具相位自动切换机制的马达驱动器

技术领域

本发明涉及马达，特别是涉及一种具相位自动切换机制的马达驱动器。

背景技术

在电子设备中，风扇马达用于冷却处理器等发热组件。在风扇马达冷却发热组件的过程中，需要实时取得马达的电路的数据，才能依据数据精准地控制风扇马达的转速，使风扇马达表现出最适当的冷却性能，适当地冷却发热组件。然而，现有马达控制电路无法快速驱动马达正常运转，且仅让马达发出低噪音。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种具相位自动切换机制的马达驱动器，适用于三相马达，并包含马达控制电路、马达驱动电路、反电动势检测电路、波段图样存储电路以及驱动波形生成电路。马达控制电路配置以输出一启动控制信号以及一正常运转控制信号。马达驱动电路连接马达控制电路。马达驱动电路配置以依据启动控制信号以输出一马达启动信号至三相马达以启动三相马达，在启动三相马达之后，依据正常运转控制信号以输出一正常运转驱动信号至三相马达以驱动三相马达正常运转。反电动势检测电路连接三相马达。反电动势检测电路配置以在启动三相马达之后，开始检测三相马达的每一相的反电动势信号的电压准位，以输出一反电动势检测信号。波段图样存储电路配置以存储第一波段图样信号。第一波段图样信号具有多个第一波形图样的多个第一波段图样。驱动波形生成电路连接反电动势检测电路、波段图样存储电路以及马达控制电路。驱动波形生成电路配置以依据反电动势检测信号以从多个第一波段图样中获取多个作为第一波形信号的多个第一波段，并输出第一波形信号。接着，马达控制电路依据第一波形信号以输出正常运转控制信号。

在实施例中，反电动势检测电路检测三相马达的每一相的反电动势信号的多个波形中在开始检测后出现的第一个波形从高电压准位转为低电压准位与从低电压准位转为高电压准位的各一零交越点，以输出反电动势检测信号。零交越点为反电动势信号到达零值的时间点。

在实施例中，反电动势检测电路检测三相马达的每一相的反电动势信号的多个波形中的第一个波形之后的其他各波形从低电压准位转为高电压准位的一零交越点，以输出反电动势检测信号。零交越点为反电动势信号到达零值的时间点。

在实施例中，驱动波形生成电路依据反电动势检测信号所指出的反电动势信号从低电压准位转为高电压准位的一零交越点，以决定获取哪些第一波段图样。零交越点为反电动势信号到达零值的时间点。

在实施例中，驱动波形生成电路依据反电动势检测信号所指出的反电动势信号从高电压准位转为低电压准位的一零交越点，以决定获取哪些第一波段图样。零交越点为反电动势信号到达零值的时间点。

在实施例中，当反电动势信号的一电压大于零值时，驱动波形生成电路从第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，作为在反电动势信号的电压下降至零值后的一时间内所输出的第一波形信号的多个第一波段。

在实施例中，当反电动势信号的一电压小于零值时，驱动波形生成电路从第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，作为在反电动势信号的电压上升至零值后的一时间内所输出的第一波形信号的多个第一波段。

在实施例中，反电动势检测电路包含比较电路。比较电路的第一输入端连接三相马达并从三相马达接收反电动势信号。比较电路的第二输入端耦接参考电压。比较电路比较反电动势信号的电压与参考电压，以输出反电动势检测信号。

在实施例中，参考电压为反电动势信号的波形的波峰值与波谷值两者的总和的一半。

在实施例中，驱动波形生成电路比较第一波形信号与第二波形信号的多个值以输出一驱动波形信号。马达控制电路依据驱动波形信号以调整输出至三相马达驱动电路的正常运转控制信号。

在实施例中，第二波形信号的多个波形包含多个三角波波形、多个锯齿波波形或其组合。

在实施例中，第一波形信号的多个波形包含多个正弦波波形、多个三次谐波波形或其组合。

如上所述，本发明提供一种具相位自动切换机制的马达驱动器，其具有以下特点：

1.在马达启动之后，可检测反电动势信号从高电压准位转为低电压转位与从低电压准位转为高电压准位的零交越点，以决定第一波形信号的波形，达到快速驱动三相马达正常运转。

2.若风扇应用于手持式装置且在移动中或其他原因，导致风扇的三相马达的相位不如预期，可自动变换三相马达的相位，使三相马达正常运转。

3.不论反电动势的相位为何，皆可进行检测，因此检测时间可缩短，可较早地驱动三相马达正常运转，可改善震动与噪音。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的方框图。

图2为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的马达驱动电路以及三相马达的电路图。

图3为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的信号的波形图。

图4为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的信号的波形图。

图5为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的反电动势检测电路的电路图。

图6为本发明实施例和传统的马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势相同时的信号的波形图。

图7为本发明实施例的马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势不同时的信号的波形图。

图8为传统马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势不同时的信号的波形图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不背离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包含相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

请参阅图1至图4，其中图1为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的方框图，图2为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的马达驱动电路以及马达的电路图；图3和图4为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的信号的波形图。

本发明实施例的马达驱动器可包含如图1所示的反电动势检测电路10、波段图样存储电路20、驱动波形生成电路30、马达控制电路40以及马达驱动电路50。

如图1所示，驱动波形生成电路30可连接反电动势检测电路10、波段图样存储电路20以及马达控制电路40。马达驱动电路50可连接马达控制电路40以及三相马达MT。

马达驱动电路50可包含多个开关组件，例如图2所示的第一上桥开关HD1、第二上桥开关HD2、第三上桥开关HD3、第一下桥开关LD1、第二下桥开关LD2以及第三下桥开关LD3。马达驱动电路50的各开关组件的控制端可连接马达控制电路40的输出端。

第一上桥开关HD1的第一端可耦接第一输入电压VINU。第一上桥开关HD1的第二端可连接第一下桥开关LD1的第一端。第一下桥开关LD1的第二端可耦接第一参考电位VGU，例如接地。第一上桥开关HD1的第二端与第一下桥开关LD1的第一端之间的节点NU可连接三相马达MT的第一线圈CLU的第一端。第一线圈CLU的第二端可连接三相马达MT的共享端COM。

第二上桥开关HD2的第一端可耦接第二输入电压VINV。第二上桥开关HD2的第二端可连接第二下桥开关LD2的第一端。第二下桥开关LD2的第二端可耦接第二参考电位VGV，例如接地。第二上桥开关HD2的第二端与第二下桥开关LD2第一端之间的节点NV可连接三相马达MT的第二线圈CLV的第一端。第二线圈CLV的第二端可连接三相马达MT的共享端COM。

第三上桥开关HD3的第一端可耦接第三输入电压VINW。第三上桥开关HD3的第二端可连接第三下桥开关LD3的第一端。第三下桥开关LD3的第二端可耦接第三参考电位VGW，例如接地。第三上桥开关HD3的第二端与第三下桥开关LD3的第一端之间的节点NW可连接三相马达MT的第三线圈CLW的第一端。第三线圈CLW的第二端可连接三相马达MT的共享端COM。

当马达驱动器欲启动三相马达MT时，马达控制电路40可在如图3所示的一启动时间区间内输出一启动控制信号至马达驱动电路50的任一开关组件的控制端。马达驱动电路50可依据从马达控制电路40接收到的启动控制信号，以输出如图3所示的一马达启动信号SPS至三相马达MT，以启动三相马达MT。

在启动三相马达MT之后，反电动势检测电路10可检测如图2所示的三相马达MT的U相的反电动势BEMFU的反电动势信号EUS、V相的反电动势BEMFV的反电动势信号EVS以及W相的反电动势BEMFW的反电动势信号EWS中的一或多者，以输出一反电动势检测信号。

波段图样存储电路20可存储第一波段图样信号。第一波段图样信号可具有多个第一波形的多个第一波段图样。每一波形具有多个第一波段图样。多个第一波形可包含多个正弦波波形、多个三次谐波波形或其组合，在此仅举例说明，本发明不以此为限。

驱动波形生成电路30可依据从反电动势检测电路10接收到的反电动势检测信号，以从波段图样存储电路20提供的第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，以决定第一波形信号(例如图3所示的第一波形信号NRS如图4所示的第一波形信号WS21或WS22)的多个完整(或非完整)的第一波形的多个第一波形段，并输出第一波形信号至马达控制电路40。

在启动时间区间内启动三相马达MT之后，马达控制电路40可依据第一波形信号(例如图3所示的第一波形信号NRS或如图4所示的第一波形信号WS21或WS22)，以输出正常运转控制信号至马达驱动电路50。马达驱动电路50可依据正常运转控制信号以输出一正常运转驱动信号至三相马达MT，以驱动三相马达MT在正常运转时间区间内正常运转。

若有需要，驱动波形生成电路30可比较第一波形信号(例如图3所示的第一波形信号NRS或如图4所示的第一波形信号WS21或WS22)与第二波形信号(例如图4所示的第二波形信号WS1)的多个值，以输出一驱动波形信号(例如图4所示的驱动波形信号WLS)。

举例而言，第一波形信号的多个第一波形包含多个正弦波波形、多个三次谐波波形或其组合，第二波形信号的多个波形包含多个三角波波形、多个锯齿波波形或其组合。

在启动时间区间内启动三相马达MT之后，马达控制电路40可依据驱动波形信号(例如图4所示的驱动波形信号WLS)，以输出正常运转控制信号至马达驱动电路50(的与三相马达MT的W相的第三线圈CLW相连接的第三上桥开关HD3的控制端)。马达驱动电路50可依据正常运转控制信号以输出一正常运转驱动信号(例如图4所示的正常运转驱动信号WLS)至三相马达MT，以驱动三相马达MT在正常运转时间区间内正常运转。另外，马达驱动电路50可输出其他正常运转驱动信号ULS、VLS至三相马达MT。

值得注意的是，为了在启动三相马达MT之后能快速驱动三相马达MT正常运转，必需如上述检测如图2所示的三相马达MT的U相的反电动势BEMFU、V相的反电动势BEMFV以及W相的反电动势BEMFW。

然而，当反电动势检测电路10检测三相马达MT的任一反电动势信号EUS、EVS、EWS时，马达控制电路40需关闭马达驱动电路50的开关组件。举例而言，马达控制电路40关闭马达驱动电路50中与三相马达MT的W相的一端相连接的第三上桥开关HD3以及第三下桥开关LD3，以中断电流流经三相马达MT的W相的线圈一段时间，导致风扇的三相马达MT会生成噪音。此时，反电动势检测电路10可检测到三相马达MT的W相的反电动势信号EWS。

反电动势检测电路10检测反电动势信号EUS、EVS、EWS的次数与噪音程度成正比。因此，检测反电动势信号EUS、EVS、EWS的次数取决于精准驱动三相马达MT正常运转的程度以及可接受的噪音程度。

举例而言，反电动势检测电路10仅检测反电动势信号BEMFS的在开始检测或马达MT启动后的第一个出现的波形的电压准位，以输出反电动势检测信号。若有需要，在检测反电动势信号BEMFS的多个波形中的第一个波形之后，反电动势检测电路10可进一步检测反电动势信号BEMFS的后续出现的一或多个波形的电压准位，以输出一反电动势检测信号。

在本实施例中，反电动势检测电路10可检测三相马达MT的每一相的反电动势信号BEMFS的第一个波形从低电压准位转为高电压准位的一零交越点，并可检测此第一个波形从高电压准位转为低电压准位的一零交越点，以输出反电动势检测信号。

亦即，反电动势检测电路10可检测在开始检测或马达MT启动后，反电动势信号BEMFS的第一个波形是先到达从低电压准位转为高电压准位的一零交越点，还是先到达从高电压准位转为低电压准位的一零交越点，以输出一反电动势检测信号。在本实施例中，所述的零交越点为反电动势信号BEMFS的电压到达零值的时间点。

如图3所示，在一启动时间区间结束后，反电动势检测电路10开始检测三相马达MT的每一相的反电动势信号BEMFS。反电动势检测电路10是先检测到反电动势信号BEMFS的多个波形中的第一个波形从低电压准位转为高电压准位的一零交越点。

在反电动势检测电路10检测反电动势信号BEMFS的第一个波形从低电压准位转为高电压准位的一零交越点以及从高电压准位转为低电压准位的一零交越点之后，反电动势检测电路10可检测三相马达MT的每一相的反电动势信号BEMFS的第一个波形之后出现的其他波形从低电压准位转为高电压准位的零交越点，以输出一反电动势检测信号。

若有需要，反电动势检测电路10也可检测反电动势信号BEMFS的第一个波形之后出现的其他波形从高电压准位转为低电压准位的零交越点，以输出一反电动势检测信号。

驱动波形生成电路30可依据反电动势信号BEMFS，以从第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，作为第一波形信号的多个第一波段，来衔接一马达启动信号的波形。第一波形信号的多个第一波形中的第一个出现者可能为完整或仅一部分的正弦波波形或三次谐波波形。第一波形信号的第一波形取决于反电动势信号BEMFS到达零值的时间点以及反电动势信号BEMFS的电压准位的变化。

当反电动势信号BEMFS的电压大于零值时，驱动波形生成电路30可从第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，作为在反电动势信号BEMFS的此电压下降至零值后的一时间内所输出的第一波形信号的多个第一波段，衔接一马达启动信号的波形。

当反电动势信号BEMFS的电压小于零值时，驱动波形生成电路30可从第一波段图样信号的多个第一波段图样中获取多个，作为在反电动势信号BEMFS的此电压上升至零值后的一时间内所输出的第一波形信号的多个第一波段，衔接一马达启动信号的波形。

请参阅图1和图5，其中图1为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的方框图，图5为本发明实施例的具相位自动切换机制的马达驱动器的反电动势检测电路的电路图。

如图1所示的反电动势检测电路10可包含比较电路。比较电路可包含一或多个比较器，例如包含图5所示的第一比较器CMP。实际上，反电动势检测电路10的比较电路可还包含第二比较器以及第三比较器。

第一比较器CMP、第二比较器以及第三比较器可分别用于检测三相马达MT的U相的反电动势信号(例如图2所示的反电动势信号EUS)、V相的反电动势信号(例如图2所示的反电动势信号EVS)以及W相的反电动势信号(例如图2所示的反电动势信号EWS)。

第一比较器CMP的第一输入端可连接三相马达MT的U相的第一线圈CLU的第二端，以接收反电动势信号EUS。第二比较器的第一输入端可连接三相马达MT的V相的第二线圈CLV的第二端，以接收反电动势信号EVS。第三比较器的第一输入端可连接三相马达MT的W相的第三线圈CLW的第二端，以接收反电动势信号EWS。

第一比较器CMP的第二输入端可耦接第一参考电压Vref。第二比较器的第二输入端可耦接第二参考电压。第三比较器的第二输入端可耦接第三参考电压。

第一比较器CMP可比较反电动势信号EUS的电压与第一参考电压Vref，以输出一反电动势检测信号至驱动波形生成电路30。此第一参考电压可为反电动势信号EUS的波峰值和波谷值的总和的一半，但本发明不以此为限。

第二比较器可比较反电动势信号EVS的电压与第二参考电压，以输出一反电动势检测信号至驱动波形生成电路30。此第二参考电压可为反电动势信号EUV的波峰值和波谷值的总和的一半，但本发明不以此为限。

第三比较器可比较反电动势信号EWS的电压与第三参考电压，以输出一反电动势检测信号至驱动波形生成电路30。此第三参考电压可为反电动势信号EUW的波峰值和波谷值的总和的一半，但本发明不以此为限。

请参阅图1和图6至图8，其中图6为本发明实施例和传统的马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势相同时的信号的波形图；图7为本发明实施例的马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势不同时的信号的波形图；图8为传统马达驱动器所驱动的三相马达的相位和反电动势不同时的信号的波形图。

本发明马达驱动器以及传统马达驱动器所驱动的三相马达MT的相位和反电动势(三相马达MT的实际位置等同于反电动势)相同时，如图6所示，在从启动时间区间进入正常运转时间区间后，仅经过一小段时间，便输出第一波形信号CU01，用于驱动三相马达MT。

值得注意的是，传统马达驱动器所驱动的三相马达MT的相位和反电动势不同时，则如图8所示，在从启动时间区间进入正常运转时间区间内，需等待一段过长的检测时间TD0后，才输出用于驱动马达的第一波形信号CU0，导致三相马达MT生成噪音。

相比之下，本发明马达驱动器在启动三相马达MT之后，在如图7所示的获取时间TD1内，获取三相马达MT的反电动势信号BEMFS的波形的电压。在如图7所示的检测时间TD2内，如图5所示的第一比较器CMP比较所获取的反电动势信号BEMFS的电压与第一参考电压Vref，以检测三相马达MT的反电动势信号BEMFS的波形从低电压准位转为高电压准位的零交越点，也检测反电动势信号BEMFS的波形从高电压准位转为低电压准位的零交越点。

应理解，上述获取时间TD1小于检测时间TD2，避免占用第一比较器CMP执行上述比较作业的时间，而影响真正要检测的反电动势信号BEMFS的零交越点。

当本发明马达驱动器所驱动的三相马达MT的相位和反电动势不相同时，如图7所示，在三相马达MT启动之后，刚进入正常运转时间区间时，先利用短暂的获取时间TD1，来判断此时反电动势信号BEMFS的电压是大于第一参考电压Vref还是小于第一参考电压Vref。若反电动势信号BEMFS的电压大于第一参考电压Vref，则可预知反电动势信号BEMFS即将由高准位转至低准位，因此我们将等待反电动势信号BEMFS从高准位转至低准位的零交越点，并在零交越点出现后直接输出第一波形信号CU1的下弦的电压驱动波形，无需等待图8所示很长的检测时间TD0。因此，这状况下最多仅需等待较短的检测时间TD2(相对于图8的检测时间TD0)，便输出第一波形信号CU1，用以驱动三相马达MT正常运转，借此可有效防止三相马达MT生成噪音。

同理，刚进入正常运转时间区间时，先利用短暂的获取时间TD1，来判断此时反电动势信号BEMFS的电压是大于第一参考电压Vref还是小于第一参考电压Vref。若反电动势信号BEMFS的电压小于第一参考电压Vref，则可预知反电动势信号BEMFS即将由低准位进入高准位，因此我们将等待低准位至高准位的零交越点，并在零交越点出现后直接输出第一波形信号CU1的上弦的电压驱动波形，等同于图6所示的情况。

再次申明，上述获取时间TD1小于检测时间TD2，因为获取时间TD1仅是先观察此时反电动势信号BEMFS的电压是大于第一参考电压Vref还是小于第一参考电压Vref，才知道接下来要等待的反电动势信号BEMFS的零交越点是低准位进入高准位，或高准位进入低准位，也才知道要准备输出第一波形信号CU1的上弦或下弦电压驱动波形。预先观察反电动势信号BEMFS的准位的获取时间TD1必须小于检测反电动势信号BEMFS的零交越点的检测时间TD2，才能避免占用第一比较器CMP作业的时间。

综上所述，本发明提供一种具相位自动切换机制的马达驱动器，其具有以下特点：

1.在马达启动之后，可检测反电动势信号从高电压准位转为低电压转位与从低电压准位转为高电压准位的零交越点，以决定第一波形信号的波形，达到快速驱动三相马达正常运转。

2.若风扇应用于手持式装置且在移动中或其他原因，导致风扇的三相马达的相位不如预期，可自动变换三相马达的相位，使三相马达正常运转。

3.不论反电动势的相位为何，皆可进行检测，因此检测时间可缩短，可较早地驱动三相马达正常运转，可改善震动与噪音。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书内。