TWI749948B

TWI749948B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI749948B
Application number: TW109144138A
Authority: TW
Inventors: 曾光男
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2020-12-14
Filing date: 2020-12-14
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202224335A

Abstract

一種馬達控制器具有一開關電路、一驅動電路、以及一脈寬調變電路。該開關電路耦合至一三相馬達以驅動該三相馬達。該驅動電路產生複數個控制信號以控制該開關電路。當該三相馬達運作於一啟動狀態時，該馬達控制器可使得一電氣週期分成較多的浮接相時間區間以切換相位，進而增加換相之成功率。當該三相馬達運作於一穩定狀態時，該馬達控制器可使得該電氣週期分成較少的浮接相時間區間以切換相位，進而降低該三相馬達之噪音與震動。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種可應用於無感測器三相馬達之馬達控制器。

傳統上三相馬達之驅動方式可分為兩種。一種是藉由霍爾感測器以切換相位進而驅動三相馬達運轉。另一種則是無需霍爾感測器而驅動三相馬達運轉。由於霍爾感測器容易受外界環境之影響而造成感測準確度下降，且設置霍爾感測器會增加系統之體積與成本，因而無感測器之驅動方法便被提出以解決上述之問題。

在無感測器之驅動方法下，馬達控制器會藉由偵測浮接相之反電動勢以切換相位，並進而驅動三相馬達。然而，當馬達控制器於一浮接相時間區間偵測反電動勢時，在該浮接相時間區間會產生不連續之相電流，造成三相馬達產生噪音與震動。因此，降低三相馬達之噪音與震動是一個追求目標。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可降低三相馬達之噪音與震動之馬達控制器。

依據本發明提供該馬達控制器。該馬達控制器係用以驅動一三相馬達，其中該三相馬達具有一第一線圈、一第二線圈、以及一第三線圈。該馬達控制器具有一開關電路、一驅動電路、以及一脈寬調變電路。該開關電路具有一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體、一第六電晶體、一第一端點、一第二端點、以及一第三端點，其中該開關電路耦合至該三相馬達以驅動該三相馬達。該第一線圈之一端點耦合至該第一端點。該第二線圈之一端點耦合至該第二端點。該第三線圈之一端點耦合至該第三端點。此外，該第一線圈之另一端點耦合至該第二線圈之另一端點與該第三線圈之另一端點。也就是說，該第一線圈、該第二線圈、以及該第三線圈係以一Y字型之方式配置。該驅動電路產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號、一第五控制信號、以及一第六控制信號，用以分別控制該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、以及該第六電晶體之導通情形。該脈寬調變電路產生一脈寬調變信號至該驅動電路，其中該脈寬調變信號具有一工作週期。該馬達控制器可藉由調整該工作週期以控制該三相馬達之一轉速。

當該三相馬達運作於一啟動狀態時，該馬達控制器可使得一電氣週期分成較多的浮接相時間區間以切換相位，進而增加換相之成功率。當該三相馬達運作於一穩定狀態時，該馬達控制器可使得該電氣週期分成較少的浮接相時間區間以切換相位，進而降低該三相馬達之噪音與震動。也就是說，該馬達控制器先使得該電氣週期分成N1個浮接相時間區間以切換相位。當該三相馬達運作於一第一時間後，該馬達控制器使得該電氣週期分成N2個浮接相時間區間以切換相位，其中N1與N2皆為一正整數且N1>N2。當該電氣週期分成N1個浮接相時間區間時，該三相馬達係運作於一啟動模式。當該電氣週期分成N2個浮接相時間區間時，該三相馬達係運作於一穩態模式。

10:馬達控制器

VCC:端點

GND:端點

100:開關電路

110:驅動電路

120:脈寬調變電路

Vp:脈寬調變信號

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

105:第五電晶體

106:第六電晶體

U:第一端點

V:第二端點

W:第三端點

C1:第一控制信號

C2:第二控制信號

C3:第三控制信號

C4:第四控制信號

C5:第五控制信號

C6:第六控制信號

L1:第一線圈

L2:第二線圈

L3:第三線圈

M:三相馬達

UO:第一電壓信號

VO:第二電壓信號

WO:第三電壓信號

T:電氣週期

T1:第一浮接相時間區間

T2:第二浮接相時間區間

T3:第三浮接相時間區間

T4:第四浮接相時間區間

T5:第五浮接相時間區間

T6:第六浮接相時間區間

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

第2圖係本發明一實施例之第一時序圖。

第3圖係本發明一實施例之第二時序圖。

第4圖係本發明一實施例之第三時序圖。

第5圖係本發明一實施例之第四時序圖。

下文中之說明將使本發明之目的、特徵、與優點更明顯。茲將參考圖式詳細說明依據本發明之較佳實施例。

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器10之示意圖。馬達控制器10係用以驅動一三相馬達M，其中三相馬達M具有一第一線圈L1、一第二線圈L2、以及一第三線圈L3。馬達控制器10具有一開關電路100、一驅動電路110、以及一脈寬調變電路120。開關電路100具有一第一電晶體101、一第二電晶體102、一第三電晶體103、一第四電晶體104、一第五電晶體105、一第六電晶體106、一第一端點U、一第二端點V、以及一第三端點W，其中開關電路100耦合至三相馬達M以驅動三相馬達M。第一端點U具有一第一電壓信號UO。第二端點V具有一第二電壓信號VO。第三端點W具有一第三電壓信號WO。第一電晶體101耦合至一端點VCC與第一端點U而第二電晶體102耦合至第一端點U與一端點GND。第三電晶體103耦合至端點VCC與第二端點V而第四電晶體104耦合至第二端點V與端點GND。第五電晶體105耦合至端點VCC與第三端點W而第六電晶體106耦合至第三端點W與端點GND。第一電晶體101、第三電晶體103、以及第三電晶體103可分別為一P型金氧半電晶體。第二電晶體102、第四電晶體104、以及第六電晶體106可分別為一N型金氧半電晶體。

第一線圈L1之一端點耦合至第一端點U。第二線圈L2之一端點耦合至第二端點V。第三線圈L3之一端點耦合至第三端點W。此外，第一線圈L1之另一端點耦合至第二線圈L2之另一端點與第三線圈L3之另一端點。也就是說，第一線圈L1、第二線圈L2、以及第三線圈L3係以一Y字型之方式配置。驅動電路110產生一第一控制信號C1、一第二控制信號C2、一第三控制信號C3、一第四控制信號C4、一第五控制信號C5、以及一第六控制信號C6，用以分別控制第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、第四電晶體104、第五電晶體105、以及第六電晶體106之導通情形。脈寬調變電路120產生一脈寬調變信號Vp至驅動電路110，其中脈寬調變信號Vp具有一工作週期(Duty Cycle)。馬達控制器10可藉由調整工作週期以控制三相馬達M之轉速。

第2圖係本發明一實施例之第一時序圖。馬達控制器10使得電氣週期T分成6個浮接相時間區間以偵測反電動勢進而切換相位。當三相馬達M運作於一啟動狀態時，由於此時三相馬達M之運轉尚未穩定，因此可利用6個浮接相時間區間以偵測反電動勢。舉例來說，馬達控制器10可依序於第一浮接相時間區間T1、第二浮接相時間區間T2、第三浮接相時間區間T3、第四浮接相時間區間T4、第五浮接相時間區間T5、以及第六浮接相時間區間T6去偵測換相點以驅動三相馬達M。馬達控制器10於第一浮接相時間區間T1導通第三線圈L3與第二線圈L2，使得浮接相形成於第一線圈L1。此時馬達控制器10可藉由偵測第一電壓信號UO以偵測換相點。馬達控制器10於第二浮接相時間區間T2導通第一線圈L1與第二線圈L2，使得浮接相形成於第三線圈L3。此時馬達控制器10可藉由偵測第三電壓信號WO以偵測換相點。馬達控制器10於第三浮接相時間區間T3導通第一線圈L1與第三線圈L3，使得浮接相形成於第二線圈L2。此時馬達控制器10可藉由偵測第二電壓信號VO以偵測換相點。馬達控制器10於第四浮接相時間區間 T4導通第二線圈L2與第三線圈L3，使得浮接相形成於第一線圈L1。此時馬達控制器10可藉由偵測第一電壓信號UO以偵測換相點。馬達控制器10於第五浮接相時間區間T5導通第二線圈L2與第一線圈L1，使得浮接相形成於第三線圈L3。此時馬達控制器10可藉由偵測第三電壓信號WO以偵測換相點。馬達控制器10於第六浮接相時間區間T6導通第三線圈L3與第一線圈L1，使得浮接相形成於第二線圈L2。此時馬達控制器10可藉由偵測第二電壓信號VO以偵測換相點。此外，馬達控制器10可於一浮接相時間區間之交界處逐漸改變脈寬調變信號Vp之工作週期以調變一相電流，使得相電流可平順地變化而降低三相馬達M之噪音與震動。第3圖係本發明一實施例之第二時序圖。馬達控制器10使得電氣週期T分成3個浮接相時間區間以偵測反電動勢進而切換相位。第4圖係本發明一實施例之第三時序圖。馬達控制器10使得電氣週期T分成2個浮接相時間區間以偵測反電動勢進而切換相位。第5圖係本發明一實施例之第四時序圖。馬達控制器10使得電氣週期T分成1個浮接相時間區間以偵測反電動勢進而切換相位。

具體而言，當三相馬達M運作於一啟動狀態時，馬達控制器10可使得電氣週期T分成較多的浮接相時間區間以切換相位，進而增加換相之成功率。當三相馬達M運作於一穩定狀態時，馬達控制器10可使得電氣週期T分成較少的浮接相時間區間以切換相位，進而降低三相馬達M之噪音與震動。也就是說，馬達控制器10先使得一電氣週期分成N1個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成N2個浮接相時間區間以切換相位，其中N1與N2皆為一正整數且N1>N2。當該電氣週期分成N1個浮接相時間區間時，三相馬達M係運作於一啟動狀態。當該電氣週期分成N2個浮接相時間區間時，三相馬達M係運作於一穩定狀態。根據上述的規則，至少可有7種以上之實施例如下：

一、馬達控制器10先使得該電氣週期分成6個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成1個浮接相時間區間以切換相位。

二、馬達控制器10先使得該電氣週期分成6個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成2個浮接相時間區間以切換相位。

三、馬達控制器10先使得該電氣週期分成6個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成2個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第二時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成1個浮接相時間區間以切換相位，其中該第二時間大於該第一時間。

四、馬達控制器10先使得該電氣週期分成6個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成3個浮接相時間區間以切換相位。

五、馬達控制器10先使得該電氣週期分成6個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成3個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第二時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成1個浮接相時間區間以切換相位，其中該第二時間大於該第一時間。

六、馬達控制器10先使得該電氣週期分成3個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成1個浮接相時間區間以切換相位。

七、馬達控制器10先使得該電氣週期分成2個浮接相時間區間以切換相位。當三相馬達M運作於一第一時間後，馬達控制器10使得該電氣週期分成1個浮接相時間區間以切換相位。

雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說明，應瞭解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反地，本發明意欲涵蓋對於熟習此項技藝之人士而言係明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利範圍應根據最廣的詮釋，以包含所有此類修改與相似配置。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。