往會造成轉子穩定 性降低，並進而提高轉子之功率損耗之問題。因此，如何能提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，改善應用反電動勢估測法於馬達轉子穩定性及功率損耗的問題，已成為從事該項行業之相關人士所研究的重要課題。

本發明之主要目的，在於提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，用以提高馬達運轉之穩定性。

本發明之次要目的，在於提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，用以提高馬達運轉之效率。

為達上述所指稱之各目的與功效，本發明之無感測器馬達控制裝置，其硬體元件包含該控制單元、該複數個前級驅動單元、該複數個開關單元及該比較單元，其中該控制單元電性耦接該複數個前級驅動單元，該複數個前級驅動單元電性耦接該複數個開關單元，該複數個開關單元電性耦接該馬達及該比較單元，該比較單元電性耦接該控制單元，藉此以達到無感測器馬達之電性控制。

本發明之無感測器馬達控制方法，包含以下步驟：一控制單元提供一第一控制訊號以驅動複數個前級驅動單元，該複數個前級驅動單元產生複數個前級驅動訊號，該控制訊號及該複數個前級驅動訊號包含一第一啟動時間；複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第一驅動訊號及一第二驅動訊號包含該第一啟動時間；一馬達之一第一輸入端與一第二輸入端分別接收該第一驅動訊號 及該第二驅動訊號，該馬達依據該第一啟動時間進行驅動，並於一第一終止時間點停止驅動；當一比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第一轉換時間點；及該控制單元計算該第一終止時間點與該第一轉換時間點之差，產生一第一間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間與一第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少一第二控制訊號之一第二啟動時間。

其中於「該控制單元計算該第一終止時間點與該第一轉換時間點之差，產生一第一間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間與一第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少一第二控制訊號之一第二啟動時間」之步驟中，本發明係透過該控制單元比較該第一間隔時間與該第一門檻值，用以增加或減少該第二啟動時間，能補償相位轉換之誤差，提高馬達運轉之穩定性，並進一步降低馬達之轉子之負載，提高馬達運轉之效率。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制方法，更包含：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間； 該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動；當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第二間隔時間與該第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制方法，更包含：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間；該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動；當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間相加該第二 間隔時間與一第二門檻值，當該第一間隔時間相加該第二間隔時間不等於該第二門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制方法，更包含：依據該第一驅動訊號及該第二驅動訊號產生一第一相位控制訊號驅動該馬達產生一第一轉動；及依據該第三驅動訊號及該第四驅動訊號產生一第二相位控制訊號驅動該馬達產生一第二轉動。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制方法，其中該第一相位控制訊號與該第二相位控制訊號之一相位差等於180度。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動訊號，產生該複數個前級驅動訊號，該前級驅動訊號包含該第二啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該複數個開關單元用以接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並 於一第二終止時間點停止驅動。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中當該比較單元用以擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第二間隔時間與該第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間相加該第二間隔時間與一第二門檻值，當該第一間隔時間相加該第二間隔時間不等於該第二門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

本發明之一實施例中，本發明所述之無感測器馬達控制裝置，其中該第一輸入端及該第二輸入端產生一第一相位控制訊號，該馬達依據該第一相位控制訊號產生一第一轉動。

本創作之一實施例中，本創作所述之無感測器馬達控制裝置，其中該馬達之該第一輸入端及該第二輸入端依據該第一驅動訊號及該第二驅動訊號產生一第一相位控制訊號，該馬達依據該第一相位控制訊號產生一第一轉動，並該馬達之該第一輸入端及該第二輸入端依據該第四驅動訊號及該第三驅動訊號產生一第二相位控 制訊號，該馬達依據該第二相位控制訊號產生一第二轉動。

本創作之一實施例中，本創作所述之無感測器馬達控制裝置，其中該第一相位控制訊號與該第二相位控制訊號之一相位差等於180度。

1‧‧‧無感測器馬達控制裝置

11‧‧‧控制單元

13‧‧‧前級驅動單元

131‧‧‧第一前級驅動單元

133‧‧‧第二前級驅動單元

135‧‧‧第三前級驅動單元

137‧‧‧第四前級驅動單元

15‧‧‧開關單元

151‧‧‧第一開關單元

153‧‧‧第二開關單元

155‧‧‧第三開關單元

157‧‧‧第四開關單元

17‧‧‧比較單元

19‧‧‧馬達

U‧‧‧第一輸入端

V‧‧‧第二輸入端

Vcc‧‧‧電壓端

GND‧‧‧接地端

P1‧‧‧第一相位控制訊號

P2‧‧‧第二相位控制訊號

Back-EMF‧‧‧換相訊號

CAP‧‧‧比較訊號

△S1‧‧‧第一柔性切換時間

△S2‧‧‧第二柔性切換時間

△N1‧‧‧該第一啟動時間

△N2‧‧‧該第二啟動時間

T1‧‧‧第一終止時間點

T2‧‧‧第一轉換時間點

T3‧‧‧第二終止時間點

T4‧‧‧第二轉換時間點

△F1‧‧‧第一間隔時間

△F2‧‧‧第二間隔時間

O1‧‧‧第一零交越點

O2‧‧‧第二零交越點

第一圖：其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之電路示意圖；第二圖：其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之第一步驟流程圖；第三圖：其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之控制時序圖；第四圖：其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之第二步驟流程圖；以及第五圖：其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第二實施例之第三步驟流程圖。

為使 貴審查委員對本發明之特徵及所達成之功效有更進一步之瞭解與認識，謹佐以較佳之實施例及配合詳細之說明，說明如後：

本發明有關於習知無感測器直流無刷馬達，現況主要透過反電動勢估測法間接地得知轉子位置訊號，但反電動勢估測法為了解決於反電動勢估測法應用於單相馬達往往會造成轉子穩定性降低，並進而提高轉子之功率損耗之問題。因此，如何能提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，改善應用反電動勢估測法於馬達轉 子穩定性及功率損耗的問題，在於提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，馬達依據控制訊號之第一啟動時間進行驅動，並於終止時間點停止驅動，比較單元輸出第一轉換時間點，其中透過控制單元計第一終止時間點至第一轉換時間點，產生第一間隔時間，並控制單元比較第一間隔時間與第一門檻值，當第一間隔時間不等於第一門檻值，控制單元增加或減少第二控制訊號之第二啟動時間，用以補償相位轉換之誤差，便於提高馬達運轉之穩定性，並進一步降低馬達轉子之負載，提高馬達運轉之效率。

請參照第一圖，其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之電路示意圖，如圖所示，本實施例之一無感測器馬達控制裝置1，其硬體元件包含一控制單元11、複數個前級驅動單元13、複數個開關單元15、一比較單元17及一馬達19，其中該控制單元11電性耦接該複數個前級驅動單元13，該複數個前級驅動單元13電性耦接該複數個開關單元15，該複數個開關單元15電性耦接該馬達19及該比較單元17，該比較單元17電性耦接該控制單元11。

該控制單元11可為Signetics公司所生產之555系列晶片結合可變電阻、二極體等電路元件或直接使用微控制晶片，該控制單元11係用以接收一脈衝寬度調變(PWM)訊號，藉以控制該脈衝寬度調變(PWM)訊號的占空比(Duty Cycle)產生該控制訊號，但不以此為限，另外，該控制單元11係能結合一零電壓交越信號擷取電路，該零電壓交越信號擷取電路用以提供一換相訊號Back-EMF予該控制單元11。

該控制單元11係能進一步結合該複數個前級驅動單元13，其為用 以確保較低的電壓或電流輸入該複數個開關單元15，其中該複數個前級驅動單元13係包含一第一前級驅動單元131、一第二前級驅動單元133、一第三前級驅動單元135及一第四前級驅動單元137，並該控制單元11輸入一第一控制訊號或一第二控制訊號至該複數個前級驅動單元13。

該複數個開關單元15為電晶體(FET)，且較佳為一增強型MOSFET，並該複數個開關單元15包含一第一開關單元151、一第二開關單元153、一第三開關單元155及一第四開關單元157，其中該第一開關單元151之一閘極電性耦接該第一前級驅動單元131，該第二開關單元153之一閘極電性耦接該第二前級驅動單元133，該第三開關單元155之一閘極電性耦接該第三前級驅動單元135，該第四開關單元157之一閘極電性耦接該第四前級驅動單元137，並該複數個開關單元15分別接收該複數個前級驅動單元之該複數個前級驅動訊號，另外，於該第一開關單元151之一源極與該第三開關單元155之一源極一併電性耦接一電壓端Vcc，該第二開關單元153之一源極與該第四開關單元157之一源極係電性耦接一接地端GND，於該第一開關單元151之一汲極電性耦接至該第四開關單元157之一汲極，並一併電性耦接一馬達19之一第一輸入端U，於該第二開關單元153之一汲極電性耦接至該第四開關單元155之一汲極，並一併電性耦接一馬達19之一第二輸入端V。

該比較單元17可為運算放大器或電壓比較晶片，用以比較該比較單元17之一正相輸入端與一反相輸入端的電流或電壓的大小，其係接收該複數個開關單元15之該複數個驅動訊號，其中該正相輸入端電性耦接於該第一輸入端U，該反相輸入端電性耦接於該第 二輸入端V，而該比較單元17之一輸出端電性耦接該控制單元11，當比較單元17擷取並計算該第一輸入端U與該第二輸入端V之電壓差具有差異時，用以提供該控制單元11一比較訊號，該比較訊號提供該控制單元11一第一轉換時間點或一第二轉換時間點。

該馬達19較佳為單相馬達，其中該馬達19之該第一輸入端U及該第二輸入端V依據該第一驅動訊號及該第二驅動訊號產生一第一相位控制訊號P1，該馬達19依據該第一相位控制訊號P1產生一第一轉動，並該馬達19之該第一輸入端U及該第二輸入端V依據該第四驅動訊號及該第三驅動訊號產生一第二相位控制訊號P2，該馬達19依據該第二相位控制訊號P2產生一第二轉動，且該第一相位控制訊號P1與該第二相位控制訊號P2之一相位差等於180度。

請參照第二圖及第三圖，其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之第一步驟流程圖及控制時序圖，如圖所示，本實施例之控制時序圖之橫軸為時間、縱軸為強度大小或轉子的旋轉角度，而本實施例包含以下步驟：步驟S10：一控制單元提供一第一控制訊號以驅動複數個前級驅動單元，該複數個前級驅動單元產生複數個前級驅動訊號，該第一控制訊號及該複數個前級驅動訊號包含一第一啟動時間；步驟S20：複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第一驅動訊號及一第二驅動訊號包含該第一啟動時間；步驟S30：一馬達之一第一輸入端與一第二輸入端分別接收該第一驅動訊號及該第二驅動訊號，該馬達依據該第一啟動時間進行驅動，並於一第一終止時間點停止驅動； 步驟S40：當一比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第一轉換時間點；以及步驟S50：該控制單元計算該第一終止時間點與該第一轉換時間點之差，產生一第一間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間與一第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少一第二控制訊號之一第二啟動時間。

於步驟S10前，該控制單元11接收該換相訊號Back-EMF，其中該換相訊號Back-EMF係透過反電動勢估測法所產生，該換相訊號對應出反電動勢之一第一零交越點O1，驅動該控制單元依據該脈衝寬度調變(PWM)訊號輸出該第一控制訊號，該脈衝寬度調變(PWM)訊號較佳為頻率20KHz與占空比(Duty Cycle)60%，此外該控制單元11係採取柔性切換之手段，而設置對應柔性切換之元件或程序。

於步驟S10中，該第一控制訊號輸入該複數個前級驅動單元(Pre-Driver)13，並依據該第一控制訊號產生複數個前級驅動訊號，其中複數個前級驅動訊號係採柔性切換，且使該複數個前級驅動單元13對應之該複數個開關單元15之功率消耗自10%逐漸上升至60%，用以降低該複數個開關單元15因啟動時間過快造成的功率損耗，即該複數個開關單元15之電流與電壓輸出時間重疊之功率損耗，以避免消耗由該電壓端Vcc與該接地端GND提供予該馬達19之輸出功率，此外該第一控制訊號及該複數個前級驅動單元包含一第一啟動時間△N1。

於步驟S20中，該複數個開關單元15接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，即該第一前級驅動單元131輸出該前 級驅動訊號到該第一開關單元151，產生該第一驅動訊號，該第二前級驅動單元133輸出該前級驅動訊號到該第二開關單元153，產生該第二驅動訊號，並該第一驅動訊號及該第二驅動訊號包含該第一啟動時間△N1。

於步驟S30中，其係藉由該複數個開關單元15之該第一開關單元151與該第二開關單元153分別電性連接於該第一輸入端U及該第二輸入端V，並於該第一輸入端U及該第二輸入端V之間依據時間相依之電壓變化產生該第一相位控制訊號P1，該第一相位控制訊號P1係驅動該馬達19之轉子產生該第一轉動，並於該第一啟動時間△N1後之一第一終止時間點T1停止驅動該馬達19，較佳地，使該馬達19之轉子轉動接近180度。其中該第一相位控制訊號P1包含一第一柔性切換時間△S1、該第一啟動時間△N1及一第二柔性切換時間△S2，同時地，該第一驅動訊號及該第二驅動訊號亦具有相同之該第一柔性切換時間△S1、該第二啟動時間△N2及該第二柔性切換時間△S2，其中該第一柔性切換時間△S1及該第二柔性切換時間△S2係同步驟S10，故不再贅述。

於步驟S40中，該複數個開關單元15之該第一開關單元151及該第二開關單元153依據該複數個前級驅動訊號始關閉而不導通，該複數個開關單元15之該第三開關單元155及該第四開關單元157開啟而導通，而使該第一輸入端U及該第二輸入端V始產生電位差變化，該比較單元17輸出該比較訊號CAP於該控制單元11，並該控制單元11依據該比較訊號CAP記錄該第一轉換時間點T2。

於步驟S50中，該控制單元11計算該第一終止時間點T1至該第一轉換時間點T2之時間差，產生該第一間隔時間△F1，該控制單元 11比較該第一間隔時間△F1與於該控制單元11或該比較單元17預先暫存之該第一門檻值，透過該控制單元11比較該第一間隔時間△F1與該第一門檻值，當該第一間隔時間△F1大於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第二控制訊號使該前級驅動訊號減少該複數個驅動訊號之該第二啟動時間△N2，或當該第一間隔時間△F1小於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第二控制訊號使該前級驅動訊號增加該複數個驅動訊號之該第二啟動時間△N2；其中本實施例中之該第一門檻值為100微秒，而對應該第二啟動時間△N2係增加或減少60微秒。

請參照第三圖，其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第一實施例之第二步驟流程圖，如圖所示，其係接續於本實施例之步驟S50，因於步驟S30後該馬達19已產生該第一轉動使該馬達19之轉子之轉動角度接近180度，為使轉子接續轉動至360度而完成一次轉動週期，進而接續步驟S51~S55，同時，一併擷取本次資訊作為下次轉動週期之依據，步驟S51~55具有以下步驟：步驟S51：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；步驟S52：複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間；步驟S53：該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動； 步驟S54：當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及步驟S55：該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第二間隔時間與該第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

於步驟S51前，該控制單元11接收該換相訊號Back-EMF，該換相訊號Back-EMF對應出反電動勢之一第二零交越點O2，而驅動該控制單元11依據該脈衝寬度調變(PWM)訊號輸出該第二控制訊號，其中該第二控制訊號為依據步驟S50增加或減少該第二啟動時間△N2。

於步驟S52中，該第三前級驅動單元135輸出該前級驅動訊號到該第三開關單元155，該第四前級驅動單元137輸出該前級驅動訊號到該第四開關單元157，並該第三驅動訊號、該第四驅動訊號與該第二控制訊號及該複數個前級驅動訊號具有相同之該第二啟動時間△N2。

於步驟S53中，其係藉由該複數個開關單元15之該第三開關單元155與該第四開關單元157分別電性連接於該第二輸入端V及該第一輸入端U，於該第一輸入端U及該第二輸入端V之間依據時間相依之電壓變化產生該第二相位控制訊號P2，該第二相位控制訊號P2係驅動該馬達19之轉子產生該第二轉動，並於該第二啟動時間△N2後之一第二終止時間T3停止驅動該馬達19，較佳地，使該馬達19之轉子轉動接近至360度，使該馬達19完成一次轉動週期。其中該第二相位控制訊號P2同於該第一相位控制訊號P1包含該第 一柔性切換時間△S1及該第二柔性切換時間△S2，並該第二相位控制訊號P2具有與該第三驅動訊號、該第四驅動訊號相同之該第二啟動時間△N2。

於步驟S54中，該第三開關單元155及該第四開關單元157依據該複數個前級驅動訊號始關閉而不導通，該第一開關單元151及該第二開關單元153開啟而導通，而使該第一輸入端U及該第二輸入端V始產生電位差變化，該比較單元17輸出該比較訊號CAP於該控制單元11，並該控制單元11依據該比較訊號CAP記錄該第二轉換時間點T4。

於步驟S55中，該控制單元11計算該第二終止時間點T3至該第二轉換時間點T4之時間差，產生該第二間隔時間△F2，該控制單元11比較該第二間隔時間△F2與於該控制單元11或該比較單元17預先暫存之該第一門檻值，透過該控制單元11比較該第二間隔時間△F2與該第一門檻值，當該第二間隔時間△F2大於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第一控制訊號使該前級驅動訊號減少該複數個驅動訊號之該第一啟動時間△N1，或當該第二間隔時間△F2小於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第一控制訊號使該前級驅動訊號增加該複數個驅動訊號之該第一啟動時間△N1。

本實施例係依據步驟S10~S55控制該馬達19之一次轉動週期，於步驟S10~S50記錄前半週期相位轉換之誤差，於步驟S51~S55則能依據前半週期之訊息修正後半週期之該第二控制訊號之該第二啟動時間△N2，使該馬達19能於下半週期的運轉中補償前半週期相位轉換之誤差，並於步驟S51~S55中記錄後半週期相位轉換之誤差，依據後半週期之訊息修正下次一運轉週期之前半週期之該第 一控制訊號之該第一啟動時間△N1，接續使步驟S55接續步驟S10修正該馬達19於相位轉換之誤差，而能提高該馬達19於運轉過程中之穩定性，並進一步降低該馬達19之轉子的負載，提高該馬達19運轉之效率。

請參照第四圖，其為本發明之無感測器馬達控制裝置及其方法之第二實施例之第三步驟流程圖，如圖所示，本實施例不同於前一實施例，在於該控制單元11係透過一第二門檻值比較該馬達19於轉動週期中之該第一間隔時間△F1相加至該第二間隔時間△F2，進而減少該馬達19完成一次運轉週期後相位轉換之誤差；本實施例係接續於第一實施例之步驟S54後，包含以下步驟：步驟S61：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；步驟S62：複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間；步驟S63：該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動；步驟S64：當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及步驟S65：該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間相加該第二間隔時間與一第二門檻值，當該第一間隔時間相加該 第二間隔時間不等於該第二門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。

復請參照第四圖，如圖所示，本實施例之步驟S61~S64係同於第一實施例之步驟S51~S54，故不再贅述。

復請參照第一圖及第三圖，如圖所示，於步驟S64中，該控制單元11計算該第二終止時間點T3至該第二轉換時間點T4之時間差，產生該第二間隔時間△F2，並該控制單元11計算該第一間隔時間△F1與該第二間隔時間△F2之和，產生一間隔時間和值，該控制單元11比較該間隔時間和值與於該控制單元11或該比較單元17預先暫存之該第二門檻值，透過該控制單元11比較該間隔時間和值與該第一門檻值，當該間隔時間和值大於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第一控制訊號使該前級驅動訊號減少該複數個驅動訊號之該第一啟動時間△N1，或當該間隔時間和值小於該第一門檻值，則該控制單元11依據該第一控制訊號使該前級驅動訊號增加該複數個驅動訊號之該第一啟動時間△N1；其中本實施例中之該第二門檻值為200微秒，而對應該第一啟動時間△N1係增加或減少60微秒，但不以此為限。

本實施例係依據步驟S10~S65控制該馬達19之一次轉動週期，於步驟S10~S50記錄前半週期相位轉換之誤差，於步驟S61~S65則能依據前半週期之訊息修正後半週期之該第二控制訊號之該第二啟動時間△N2，使該馬達19能於下半週期的運轉中補償前半週期相位轉換之誤差，並於步驟S61~S65中記錄後半週期相位轉換之誤差，依據前半週期與後半週期之訊息修正下次一運轉週期之前半週期之該第一控制訊號之該第一啟動時間△N1，接續使步驟S65 接續步驟S10修正該馬達19於相位轉換之誤差，而能提高該馬達19於運轉過程中之穩定性，並進一步降低該馬達19之轉子的負載，提高該馬達19運轉之效率。

綜上所述，本發明提供一種無感測器馬達控制裝置及其方法，控制單元依據第一控制訊號之第一啟動時間使第一開關單元及第二開關單元分別產生第一驅動訊號及第二驅動訊號，馬達之第一輸入端與第二輸入端分別接收第一驅動訊號與第二驅動訊號，並於第一輸入端與第二輸入端產生第一相位控制訊號，第一相位控制訊號依據第一啟動時間驅動馬達產生第一轉動，並於第一啟動時間後之第一終止時間點停止驅動，當比較單元擷取並計算第一輸入端與第二輸入端之電壓差具有差異時，輸出第一轉換時間點，控制單元計算第一終止時間點至第一轉換時間點，產生第一間隔時間，透過控制單元比較第一間隔時間與第一門檻值，當第一間隔時間不等於第一門檻值，控制單元增加或減少第二控制訊號之第二啟動時間；另外，本發明進一步透過第二控制訊號之第二啟動時間，進而以第二相位控制訊號驅動馬達使產生第二轉動，並於第二啟動時間後之第二終止時間點停止驅動，使馬達完成一次轉動週期，接著，當比較單元擷取並計算第一輸入端與第二輸入端之電壓差具有差異時，輸出第二轉換時間點，控制單元計算第二終止時間點至第二轉換時間點，產生第二間隔時間，透過控制單元比較第二間隔時間與第一門檻值，當第二間隔時間不等於第一門檻值，控制單元增加或減少第一控制訊號之第一啟動時間，此外本發明更透過第二門檻值，使第二門檻值比較前述第一間隔時間及第二間隔時間之和，用以修正驅動訊號之第一啟動時間。 爰此，本發明藉由上述修正第一控制訊號之第一啟動時間或第二控制訊號之第二啟動使間，能用於補償馬達於前半週期或後半週期相位轉換之誤差，提高馬達運轉之穩定性，並進一步降低馬達之轉子之負載，提高馬達運轉之效率。

故本發明實為一具有新穎性、進步性及可供產業上利用者，應符合我國專利法專利申請要件無疑，爰依法提出發明專利申請，祈鈞局早日賜准專利，至感為禱。

惟以上所述者，僅為本發明一較佳實施例而已，並非用來限定本發明實施之範圍，故舉凡依本發明申請專利範圍所述之形狀、構造、特徵及精神所為之均等變化與修飾，均應包括於本發明之申請專利範圍內。

1‧‧‧無感測器馬達控制裝置

11‧‧‧控制單元

13‧‧‧前級驅動單元

131‧‧‧第一前級驅動單元

133‧‧‧第二前級驅動單元

135‧‧‧第三前級驅動單元

137‧‧‧第四前級驅動單元

15‧‧‧開關單元

151‧‧‧第一開關單元

153‧‧‧第二開關單元

155‧‧‧第三開關單元

157‧‧‧第四開關單元

17‧‧‧比較單元

19‧‧‧馬達

Vcc‧‧‧電壓端

GND‧‧‧接地端

U‧‧‧第一輸入端

V‧‧‧第二輸入端

Claims (15)

1. 一種無感測器馬達控制方法，其包含：一控制單元提供一第一控制訊號以驅動複數個前級驅動單元，該複數個前級驅動單元產生複數個前級驅動訊號，該第一控制訊號及該複數個前級驅動訊號包含一第一啟動時間；複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第一驅動訊號及一第二驅動訊號包含該第一啟動時間；一馬達之一第一輸入端與一第二輸入端分別接收該第一驅動訊號及該第二驅動訊號，該馬達依據該第一啟動時間進行驅動，並於一第一終止時間點停止驅動；當一比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第一轉換時間點；及該控制單元計算該第一終止時間點與該第一轉換時間點之差，產生一第一間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間與一第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少一第二控制訊號之一第二啟動時間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器馬達控制方法，更包含：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；該複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅 動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間；該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動；當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第二間隔時間與該第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之無感測器馬達控制方法，更包含：該控制單元依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動單元，使該複數個前級驅動單元產生該複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第二啟動時間；該複數個開關單元接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間；該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動；當該比較單元擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點；及該控制單元計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間相加該第二 間隔時間與一第二門檻值，當該第一間隔時間相加該第二間隔時間不等於該第二門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。
4. 如申請專利範圍第2或3項所述之無感測器馬達控制方法，更包含：依據該第一驅動訊號及該第二驅動訊號產生一第一相位控制訊號驅動該馬達產生一第一轉動；及依據該第三驅動訊號及該第四驅動訊號產生一第二相位控制訊號驅動該馬達產生一第二轉動。
5. 如申請專利範圍第4項所述之無感測器馬達控制方法，其中該第一相位控制訊號與該第二相位控制訊號之一相位差等於180度。
6. 一種無感測器馬達控制裝置，其包含：一控制單元，其用以提供一第一控制訊號，該第一控制訊號包含一第一啟動時間；複數個前級驅動單元，其電性耦接該控制單元，該複數個前級驅動單元用以接收該第一控制訊號，產生複數個前級驅動訊號，該複數個前級驅動訊號包含該第一啟動時間；複數個開關單元，其電性耦接該複數個前級驅動單元，該複數個開關單元用以接收該複數個前級驅動訊號，產生複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號包含該第一啟動時間；一馬達，其電性耦接該複數個開關單元，該馬達具有一第一輸入端及一第二輸入端，該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第一驅動訊號及該第二驅動訊號，該馬達用以依據該第一啟動時間進行驅動，並於一第一終止時間點停止驅動；一比較單元，其電性耦接該複數個開關單元，當該比較單元擷取 並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並用以輸出一第一轉換時間點；及其中該控制單元計算該第一終止時間點與該第一轉換時間點之差，產生一第一間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間與一第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增加或減少一第二控制訊號之一第二啟動時間。
7. 如申請專利範圍第6項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以依據該第二控制訊號驅動該複數個前級驅動訊號，產生該複數個前級驅動訊號，該前級驅動訊號包含該第二啟動時間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該複數個開關單元用以接收該複數個前級驅動訊號，產生該複數個驅動訊號，該複數個驅動訊號之一第三驅動訊號及一第四驅動訊號包含該第二啟動時間。
9. 如申請專利範圍第8項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該馬達之該第一輸入端與該第二輸入端分別接收該第四驅動訊號及該第三驅動訊號，該馬達依據該第二啟動時間進行驅動，並於一第二終止時間點停止驅動。
10. 如申請專利範圍第9項所述之無感測器馬達控制裝置，其中當該比較單元用以擷取並計算該第一輸入端與該第二輸入端之電壓差具有差異時，並輸出一第二轉換時間點。
11. 如申請專利範圍第10項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第二間隔時間與該第一門檻值，當該第一間隔時間不等於該第一門檻值時，該控制單元增 加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。
12. 如申請專利範圍第10項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該控制單元用以計算該第二終止時間點與該第二轉換時間點之差，產生一第二間隔時間，該控制單元比較該第一間隔時間相加該第二間隔時間與一第二門檻值，當該第一間隔時間相加該第二間隔時間不等於該第二門檻值時，該控制單元增加或減少該第一控制訊號之該第一啟動時間。
13. 如申請專利範圍第6項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該第一輸入端及該第二輸入端產生一第一相位控制訊號，該馬達依據該第一相位控制訊號產生一第一轉動。
14. 如申請專利範圍第9項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該馬達之該第一輸入端及該第二輸入端依據該第一驅動訊號及該第二驅動訊號產生一第一相位控制訊號，該馬達依據該第一相位控制訊號產生一第一轉動，並該馬達之該第一輸入端及該第二輸入端依據該第四驅動訊號及該第三驅動訊號產生一第二相位控制訊號，該馬達依據該第二相位控制訊號產生一第二轉動。
15. 如申請專利範圍第14項所述之無感測器馬達控制裝置，其中該第一相位控制訊號與該第二相位控制訊號之一相位差等於180度。