专利名称：马达的转速控制回路的制作方法
技术领域：
本发明有关于一种用于马达的转速控制回路，特别是一种具有相位比较功能的相位追踪单元的转速控制回路。
背景技术：
请参照图1所示，用于控制一马达的现有转速控制回路9连接于该马达的数个马达线圈8，且该转速控制回路9包含一运转控制单元91及一驱动电路92。详言之，该运转控制单元91具有一命令输入端911，以供接收输入该转速控制回路9的转速命令，且该转速命令可为对应于该马达的目标转速的电压值；该运转控制单元 91另具有数个信号输出端912连接至该驱动电路92，以通过该驱动电路92控制该马达线圈8 ；此外，该运转控制单元91更具有一转速检测元件913，该转速检测元件913可为一霍尔感应元件(Hall sensor)且设置接近于该马达的转子7，以便测知该马达的运转速度。该驱动电路92较佳为一全桥式电路架构，该全桥式电路架构包含数个电子式开关921，以对应该数个马达线圈8构成数个桥臂，其中各该电子式开关921均具有一控制埠供该信号输出端912连接，各该桥臂均由串接的二电子式开关921构成，以形成一串接点，且该串接点连接至该马达线圈8。借助上述的现有转速控制回路9，该运转控制单元91可由该命令输入端911接收该转速命令，并根据该转速命令产生一组脉宽调制(pulsewidth modulation, PWM)控制信号送至该驱动电路92，以分别控制该驱动电路92的各该电子式开关921的导通状态，进而通过控制各该马达线圈8中的电流而致动该马达依该转速命令进行运转。然而，上述现有转速控制回路9所存在缺点为该转速控制回路9虽利用该转速检测元件913将速度资讯反馈至该运转控制单元91，但是其并未针对该马达的运转速度进行精确控制，导致该转速命令所对应的转速与该马达的实际转速之间，往往存在5%以上的误差。基于上述原因，有必要进一步改良上述现有的转速控制回路。
发明内容
本发明目的是提供一种马达的转速控制回路，该转速控制回路具有有效降低马达的实际转速与一转速命令之间的误差，达到提高控制效率并精确控制该马达转速的目的。本发明另一目的是提供一种马达的转速控制回路，其有效的将运算量均勻分配至一相位追踪单元及一运转控制单元，达到增加最高可控转速的目的。本发明的技术手段包含一种马达的转速控制回路，包含一转速监控模组、一电压转换器及一驱动电路。该转速监控模组供接收一转速命令且检测该马达的转速而产生一实际转速信号，并以该实际转速信号产生一驱动控制信号，该转速监控模组将该转速命令转换为一转速参考波形，计算该转速参考波形及该实际转速信号的相位差而获得一相位差信号，并根据该相位差信号产生一电源调整信号，且该转速监控模组具有一驱动信号输出端及一电源信号输出端，该驱动信号输出端供输出该驱动控制信号，该电源信号输出端则供输出一电源调整信号。该电压转换器具有一电源信号输入端及一直流电压输出端，该电源信号输入端连接至该转速监控模组的电源信号输出端，该电压转换器根据该电源调整信号控制该直流电压输出端的直流电力以形成一直流调控电压。该驱动电路具有一直流电压输入端及数个桥臂，该直流电压输入端连接该电压转换器的直流电压输出端，以供接收该直流调控电压，该数个桥臂并联连接于该直流电压输入端及一接地点之间，该数个桥臂连接该转速监控模组的驱动信号输出端以供接收该驱动控制信号，且各该桥臂均具有一串接点以供连接该马达线圈。 本发明的有益效果在于本发明的转速控制回路不仅可通过相位比较的方式，有效降低该马达的实际转速与该转速命令之间的误差，且更可进一步简化电路复杂度。此外， 由于本实施例以该相位追踪单元计算该相位差信号及电源调整信号，并以该运转控制单元计算该驱动控制信号，故可有效将该转速监控模组的运算量较均勻的分配至该相位追踪单元及运转控制单元，故也可因提高总运算的上限而相对增加本发明的转速控制回路的最高可控转速。
为让本发明上述及其他目的、特征及优点能更明显易懂，下文特举本发明的较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下请参照图2及3所示，其绘示本发明第一实施例的系统示意图及电路图。如图2 所示，本发明第一实施例的转速控制回路包含一转速监控模组1、一电压转换器2及一驱动电路3，且本发明的转速控制回路耦接至一马达的数个马达线圈8，以控制该马达的运转状态及其转子7的转速。该转速监控模组1供接收一转速命令，根据该转速命令及该马达的实际转速资讯产生一相位差信号，根据该相位差信号产生一电源调整信号传输至该电压转换器2，且检测该马达的实际转速而产生一实际转速信号，并对应该实际转速信号产生一组驱动控制信号传输至该驱动电路3 ；该电压转换器2接收该电源调整信号并据以产生一直流调控电压，且该电压转换器2将该直流调控电压传输至该驱动电路3 ；该驱动电路3接收该驱动控制信号及该直流调控电压，并据以产生电流通过各该马达线圈8。请再参照图2及3所示，该转速监控模组1包含一相位追踪单元11及一运转控制单元12，且该相位追踪单元11及运转控制单元12较佳由微控制器(microprocessor control unit, MCU)所构成，但是该相位追踪单元11也可仅由功能简单且成本较低的IC 芯片所构成。在本实施例中，该相位追踪单元11为具有锁相功能的模拟电路或集成电路 (phase-lockloop integrated circuit, PLL IC)所构成，例如编号 CD4046 或XR2206 的 IC ； 此外，该运转控制单元12则可选择为编号PIC16F1827的微控制器。详言之，该相位追踪单元11供接收该转速命令，且根据该转速命令及该马达的实际转速资讯产生该相位差信号， 并将该转速命令转换为一转速参考波形，再将该相位差信号及转速参考波形传输至该运转控制单元12。该相位追踪单元11包含一命令输入端111、一转速输入端112、一相位差输出端113及一波形输出端114。该命令输入端111供接收该转速命令；该转速输入端112 与该运转控制单元12电连接，以接收该实际转速信号；该相位差输出端113及波形输出端 114也连接至该运转控制单元12，以便该相位追踪单元11将该相位差信号及转速参考波形传输至该运转控制单元12。其中，该转速命令可为一直流电压命令，而该相位追踪单元11 则将该直流电压命令转换为该转速参考波形，并比较该转速参考波形及该实际转速信号的相位以计算其相位差，进而获得该相位差信号。借此，由该相位追踪单元11所进行的相位比较作业，即可使本发明的转速控制回路具有较高的转速控制精确度。本发明的运转控制单元12接收该相位差信号及转速参考波形并据以产生该电源调整信号，并将该电源调整信号传输至该电压转换器2 ；且该运转控制单元12另检测该马达的实际转速而产生该驱动控制信号，并将该驱动控制信号传输至该驱动电路3。该运转控制单元12包含一波形输入端120、一相位差输入端121、一转速检测元件122、一电源信号输出端123、一驱动信号输出端124及一转速输出端125。该波形输入端120及相位差输入端121分别与该波形输出端114及相位差输出端113相连接，以便接收该转速参考波形及相位差信号；该转速检测元件122供检测该马达的实际转速，其较佳为一霍尔感应元件且设置接近于该马达的转子7，以便该运转控制单元12产生频率正比于该马达的实际转速的实际转速信号；该电源信号输出端123连接该电压转换器2并输出该电源调整信号，其中该电源调整信号为一脉宽调制(pulse width modulation,PWM)信号；该驱动信号输出端124 连接该驱动电路3且输出该驱动控制信号，其中该驱动控制信号较佳为一组方波信号，且该驱动控制信号根据该实际转速信号所产生；该转速输出端125连接至该转速输入端112，以便该运转控制单元12将该实际转速信号传送至该相位追踪单元11。该电压转换器2较佳由一电子开关组21及一滤波电容22构成，且该电压转换器2 另包含一电源信号输入端23、一供电端24、一滤波端25及一直流电压输出端26。详言之， 该电子开关组21具有一控制埠、一输入埠、一充放电埠及一输出埠以分别构成该电源信号输入端23、供电端24、滤波端25及直流电压输出端26 ；该滤波电容22连接于该滤波端25 及接地点之间；该电源信号输入端23连接该电源信号输出端123以接收该电源调整信号； 该供电端24连接至一直流电压源V ；而该直流电压输出端26则连接至该驱动电路3。借此，该电子开关组21根据该电源调整信号决定是否将该直流电压源V的电力由该供电端24 传送至该直流电压输出端26，而该滤波电容22则通过该滤波端25对该电子开关组21内所传输的控制信号进行滤波。因此，即可由该直流电压输出端26输出该直流调控电压。该驱动电路3具有数个桥臂31，各该桥臂31均具有相互串接的一上桥开关311及一下桥开关312，且该数个桥臂31的上桥开关311及下桥开关312之间的串接点形成该驱动电路3的驱动电力输出端32，而该驱动电力输出端32则连接至该马达线圈8。其中，各该上桥开关311及下桥开关312均具有一控制埠，且该数个控制埠通过一驱动信号输入端 33连接至该驱动信号输出端124以接收该组驱动控制信号。此外，该驱动电路3更具有一直流电压输入端34，该直流电压输入端34与该直流电压输出端26相连接，以便接收该直流调控电压。其中，该数个桥臂31并联连接构成一并联电路，该并联电路的一并联端点连接该直流电压输入端34，且该并联电路的另一并联端点耦接至接地点。请再参照图3所示，当本发明第一实施例的转速控制回路运作时，借助该命令输入端111及转速输入端112所接收的转速命令及实际转速信号，该相位追踪单元11比较该转速参考波形及实际转速信号并计算获得该相位差信号，且通过该相位差输出端113及相位差输入端121将该相位差信号送至该运转控制单元12，以及另通过该波形输出端114及波形输入端120将该转速参考波形送至该运转控制单元12。继之，该运转控制单元12根据该相位差信号产生该电源调整信号，并根据该转速检测元件122及转速输出端125所测得的马达实际转速产生该驱动控制信号。详言之，当利用本发明的转速控制回路启动该马达以进行运转时，该运转控制单元12首先计算该转速参考波形的频率以作为一参考频率，并进行一启动步骤以此参考频率对应产生的PWM信号作为该电源调整信号。随后，当该马达开始运转而该转速检测元件122测得该转子7的转速并产生该实际转速信号时，该运转控制单元12计算该实际转速信号的频率与该参考频率的频差值。借此，若该频差值在一相位差微调范围之外，则该运转控制单元12进行一转速粗调步骤于该实际转速信号的频率小于该参考频率时增加该电源调整信号的占空比 (duty ratio)，而在该实际转速信号的频率大于该参考频率时减少该电源调整信号的占空比。反之，若该频差值落在该相位差微调范围内，则该运转控制单元12进行一转速微调步骤当该实际转速信号的相位落后该转速参考波形的相位时，即增加该电源调整信号的占空比；而当该实际转速信号的相位超前该转速参考波形的相位时，即减少该电源调整信号的占空比。承上所述，利用上述的控制机制，即可通过增加该电源调整信号的占空比提高该直流调控电压，进而增加该马达的转速，或通过减少该电源调整信号的占空比降低该直流调控电压，进而减少该马达的转速。其中，该相位差微调范围可视需求进行调整，例如可订定为该参考频率的90%至110%所涵盖的频率范围。借助上述的启动步骤、转速粗条步骤及转速微调步骤所构成的三段式转速控制，不仅可在马达刚启动而初进行运转时，使该马达的实际转速迅速接近该转速命令的转速，且可在转速相近时利用该相位差信号及转速微调步骤精确调整该马达的运转速度，进而达到改善转速控制效率及精确度的目的。此外，该运转控制单元12根据该马达实际转速调整该驱动控制信号的手段，较佳借助该转速检测元件122检测该马达受到该直流调控电压驱动后的瞬间实际转速，再由该运转控制单元12改变该驱动控制信号的频率以将该马达继续维持于此一转速。换言之，若该马达受该直流调控电压加速，则该驱动控制信号的频率增加；而若该马达受该直流调控电压减速，则该驱动控制信号的频率减少。然而，当该驱动控制信号由PWM信号所构成，则也可在该马达受该直流调控电压加速时增加该驱动控制信号的占空比，并在该马达受该直流调控电压减速时减少该驱动控制信号的占空比。另，该运转控制单元12通过该转速输出端125将该实际转速信号送至该相位追踪单元11。随后，该电压转换器2由该电源信号输入端23接收该运转控制单元12所产生的电源调整信号。由于该电子开关组21的控制埠形成该电源信号输入端23，故该电子开关组 21的切换频率与该电源调整信号的频率相同。此外，借助该涟波滤除电容22对该电压源V 经该电子开关组21传送至该直流电压输出端26的电力进行滤波及稳压，该直流调控电压即可对应于该电源调整信号的占空比。详言之，如图3所示，当该电源调整信号为低电压准位时，该电子开关组21即传送电力至该直流电压输出端26，而该电源调整信号为高电压准位时，该电子开关组21则停止传送电力至该直流电压输出端26，故该直流调控电压与该电源调整信号的占空比呈负相关(negative correlation)。最后，借助该驱动控制信号控制该驱动电路3的各该上桥臂开关311及下桥臂开关312的导通与否，可决定各该马达线圈8内的电流的方向；此外，由该直流电压输入端34 输入该驱动电路3的直流调控电压则可决定各该马达线圈8内的电流的大小。因此可操作该马达依所欲驱动的方向及速度进行运转。综上所述，借助上述的相位追踪单元11，本发明的转速控制回路可通过三段式转速控制及相位比较的方式，有效提高该马达的实际转速追踪该转速命令的效率，并降低该实际转速与该转速命令之间的误差，进而可同时达到精确控制该马达转速的目的。请参照图4所示，其绘示本发明第二实施例的转速控制回路的电路图。相较于前述第一实施例的转速控制回路，本发明第二实施例的转速控制回路具有相同的系统架构， 但是其针对该转速命令为该转速参考波形的情形，以另一转速监控模组1’取代该转速监控模组1，且该转速监控模组1’与第一实施例的转速监控模组1的差异在于该相位追踪单元 11’未设有该波形输出端114，而该运转控制单元12的波形输入端120则直接接收该转速命令。借此，该相位追踪单元11’仅需计算该相位差信号，故在本实施例中可利用功能更为简化的IC完成该相位追踪单元11’，进而达到降低成本的目的。请参照图5及6所示，其绘示本发明第三实施例的转速控制回路的系统示意图及电路图。相较于前述第一及第二实施例的转速控制回路，本发明第三实施例的转速控制回路以另一转速监控模组1”取代该转速监控模组1，且该转速监控模组1”也具有一相位追踪单元11”及一运转控制单元12’。详言之，相较于第一实施例的相位追踪单元11，该相位追踪单元11”未设有该相位差输出端113，且该相位追踪单元11”另设有一电源信号输出端115连接至该电压转换器2。另，相较于第一实施例的运转控制单元12，该运转控制单元12’进一步省略该相位差输入端121及电源信号输出端123。此外，在本实施例中，可选择该相位追踪单元11”及运转控制单元12’均为一微控制器。承上所述，当本发明第三实施例的转速控制回路运作时，该相位追踪单元11”不仅比较该转速参考波形及实际转速信号而计算获得该相位差信号，且由该转速参考波形计算获得该参考频率，再直接以该相位差信号及该参考频率依序进行该启动步骤、转速粗调步骤及转速微调步骤而计算产生该直流调控电压，并由该电源信号输出端115将该直流调控电压送至该电压转换器2。此外，该相位追踪单元11”由该波形输出端114将一转速命令信号送至该运转控制单元12’的波形输入端120，以便该运转控制单元12’根据该转速命令信号产生该驱动控制信号并传送至该驱动电路3，而该运转控制单元12’仅需另产生该实际转速信号并送至该相位追踪单元11”。其中，该转速命令信号较佳为对应于该直流调控电压的一 PWM信号，以便直接以此转速命令信号的占空比调整该驱动控制信号。另，如图6所示，该相位追踪单元11”的命令输入端111可包含一波形输入埠 11 la、一直流电压输入埠Illb及一直流电流输入埠111 c的其中至少一种，而该转速命令则可为一 PWM信号命令、一参考波形命令、一直流电压命令或一直流电流命令。其中，该PWM 信号命令或参考波形命令由该波形输入埠Illa送入该相位追踪单元11”;该直流电压命令由该直流电压输入埠Illb送入该相位追踪单元11”;而该直流电流命令则由该直流电流输入埠Illc送入该相位追踪单元11”。详言之，借助上述的波形输入埠111a、直流电压输入埠11 Ib及直流电流输入埠111 c，使用者可选择以PWM信号、参考波形、直流电压及直流电流的任一个做为该转速命令，进而提高本发明的使用便利性。借此，本发明的转速控制回路不仅可通过相位比较的方式，有效降低该马达的实际转速与该转速命令之间的误差，且更可进一步简化电路复杂度。此外，由于本实施例以该相位追踪单元11”计算该相位差信号及电源调整信号，并以该运转控制单元12’计算该驱动控制信号，故可有效将该转速监控模组1”的运算量较均勻的分配至该相位追踪单元11” 及运转控制单元12’，故也可因提高总运算的上限而相对增加本发明的转速控制回路的最高可控转速。
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权利要求
1.一种马达的转速控制回路，供连接于一个马达的马达线圈，其特征在于包含一个转速监控模组，检测该马达的转速而产生一个实际转速信号及一个驱动控制信号，并接收且转换一个转速命令成为一个转速参考波形，以及计算该转速参考波形及该实际转速信号的相位差而获得一个相位差信号，并根据该相位差信号产生一个电源调整信号；一个电压转换器，连接该转速监控模组并接收该电源调整信号，且根据该电源调整信号形成一直流调控电压；及一个驱动电路，具有一个用以接收该直流调控电压的直流电压输入端、一个用以接收该驱动控制信号的驱动信号输入端及一个驱动电力输出端，该直流电压输入端连接该电压转换器，该驱动信号输入端连接该转速监控模组，且该驱动电力输出端连接该马达线圈。
2.依权利要求1所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该转速监控模组包含一个相位追踪单元及一个运转控制单元，该相位追踪单元接收该转速命令及实际转速信号以运算产生该相位差信号，该运转控制单元检测该马达的转速而产生该实际转速信号，并运算产生该驱动控制信号，且该运转控制单元接收该相位差信号并运算产生该电源调整信号。
3.依权利要求2所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该运转控制单元运算产生的电源调整信号为脉宽调制信号。
4.依权利要求1所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该转速监控模组包含一个运转控制单元及一个相位追踪单元，该运转控制单元检测该马达的转速而产生该实际转速信号，并运算产生该驱动控制信号，该相位追踪单元接收该转速命令及实际转速信号以运算产生该电源调整信号。
5.依权利要求4所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该相位追踪单元运算产生的电源调整信号为脉宽调制信号。
6.依权利要求3或5所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该电压转换器包含一个电子开关组，该电子开关组具有一个用以接收该电源调整信号的控制埠、一个用以输出该直流调控电压的输出埠及一个输入埠，该控制埠连接该转速监控模组，该输出埠连接该驱动电路，该输入埠连接至一直流电压源。
7.依权利要求6所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该电子开关组另包含一个充放电埠经由一个滤波电容串接至接地点。
8.依权利要求1所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该驱动电路包含数个桥臂， 该数个桥臂并联连接至该直流电压输入端，该数个桥臂连接该驱动信号输入端接收该驱动控制信号，且各该桥臂均具有一个串接点连接该驱动电力输出端。
9.依权利要求2所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该相位追踪单元将该转速命令转换为该转速参考波形，并传送至该运转控制单元。
10.依权利要求2所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该运转控制单元接收该转速命令。
11.依权利要求2所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该相位追踪单元为具有锁相功能的模拟电路或集成电路。
12.依权利要求4所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该相位追踪单元为一个微控制器。
13.依权利要求2或4所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该运转控制单元为一个微控制器。
14.依权利要求2或4所述的马达的转速控制回路，其特征在于，该相位追踪单元具有一个命令输入端接收该转速命令，且该命令输入端为一个波形输入埠、一个直流电压输入埠或一个直流电流输入埠。
全文摘要
一种马达的转速控制回路，其包含一转速监控模组、一电压转换器及一驱动电路。该转速监控模组供接收一转速命令且检测产生一实际转速信号，并据以产生一驱动控制信号，该转速监控模组将该转速命令转换为一转速参考波形，计算该转速参考波形及该实际转速信号的相位而获得一相位差信号，并根据该相位差信号产生一电源调整信号。该电压转换器接收该电源调整信号并据以形成一直流调控电压。该驱动电路具有数个桥臂，且该驱动电路接收直流调控电压输入至该数个桥臂，且该数个桥臂接收该驱动控制信号并通过数个串接点连接至马达线圈。
文档编号H02P6/06GK102223118SQ20101014986
公开日2011年10月19日 申请日期2010年4月19日 优先权日2010年4月19日
发明者方盈程, 李杰峯, 林文杰, 洪银树, 王铭圣 申请人:昆山广兴电子有限公司