专利名称：马达转速控制装置与方法
技术领域：
本发明是有关于一种马达转速控制装置与方法，且特别是有关于一种光学储存系
统的马达转速控制装置与方法。
背景技术：
主轴马达是光学储存系统的运转轴心，其功能主要是承载碟片并带动其旋转，使 光学读取头能在资料轨上连续地写入或是读取信号。因此，主轴马达是否具备稳定的运转 特性将直接影响光学储存系统的存取速度且主轴马达所能达到的转速也将限制光学储存 系统的最高读取倍速。 在现有技术中，中国台湾地区第584836号专利提出一种光盘转速控制装置及方 法，藉由检测主轴马达的电枢电流(Armature current)来计算主轴马达参数，并利用主轴 马达参数来计算得到相对转速而达到控制马达的目的。然而，此方法需要针对不同的主轴 马达进行数学运算，以求得马达各自所对应的主轴马达参数。此外，此方法是通过差分放大 电路(Differential amplifier)来计算电枢电流，因此所计算出的电枢电流往往会因电阻 间的匹配和噪声问题而存有误差，进而无法准确地取得主轴马达系数和转速。
在另一现有技术中，中国台湾地区第1274468号专利提出一种无霍尔元件的直流 有刷马达煞车控制方法与系统。此方法是在系统启动时先将马达预先煞车，以检测并纪录 马达停止时的静止电枢电流值。之后，在马达需要进行煞车控制时，输出反向控制电压并且 检测马达的电枢电流值。其中，所检测到的电枢电流值若是与静止电枢电流值相同，即代表 此马达已处于静止状态。然而，此方法的缺点是，每次系统启动时都必需先花费时间来将马 达预先煞车，以检测出作为判别依据的静止电枢电流值。
发明内容
本发明提供一种马达转速控制装置，在无须通过数学运算式或是差分放大电路的 情况下，藉由检测直流有刷马达的反电动势来进行控制。 本发明提供一种马达转速控制方法，在无须通过数学运算式或是差分放大电路的 情况下，藉由检测直流有刷马达反电动势信息来进行控制。 本发明提出一种马达转速控制装置，用以控制具有第一控制端与第二控制端的直 流有刷马达，且马达转速控制装置包括马达驱动器、检测单元以及中央处理器。马达驱动器 耦接直流有刷马达的第一控制端与第二控制端。检测单元用以在马达驱动器设为禁能状态 时，通过第一控制端与第二控制端来检测直流有刷马达的反电动势，并据以产生反电动势 信息。中央处理器依据反电动势信息判别直流有刷马达是否处在停止转动的状态，并依据 判别结果而决定是否产生煞车控制信号，且马达驱动器在使能状态时系依据煞车控制信号 来降低直流有刷马达的转动速度。 在本发明的实施例中，上述的检测单元包括第一电阻、第二电阻、开关以及第一 模-数转换器。第一电阻的第一端耦接第一控制端，且第一电阻的第一端与第二端分别用以产生第一检测电压与第二检测电压。第二电阻的第一端耦接第一电阻的第二端，第二电阻的第二端耦接至一第一参考电压。开关的第一端耦接第一电阻的第二端，开关的第二端耦接第二控制端。其中，在马达驱动器设为禁能状态的期间，开关导通其第一端与第二端。第一模-数转换器用以将第一检测电压与第二检测电压转换成相应的数字值，以产生反电动势信息。 在本发明的实施例中，上述的检测单元包括一第三电阻、一第四电阻、一第五电阻以及一第二模-数转换器。第三电阻的第一端耦接第一控制端。第四电阻的第一端耦接第三电阻的第二端，第四电阻的第二端耦接第二控制端，且第四电阻的第一端用以产生一第三检测电压。第五电阻的第一端耦接第四电阻的第二端，第五电阻的第二端耦接至一第二参考电压，并将第四电阻的第二端的电压准位拉至第二参考电压，以作为一第四检测电压。第二模-数转换器用以将第三检测电压与第四检测电压转换成相应的数字值，以产生反电动势信息。 本发明还提出了一种马达转速控制方法，用以控制具有第一控制端与第二控制端的一直流有刷马达，且所述马达转速控制方法包括下列步骤通过马达驱动器来驱动直流有刷马达；在马达驱动器设为禁能状态时，通过第一控制端与第二控制端来检测直流有刷马达的反电动势，并据以产生反电动势信息；依据反电动势信息判别直流有刷马达是否已停止转动，并依据判别结果而决定是否产生煞车控制信号；以及，在马达驱动器设为使能状态时，依据煞车控制信号来降低直流有刷马达的转动速度。 基于上述，本发明是藉由检测直流有刷马达的反电动势来产生一反电动势信息，并藉此据以控制直流有刷马达的转动速度。值得注意的是，本发明无须通过数学运算式或是差分放大电路即可测得反电动势，故本发明可避免因电阻不匹配所造成的电压偏移的影响，进而提升马达转速控制装置在控制上的精确度。再者，本发明也无须在系统启动时耗费时间来将马达预先煞车，故可有效地縮减在时程上的耗费。
图1所示为本发明的实施例提供的马达转速控制装置的电路架构图。
图2所示为直流有刷马达的电路示意图。
图3所示为直流有刷马达的转速解析度的波形示意图。
图4所示为依据本发明的实施例提供的一种检测单元的电路架构示意图,
图5所示为本发明另一实施例提供的一种检测单元的电路架构示意图。
图6所示为本发明又一实施例提供的一种检测单元的电路架构示意图。
图7所示为本发明的实施例提供的一种马达转速控制方法的流程图。
主要元件符号说明
100 :马达转速控制装置110 :马达驱动器
120 :检测单元
130 :中央处理器
101 :直流有刷马达
TM11 :直流有刷马达的第一控制端
TM12 :直流有刷马达的第二控制端 Dll :反电动势信息 Sll :煞车控制信号 Ra:内电阻 Ea:反电动势 R2:电阻 V2 :电压 410、510 :多路复用器 420 、520 :模-数转换器 R41、R42、R51 R53 :电阻 SW41 :开关 ND41、ND42、ND51、ND52 :连接点 VR4 、 VR5 、 VR6 :参考电压 V41、V42、V51、 V52 :检测电压
具体实施例方式
图1所示为本发明的实施例提供的马达转速控制装置的电路架构图。参照图1，马达转速控制装置100包括马达驱动器110、检测单元120以及中央处理器130。其中，马达转速控制装置100用以控制直流有刷马达IOI，其中直流有刷马达101具有第一控制端TM11与第二控制端TM12。在说明本实施例的马达转速控制装置100的操作原理之前，以下先就直流有刷马达101的电路特性作进一步的说明。 图2所示为直流有刷马达的电路示意图。参照图2，直流有刷马达101可等效成一内电阻Ra与一反电动势Ea的串联电路，其中反电动势Ea是直流有刷马达101在转动时产生的。在此，如式(1)所示，反电动势Ea的大小与直流有刷马达lOl的转动速度"为正比关系，其中Kb为常数值，因此藉由检测反电动势Ea的大小即可判断出直流有刷马达101的转动速度的快慢。 Ea = Kb w 式(1) 在反电动势Ea的检测上，如图2所示，倘若在直流有刷马达101的两端TMll与TM12连接有一电阻R2，则电阻R2与直流有刷马达101所构成的回路将可测得电压V2。其中，电压V2与反电动势Ea存在如式(2)所示的比例关系。因此，通过电压V2可计算出反电动势Ea的大小，进而判别出直流有刷马达lOl的转动速度。此外，如图3所示，藉由改变电阻R2的大小将可对应地改变电压V2的大小，且也可藉此判别直流有刷马达101的转速的解析度。
R2V2 =--Ea式(2)
R2 + Ra 请继续参照图1，马达驱动器110耦接直流有刷马达101的第一控制端TM11与第二控制端TM12。此外，马达驱动器110可设定为禁能状态或是使能状态，其中在禁能状态的期间，马达驱动器110与直流有刷马达101的两端TM11与TM12将相互浮接(floating);此外，在使能状态的期间，马达驱动器110将依据中央处理器130所发送的信号，来对直流
6有刷马达101进行相应的控制。 为了取得直流有刷马达101目前转速的相关信息，检测单元120用以在马达驱动器110设为禁能状态时，通过直流有刷马达101的两端TMll与TM12来检测直流有刷马达101的反电动势Ea，并根据该反电动势Ea产生反电动势信息Dll。依据上述的直流有刷马达101的电路特性来看，中央处理器130将可通过反电动势信息Dll得知直流有刷马达101目前的转速，进而判断出直流有刷马达101是否处在停止转动的状态。 当判断结果为直流有刷马达101尚未停止转动时，中央处理器130将产生煞车控制信号Sll并发送至马达驱动器110。此时，在使能状态的马达驱动器110将依据煞车控制信号Sll来降低直流有刷马达101的转动速度。相对地，当判断结果为直流有刷马达101已经停止转动时，中央处理器130将停止产生煞车控制信号Sll。如此一来，由于马达转速控制装置IOO是藉由检测反电动势Ea来控制马达，因此马达转速控制装置lOO无须额外配置差分放大电路，也无需通过复杂的数学运算式，即可对直流有刷马达101进行相应的操控。此外，在操控马达的过程中，马达转速控制装置100也无须在系统启动时耗费时间来将马达预先煞车，故可有效地縮减在时程的耗费。 值得注意的是，在图2所示的直流有刷马达101的电路特性的理论探讨中，已知通过跨接在直流有刷马达101两端TM11与TM12的电阻R2，可测得与反电动势Ea相关的电压V2。因此，在实际应用上，检测单元120即可利用此原理来进行反电动势Ea的检测。为了致使本领域技术人员能更了解本实施例，以下将列举多个实施例来进一步地说明检测单元120的细部动作。 图4所示为本发明的实施例提供的一种检测单元的电路架构示意图，其中为了说明方便起见，图4中还包括直流有刷马达101。参照图4，检测单元120包括电阻R41 (即第一电阻)、电阻R42(即第二电阻)、开关SW41、多路复用器410(即第一多路复用器)以及模_数转换器420 (即第一模-数转换器)。 参照图4，电阻R41的第一端耦接直流有刷马达IOI的第一控制端TM11，且电阻R41的第二端耦接电阻R42的第一端。电阻R42的第二端耦接至参考电压VR4。开关SW41的第一端耦接电阻R41的第二端，且开关SW41的第二端耦接直流有刷马达101的第二控制端TM12。多路复用器410耦接至电阻R41与R42的连接点ND41与ND42。模_数转换器420耦接多路复用器410。 请同时参照图1与图4，在马达驱动器110设为禁能状态的期间，开关SW41将导通其第一端与第二端，以致使电阻R41跨接在直流有刷马达101的两端TM11与TM12。此时，电阻R41的第一端与第二端将分别产生检测电压V41与另一检测电压V42。此外，依据式(2)来看，检测电压V41与V42之间的压差与直流有刷马达101的反电动势Ea存在比例关系。因此，在实际操作上，模_数转换器420会将检测电压V41与V42分别转换成相应的数字值，以产生反电动势信息Dll。 藉此，中央处理器130将可依据反电动势信息Dll来判别检测电压V41与V42之间的压差的大小，并藉此取得反电动势Ea的大小的相关信息。且知，当检测电压V41与V42之间的压差为零时，即代表反电动势Ea为零，也就是直流有刷马达lOl已经停止转动。因此，当检测电压V41与V42之间的压差为零时，模-数转换器420所产生的反电动势信息D11将致使中央处理器130停止产生煞车控制信号S11。值得注意的是，多路复用器410是以时分多路复用的方式，配合马达转速控制装置100的动作，在预定期间内传送检测电压V41与V42至模-数转换器420。此外，马达转速控制装置100中的其他构件可共用检测单元120中的模-数转换器420。 图5所示为本发明另一实施例提供的一种检测单元的电路架构示意图，其中为了说明方便起见，图5还包括直流有刷马达101。参照图5，检测单元120包括电阻R51 (即第三电阻)、电阻R52 (即第四电阻)、电阻R53 (即第五电阻)、多路复用器510 (即第二多路复用器)以及模-数转换器520。 参照图5，电阻R51的第一端耦接直流有刷马达101的第一控制端TM11，且电阻R51的第二端耦接电阻R52的第一端。电阻R52的第二端耦接直流有刷马达101的第二控制端TM12。电阻R53的第一端耦接电阻R52的第二端，且电阻R53的第二端耦接至一参考电压VR5。多路复用器510耦接至电阻R51 R53的连接点ND51与ND52。模-数转换器520耦接多路复用器510。 请同时参照图4与图5。在此，图4实施例与图5实施例最大不同之处在于，图4中的电阻R41由图5中的两电阻R51与R52取代，并跨接在直流有刷马达101的两端TM11与TM12。此外，在图5实施例中，并未配置相应的开关。以图5实施例的电路架构来看，跨接在直流有刷马达101的两端TM11与TM12的电压将可通过电阻R51与R52进行分压。此时，电阻R52的第一端将产生检测电压V51，且电阻R52的第二端将产生另一检测电压V52。
值得注意的是，藉由将电阻R51 R53的总阻值的调大，检测单元120将可在无须设置开关的情况下，避免因电阻R51 R53的阻值过小而引发的分流效应。此外，虽然电阻R51 R53的总阻值的提高会导致直流有刷马达101两端TM11与TM12的跨压变大，但是检测电压V51与V52可通过电阻R51与R52的分压效应而得到适当的衰减，因此检测电压V51与V52将不会超出模_数转换器520的可输入电压的范围。 请同时参照图1与图5，在实际操作上，模-数转换器520会将检测电压V51与V52分别转换成相应的数字值，以产生反电动势信息Dll。此外，检测电压V51与V52之间的压差AV5与直流有刷马达101的反电动势Ea的关系如式(3)所示。因此，中央处理器130将可依据反电动势信息Dll来判别检测电压V51与V52之间的压差的大小，并藉此取得反电动势Ea的大小的相关信息。相对地，中央处理器130将可依据判别结果而决定是否产生煞车控制信号Sll。另一方面，多路复用器510是以分时多路复用的方式依序传送检测电压V51与V52至模-数转换器520，且马达转速控制装置100中的其他构件可通过多路复用器510的切换，而一起共用模-数转换器520。至于本发明实施例的具体工作原理已包含在上述实施例中，故在此不予赘述。<formula>formula see original document page 8</formula>
然而，值得一提的是，从直流有刷马达101的电路特性来看，电阻R52的第二端的电压准位会通过电阻R53而被拉至参考电压VR5，也就是说，在实际操作上检测电压V52相等于参考电压VR5。且知，模-数转换器520也会接收另一参考电压来进行相应的转换。因此，如图6所示，当电阻R53与模-数转换器520所接收的参考电压都为电压VR6时，此时模_数转换器520可通过检测电压V51与其内部的参考电压VR6来产生反电动势信息Dl 1 。因此，在图6实施例中，电阻R52的第二端所产生的检测电压无需经多路复用器610(即第三多路复用器)传送至模_数转换器520。 从另一观点来看，图7所示为本发明的实施例提供的一种马达转速控制方法的流 程，其中所述马达转速控制方法用以控制具有第一控制端与第二控制端的直流有刷马达， 并包括下列步骤首先，于步骤S710，通过马达驱动器来驱动直流有刷马达；之后，于步骤 S720，在马达驱动器设为禁能状态时，通过直流有刷马达的第一控制端与第二控制端，来检 测直流有刷马达的反电动势，并据以产生反电动势信息；接着，于步骤S730，依据反电动势 信息判别直流有刷马达是否已停止转动，并依据判别结果而决定是否产生煞车控制信号； 藉此，于步骤S740，在马达驱动器设为使能状态时，依据煞车控制信号来降低直流有刷马达 的转动速度。至于本发明实施例的具体流程已包含在上述各实施例中，故在此不予赘述。
综上所述，本发明是藉由检测直流有刷马达的反电动势，来控制直流有刷马达的 转动速度。此外，本发明无须通过数学表达式或是差分放大电路即可测得反电动势，故本发 明可避免因电阻不匹配所造成的电压偏移的影响。再者，本发明也无须在系统启动时耗费 时间来将马达预先煞车，故可有效地縮减在时程上的耗费。 以上所述，仅为本发明的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求所述的保护范围为准。
权利要求
一种马达转速控制装置，用以控制具有第一控制端与第二控制端的直流有刷马达，且该马达转速控制装置包括马达驱动器，耦接该第一控制端与该第二控制端；检测单元，用以在该马达驱动器设为禁能状态时，通过该第一控制端与该第二控制端来检测该直流有刷马达的反电动势，并据以产生反电动势信息；以及中央处理器，依据该反电动势信息判别该直流有刷马达是否处在停止转动的状态，并依据判别结果而决定是否产生煞车控制信号，且该马达驱动器在使能状态时系依据该煞车控制信号来降低该直流有刷马达的转动速度。
2. 根据权利要求1所述的马达转速控制装置，其中该检测单元包括 第一电阻，其第一端耦接该第一控制端，且该第一电阻的第一端与第二端分别用以产生第一检测电压与第二检测电压；第二电阻，其第一端耦接该第一电阻的第二端，该第二电阻的第二端耦接至第一参考 电压；开关，其第一端耦接该第一电阻的第二端，该开关的第二端耦接该第二控制端，其中， 在该马达驱动器设为禁能状态的期间，该开关导通其第一端与第二端；以及第一模-数转换器，用以将该第一检测电压与该第二检测电压转换成相应的数字值， 以产生该反电动势信息。
3. 根据权利要求2所述的马达转速控制装置，其中该检测单元还包括 第一多路复用器，用以配合该马达转速控制装置的动作，在预定期间内传送该第一检测电压与该第二检测电压至该第一模_数转换器。
4. 根据权利要求1所述的马达转速控制装置，其中该检测单元包括 第三电阻，其第一端耦接该第一控制端；第四电阻，其第一端耦接该第三电阻的第二端，该第四电阻的第二端耦接该第二控制 端，且该第四电阻的第一端用以产生一第三检测电压；第五电阻，其第一端耦接该第四电阻的第二端，该第五电阻的第二端耦接至第二参考 电压，并将该第四电阻的第二端的电压准位拉至该第二参考电压，以作为第四检测电压；第二模-数转换器，用以将该第三检测电压与该第四检测电压转换成相应的数字值， 以产生该反电动势信息。
5. 根据权利要求4所述的马达转速控制装置，其中该检测单元还包括 第二多路复用器，用以配合该马达转速控制装置的动作，在预定期间内传送该第三检测电压与该第四检测电压至该第二模_数转换器。
6. 根据权利要求4所述的马达转速控制装置，其中该检测单元还包括第三多路复用器，用以配合该马达转速控制装置的动作，在预定期间内传送该第三检 测电压至该第二模_数转换器，其中，该第二模_数转换器更用以接收该第二参考电压，以 进行相关的电压转换。
7. 根据权利要求1所述的马达转速控制装置，其中该检测单元包括相互串接的多个电 阻，且该些电阻的部份连接点耦接该第一控制端与该第二控制端，该检测单元依据位在该 些部份连接点的多个检测电压来产生该反电动势信息，且当该些检测电压的压差为零时， 该中央处理器依据该反电动势信息而停止产生该煞车控制信号。
8. —种马达转速控制方法，用以控制具有第一控制端与第二控制端的直流有刷马达， 且马达转速控制方法包括通过马达驱动器来驱动该直流有刷马达；在该马达驱动器设为禁能状态时，通过该第一控制端与该第二控制端来检测该直流有 刷马达的反电动势，并据以产生反电动势信息；依据该反电动势信息判别该直流有刷马达是否已停止转动，并依据判别结果而决定是 否产生煞车控制信号；以及在该马达驱动器设为使能状态时，依据该煞车控制信号来降低该直流有刷马达的转动 速度。
9. 根据权利要求8所述的马达转速控制方法，其中通过该第一控制端与该第二控制端 来检测该直流有刷马达的反电动势，并据以产生该反电动势信息的步骤包括将相互串接的多个电阻的部份连接点耦接至该第一控制端与该第二控制端； 撷取在该些部份连接点的多个检测电压；以及将该些检测电压分别转换成相应的数字值，以产生该反电动势信息。
10. 根据权利要求9所述的马达转速控制方法，其中依据该反电动势信息判别该直流 有刷马达是否已停止转动，并依据判别结果而决定是否产生该煞车控制信号的步骤包括依据该反电动势信息判别该些检测电压的压差是否为零；当该些检测电压的压差不为零时，则判定该直流有刷马达尚未停止转动，并产生该煞 车控制信号；以及当该些检测电压的压差为零时，则判定该直流有刷马达已停止转动，并停止产生该煞 车控制信号。
全文摘要
一种马达转速控制装置，用以控制直流有刷马达，并包括马达驱动器、检测单元以及中央处理器。马达驱动器耦接直流有刷马达的第一控制端与第二控制端。检测单元在马达驱动器设为禁能状态时，通过第一控制端与第二控制端来检测直流有刷马达的反电动势，并据以产生反电动势信息。中央处理器依据反电动势信息判别直流有刷马达是否已经停止转动，并依据判别结果而决定是否产生煞车控制信号。此外，马达驱动器在使能状态时系依据煞车控制信号来降低直流有刷马达的转动速度。
文档编号H02P6/18GK101753078SQ20091026181
公开日2010年6月23日 申请日期2009年12月30日 优先权日2009年12月30日
发明者叶建良, 洪绍伦, 郑晏阡 申请人:凌阳科技股份有限公司