多相直流无刷马达驱动电路的制作方法

本发明是关于一种多相直流无刷马达驱动电路，特别是指一种能够针对停滞时间(或称死区；deadtime)进行补偿的多相直流无刷马达驱动电路。

背景技术：

请参照图1，图1为传统之多相直流无刷马达驱动电路的示意图。传统多相直流无刷马达驱动电路在驱动多相直流无刷(brushlessdirectcurrent；bldc)马达mt时，会先检测多相直流无刷马达mt中转子(即，线圈cu、线圈cv与线圈cw)的当前位置，接着由微控制器(microcontrolunit；mcu)3根据一转速信号与表示线圈cu、线圈cv与线圈cw当前位置的一检测信号来控制脉宽调变(pulsewidthmodulation；pwm)产生器2以产生脉宽调变信u～w与x～z来控制驱动级电路1中多组上下臂晶体管u～w与x～z的导通与关闭。

考虑到晶体管由导通至关闭或由关闭至导通时会有一段转换时间，为了避免驱动级电路1中上下臂晶体管u～w与x～z因同时导通而造成大电流烧毁电路的情况，在产生用以控制上下臂晶体管u～w与x～z之脉宽调变信号u～w与x～z时，会使上下臂晶体管u～w与x～z之脉宽调变信号u～w与x～z为互补信号且将上下臂晶体管u～w与x～z之脉宽调变信号u～w与x～z的转态缘延迟一段时间。一般来说，此段延迟时间称为停滞时间(或称死区；deadtime)。

请参照图2a与图2b，图2a与图2b为传统之多相直流无刷马达驱动电路的波形图。

如图2a所示，提供给上臂晶体管u与下臂晶体管x的脉宽调变信号u与x其上缘均被延迟了一段停滞时间td，以轮流导通上臂晶体管u与下臂晶体管x。当多相直流无刷马达mt被驱动时，在电流由多相直流无刷马达mt流向节点uo的期间，节点uo的电压vuo即如图2a所示(其中，vd为下臂晶体管x之本体二极管的导通电压，且vdd为驱动级电路1的供应电压，于此不多加描述)。另一方面，图2b也显示了，提供给上臂晶体管u与下臂晶体管x的脉宽调变信号u与x其上缘均被延迟了一段停滞时间td，以轮流导通上臂晶体管u与下臂晶体管x。当多相直流无刷马达mt被驱动时，电流由节点uo流向多相直流无刷马达mt的期间，节点uo的电压vuo即如图2b所示(其中，vd为上臂晶体管u之本体二极管的导通电压，且vdd为驱动级电路1的供应电压，于此不多加描述)。

假设未经调整之脉宽调变信号的周期为t且其中高电位的时间为ton，则由图2a中节点uo的电压vuo可知，当多相直流无刷马达mt被驱动时，在电流由节点uo流向多相直流无刷马达mt的期间，驱动级电路的等效责任周期为(ton-td)/t；另外，由图2b中节点uo的电压vuo可知，当多相直流无刷马达mt被驱动时，在电流由多相直流无刷马达mt流向节点uo的期间，驱动级电路的等效责任周期为(ton+td)/t。

由于提供给上臂晶体管u与下臂晶体管x之脉宽调变信号u与x为互补信号，因此若上臂晶体管u的责任周期为d％(即，图2a中的ton/t)，下臂晶体管x的责任周期即为(100-d)％(即，图2b中的ton/t)。于是，当多相直流无刷马达mt被驱动时，驱动级电路整体的等效责任周期为(d％-td％)-[(100-d)％+td％]，即(2d-100-2td)％。

据此可知，将上下臂晶体管之脉宽调变信号的转态缘延迟一段停滞时间的作法虽然避免了驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通的情况，但却会驱动级电路整体的等效责任周期因为该段停滞时间而缩短，进而使得马达的运转效率降低。

技术实现要素：

为了避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通，并且维持马达的运转效率，本发明提供了一种能使驱动级电路的等效责任周期不会因为停滞时间而缩短的多相直流无刷马达驱动电路。

本发明所提供的多相直流无刷马达驱动电路，用以提供驱动电流来驱动一多相直流无刷马达。此多相直流无刷马达驱动电路包括驱动级电路、脉宽调变产生器、控制电路与复数个电流检测电路。脉宽调变产生器连接于驱动级电路，控制电路连接于脉宽调变产生器，且这些电流检测电路分别连接于驱动级电路与控制电路之间。驱动级电路包括多组并联的桥臂电路，其中这些桥臂电路分别包括上臂晶体管与下臂晶体管。这些电流检测电路分别用以检测流经各桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间一节点的电流，并产生一电流检测信号。控制电路根据这些电流检测信号控制脉宽调变产生器，以产生复数个脉宽调变信号来控制各桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管的导通与关闭，进而提供驱动电流来驱动该多相直流无刷马达。

于本发明所提供的此多相直流无刷马达驱动电路的一实施例中，若电流检测信号为低电位，则表示有电流流出对应的桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的该节点。此时，控制电路控制脉宽调变产生器产生默认脉宽调变信号给对应的桥臂电路中上臂晶体管，同时控制脉宽调变产生器产生一校正脉宽调变信号给对应的桥臂电路中下臂晶体管。另一方面，若电流检测信号为高电位，则表示有电流流入对应的桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的节点。此时，控制电路控制脉宽调变产生器产生与默认脉宽调变信号互补的一脉宽调变信号给对应的桥臂电路中下臂晶体管，同时控制脉宽调变产生器产生另一校正脉宽调变信号给对应的桥臂电路中上臂晶体管。

另外，本发明提供了另一种多相直流无刷马达驱动电路，用以提供驱动电流来驱动一多相直流无刷马达。此多相直流无刷马达驱动电路包括驱动级电路、脉宽调变产生器、控制电路与电流检测电路。脉宽调变产生器连接于驱动级电路，控制电路连接于脉宽调变产生器，且电流检测电路连接于驱动级电路与控制电路之间。驱动级电路包括多组并联的桥臂电路，其中这些桥臂电路分别包括上臂晶体管与下臂晶体管。电流检测电路用以检测流经这些桥臂电路之一中上臂晶体管与下臂晶体管之间一节点的电流，并产生一电流检测信号。控制电路根据该电流检测信号进行计算，以控制脉宽调变产生器产生复数个脉宽调变信号来控制各桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管的导通与关闭，进而提供驱动电流来驱动该多相直流无刷马达。

于本发明所提供的此多相直流无刷马达驱动电路的一实施例中，控制电路根据电流检测信号计算其余这些桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的该节点的一电流信号。根据电流检测信号与电流信号的电位高低，控制电路判断有电流流入或流出这些桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的节点。当有电流流出桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的节点时，控制电路控制脉宽调变产生器产生默认脉宽调变信号给对应的桥臂电路中上臂晶体管，同时控制脉宽调变产生器产生一校正脉宽调变信号给对应的桥臂电路中下臂晶体管。另一方面，当有电流流入桥臂电路中上臂晶体管与下臂晶体管之间的节点时，控制电路控制脉宽调变产生器产生与默认脉宽调变信号互补的一脉宽调变信号给对应的桥臂电路中下臂晶体管，同时控制脉宽调变产生器产生另一校正脉宽调变信号给对应的桥臂电路中上臂晶体管。

附图说明

图1为传统之多相直流无刷马达驱动电路的示意图。

图2a与图2b为传统之多相直流无刷马达驱动电路的波形图。

图3为根据本发明一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路的示意图。

图4a与图4b为图3的多相直流无刷马达驱动电路的波形图。

图5a与图5b为本发明一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路中脉宽调变产生器运作时的波形图。

图6为本发明另一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路的示意图。

具体实施方式

大体而言，本发明所提供的多相直流无刷马达驱动电路的特色在于，在利用停滞时间(或称死区；deadtime)避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通的同时，驱动级电路的等效责任周期不会因为停滞时间而缩短，使得马达的运转效率不须因停滞时间而牺牲。

在下文将参看附图更充分地描述各种例示性实施例，在附图中展示一些例示性实施例。然而，本发明概念可能以许多不同形式来体现，且不应解释为限于本文中所阐述之例示性实施例。确切而言，提供此等例示性实施例使得本发明将为详尽且完整，且将向本领域技术人员充分传达本发明概念的范畴。在诸图中，类似数字始终指示类似组件。

将理解的是，虽然第一、第二、第三等用语可使用于本文中用来描述各种组件或组件，但这些组件或组件不应被这些用语所限制。这些用语仅用以区分一个组件或组件与另一组件或组件。因此，下述讨论之第一组件或组件，在不脱离本发明的教示下，可被称为第二组件或第二组件。

[多相直流无刷马达驱动电路的一实施例]

请参照图3，图3为根据本发明一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路的示意图。

如图3所示，本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路用以提供一驱动电流来驱动一多相直流无刷马达mt。为便于说明，于此将多相直流无刷马达mt以一三相直流无刷马达作举例，但本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路并非仅可用以驱动三相直流无刷马达。

本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路包括驱动级电路10、脉宽调变(pulsewidthmodulation；pwm)产生器20、控制电路30与复数个电流检测电路40。脉宽调变产生器20连接于驱动级电路10，控制电路30连接于脉宽调变产生器20，且复数个电流检测电路40分别连接于驱动级电路10与控制电路30之间。

驱动级电路10包括多组并联的桥臂电路10a～10c。桥臂电路10a包括上臂晶体管u与下臂晶体管x，桥臂电路10b包括上臂晶体管v与下臂晶体管y，且桥臂电路10c包括上臂晶体管w与下臂晶体管z。驱动级电路10通过上臂晶体管u与下臂晶体管x之间的节点uo连接于多相直流无刷马达mt中的线圈cu，通过上臂晶体管v与下臂晶体管y之间的节点vo连接于多相直流无刷马达mt中的线圈cv，且通过上臂晶体管w与下臂晶体管z之间的节点wo连接于多相直流无刷马达mt中的线圈cw。

复数个电流检测电路40a～40c分别连接于驱动级电路10，更精确地说，电流检测电路40a连接于桥臂电路10a中上臂晶体管u与下臂晶体管x之间的节点uo，电流检测电路40b连接于桥臂电路10b中上臂晶体管v与下臂晶体管y之间的节点vo，且电流检测电路40c连接于桥臂电路10c中上臂晶体管w与下臂晶体管z之间的节点wo。电流检测电路40a～40c分别用以检测流经节点uo、节点vo与节点wo的电流，并产生一电流检测信号。

最后，电流检测电路40a～40c所产生之这些电流检测信号由控制电路30接收。根据这些电流检测信号，控制电路30会控制脉宽调变产生器20，以产生复数个脉宽调变信号u～w与x～z来控制各桥臂电路10a～10c中上臂晶体管u、v、w与下臂晶体管x、y、z的导通与关闭，进而提供一驱动电流至线圈cu、cv、cw来驱动多相直流无刷马达mt。

接着，将进一步说明控制电路30根据这些电流检测信号来控制脉宽调变产生器20产生复数个脉宽调变信号u～w与x～z来控制各桥臂电路10a～10c中上臂晶体管u、v、w与下臂晶体管x、y、z的导通与关闭的细节。

于本实施例中，由这些电流检测信号中可得知各桥臂电路10a～10c之电流零交越点发生的时间。也就是说，由这些电流检测信号中可得知流经桥臂电路10a～10c中节点uo、节点vo与节点wo的电电流的电流方向。就节点uo而言，举例来说，若电流检测电路40a产生的电流检测信号为高电位，则表示有电流流入桥臂电路10a中的节点uo；相反地，若电流检测电路40a产生的电流检测信号为低电位，则表示有电流流出桥臂电路10a中的节点uo。

请参照图4a与图4b，图4a与图4b为图3的多相直流无刷马达驱动电路的波形图。须说明地是，由于控制电路30根据这些电流检测信号来控制脉宽调变产生器20产生脉宽调变信号u与x给桥臂电路10a、产生脉宽调变信号v与y给桥臂电路10b以及产生脉宽调变信号w与z给桥臂电路10c的原理相同，故为了便于说明，于以下的叙述中，将仅针对流经桥臂电路10a中的节点uo之电流作说明。

图4a绘示了当电流检测电路40a产生的电流检测信号为低电位时(即，当有电流由桥臂电路10a中的节点uo流向多相直流无刷马达mt时)，脉宽调变产生器20的默认脉宽调变信号pwm、脉宽调变产生器20由控制电路30控制而产生的脉宽调变信号u与x，以及桥臂电路10a中的节点uo之电压vuo的波形图。

另一方面，图4b绘示了当电流检测电路40a产生的电流检测信号为高电位时(即，当有电流由多相直流无刷马达mt流向桥臂电路10a中的节点uo时)，脉宽调变产生器20的默认脉宽调变信号pwm、脉宽调变产生器20由控制电路30控制而产生的脉宽调变信号u与x，以及桥臂电路10a中的节点uo之电压vuo的波形图。

如图4a与图4b所示，当控制电路30由电流检测电路40a接收到电流检测信号时，控制电路30会根据所接收到的电流检测信号调整脉宽调变产生器20的默认脉宽调变信号pwm，并以调整后的脉宽调变信号u或脉宽调变信号x控制桥臂电路10a中上臂晶体管u与下臂晶体管x的导通与关闭。

于图4a可见，当控制电路30由电流检测电路40a接收到低电位的电流检测信号时，控制电路30会控制脉宽调变产生器20提供默认脉宽调变信号pwm以做为脉宽调变信号u来控制上臂晶体管u的导通与关闭。同时，控制电路30会控制脉宽调变产生器20提供脉宽调变信号x来控制下臂晶体管x的导通与关闭。须说明地是，控制电路30会控制脉宽调变产生器20将与默认脉宽调变信号pwm互补的脉宽调变信号的正缘延迟停滞时间td并将默认脉宽调变信号pwm的负缘提早停滞时间td，以产生一校正脉宽调变信号来作为脉宽调变信号x。须说明地是，vd为下臂晶体管x之本体二极管的导通电压，且vdd为驱动级电路10的供应电压，于此不多加描述。

于此运作下，由图4a中桥臂电路10a中的节点uo之电压vuo的波形可以看出，当多相直流无刷马达mt被驱动时，在电流由节点uo流向多相直流无刷马达mt的期间，驱动级电路10的等效责任周期为ton/t。也就是说，此时驱动级电路10的等效责任周期等于脉宽调变产生器20之默认脉宽调变信号pwm的责任周期。

另一方面，于图4b可见，当控制电路30由电流检测电路40a接收到高电位的电流检测信号时，控制电路30会控制脉宽调变产生器20提供与默认脉宽调变信号pwm互补的脉宽调变信号以做为脉宽调变信号x来控制下臂晶体管x的导通与关闭。同时，控制电路30会控制脉宽调变产生器20提供脉宽调变信号u来控制上臂晶体管u的导通与关闭。须说明地是，控制电路30会控制脉宽调变产生器20将默认脉宽调变信号pwm的正缘延迟停滞时间td并将默认脉宽调变信号pwm的负缘提早停滞时间td，以产生一校正脉宽调变信号来作为脉宽调变信号u。须说明地是，vd为下臂晶体管u之本体二极管的导通电压，且vdd为驱动级电路10的供应电压，于此不多加描述。

于此运作下，由图4b中桥臂电路10a中的节点uo之电压vuo的波形可以看出，当多相直流无刷马达mt被驱动时，在电流由多相直流无刷马达mt流向节点uo的期间，驱动级电路10的等效责任周期为ton/t。也就是说，此时驱动级电路10的等效责任周期也等于脉宽调变产生器20之默认脉宽调变信号pwm的责任周期。

假设上臂晶体管u的责任周期为d％(即，图4a中的ton/t)，下臂晶体管x的责任周期即为(100-d)％(即，图4b中的ton/t)。于是，当多相直流无刷马达mt被驱动时，驱动级电路10整体的等效责任周期即为d％-(100-d)％，即(2d-100)％。由此可见，于本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路中，驱动级电路10整体的等效责任周期与停滞时间td无关。因此，即便本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路利用了停滞时间来避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通，但是驱动级电路的等效责任周期不会因而缩短，如此一来便不会影响到多相直流无刷马达mt的运转效率。换句话说，相较于传统作法，于本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路中，由于用以控制驱动级电路的脉宽调变信号被调整了，使得因停滞时间而缩短的驱动级电路的等效责任周期被补偿了。

除此之外，于本实施例中，由于因停滞时间而缩短的驱动级电路10的等效责任周期被补偿了，使得驱动级电路10中的上下臂晶体管u～w与x～z被导通与关闭时所产生之驱动电流的变动量缩小，于是便改善了多相直流无刷马达mt的震动现象。

接下来，于以下的叙述中，将说明脉宽调变产生器20如何利用停滞时间来产生前述的脉宽调变信号u或脉宽调变信号x。

请参照图5a与图5b，图5a与图5b为根据本发明一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路中脉宽调变产生器运作时的波形图。

如图5a与图5b所示，脉宽调变产生器20是根据参考信号ref与第一三角波t1、第二三角波t2或第三三角波t3来前述的默认脉宽调变信号pwm、脉宽调变信号u或产生脉宽调变信号x。须说明地是，如图5所示，第一三角波t1较第二三角波t2大一电压差vtd，第三三角波t3较第二三角波t2小一电压差vtd，且此电压差vtd相关于停滞时间td。

图5a显示了当控制电路30接收到低电位的电流检测信号时(即，有电流由桥臂电路10a中的节点uo流向多相直流无刷马达mt时)，脉宽调变产生器20运作的波形图。由图5a可看出，此频率宽调变产生器20是根据参考信号ref与第二三角波t2产生脉宽调变信号u，同时也根据参考信号ref与第三三角波t3产生脉宽调变信号x。另一方面，图5b显示了当控制电路30接收到高电位的电流检测信号时(即，有电流由桥臂电路10a中的多相直流无刷马达mt流向节点uo时)，脉宽调变产生器20运作的波形图。由图5b可看出，此频率宽调变产生器20是根据参考信号ref与第二三角波t2产生脉宽调变信号x，同时也根据参考信号ref与第一三角波t1产生脉宽调变信号u。

[多相直流无刷马达驱动电路的另一实施例]

本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路与图3的多相直流无刷马达驱动电路具有大致相同的电路架构与工作原理。因此，于以下的叙述中将仅就本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路与图3的多相直流无刷马达驱动电路之间的差异处作说明，其余未描述到的细节请参照本文对于前述实施例的描述。

请参照图6，图6为本发明另一例示性实施例的多相直流无刷马达驱动电路的示意图。

如图6所示，本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路包括驱动级电路10、脉宽调变产生器20、控制电路30与电流检测电路40。本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路与图3所绘示的多相直流无刷马达驱动电路之间最主要的差别在于，于本实施例中，仅设置有一个电流检测电路40，且此检测电路40是设置于控制电路30与桥臂电路10a、桥臂电路10b或桥臂电路10c之间。依据不同的电路设计需求，检测电路40可被设置于控制电路30与桥臂电路10a之间，以检测流经桥臂电路10中节点uo的电流并产生一电流检测信号至控制电路30；或者，检测电路40可被设置于控制电路30与桥臂电路10b之间，以检测流经桥臂电路10中节点vo的电流并产生一电流检测信号至控制电路30；又或者，检测电路40可被设置于控制电路30与桥臂电路10c之间，以检测流经桥臂电路10中节点wo的电流并产生一电流检测信号至控制电路30。

为便于说明，于以下的叙述中将假设检测电路40是设置于控制电路30与桥臂电路10a之间，即如图6所示。

当控制电路30接收到电流检测信号时，便会由此电流检测信号获得桥臂电路10a之电流零交越点发生的时间。也就是说，由此电流检测信号，控制电路30可计算出流经桥臂电路10a中节点uo的电电流的电流方向。接着，由于流经桥臂电路10a中节点uo的电流、流经桥臂电路10b中节点vo的电流与流经桥臂电路10c中节点wo的电流彼此的相位相差120度，因此在计算出流经桥臂电路10a中节点uo的电电流的电流方向后，控制电路30便可推算出桥臂电路10b中节点vo上的电流信号与桥臂电路10c中节点wo上的电流信号。由桥臂电路10b中节点vo上的电流信号可获得桥臂电路10b与桥臂电路10c之电流零交越点发生的时间。也就是说，由这些电流信号，控制电路30可计算出流经桥臂电路10b中节点vo的电流的电流方向与流经桥臂电路10c中节点wo的电流的电流方向。

最后，控制电路会根据流经桥臂电路10a中节点uo的电流、流经桥臂电路10b中节点vo的电流与流经桥臂电路10c中节点wo的电流三者的电流方向产生复数个脉宽调变信号u～w与x～y来控制各桥臂电路10a、10b与10c中上臂晶体管u、v、w与下臂晶体管x、y、z的导通与关闭，进而提供驱动电流来驱动多相直流无刷马达mt。

由于控制电路30根据电流检测信号来控制脉宽调变产生器20产生脉宽调变信号u与x给桥臂电路10a的原理，以及根据这些电流信号来控制脉宽调变产生器20产生脉宽调变信号v与y给桥臂电路10b以及产生脉宽调变信号w与z给桥臂电路10c的原理相同，故为了便于说明，于以下的叙述中，将仅针对流经桥臂电路10a中的节点uo之电流作说明。

大致来说，如图4a与图4b所示，就节点uo而言，当有电流流出桥臂电路10a中上臂晶体管u与下臂晶体管x之间的节点uo时，控制电路30便会控制脉宽调变产生器20产生默认脉宽调变信号pwm给桥臂电路10a中上臂晶体管u，同时还会控制脉宽调变产生器20将与默认脉宽调变信号pwm互补的脉宽调变信号其正缘延迟停滞时间并将其负缘提早停滞时间td，以产生校正脉宽调变信号给桥臂电路10a中的下臂晶体管x。另一方面，当有电流流入桥臂电路10a中上臂晶体管u与下臂晶体管x之间的节点uo时，控制电路30便会控制脉宽调变产生器20产生与默认脉宽调变信号pwm互补的脉宽调变信号给桥臂电路10a中的下臂晶体管x，同时还会控制脉宽调变产生器30将默认脉宽调变信号pwm的正缘延迟一停滞时间td并将默认脉宽调变信号pwm的负缘提早停滞时间td，以产生校正脉宽调变信号给桥臂电路10a中上臂晶体管u。

于此运作下，即便本实施例所提供的多相直流无刷马达驱动电路利用了停滞时间来避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通，驱动级电路的等效责任周期不会因此缩短，如此一来便不会影响到多相直流无刷马达mt的运转效率。

[实施例的可能功效]

综上所述，本发明所提供的多相直流无刷马达驱动电路能利用停滞时间(或称死区；deadtime)避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通而造成电路损坏。同时，本发明所提供的所提供的多相直流无刷马达驱动电路还能通过检测驱动级电路中各桥臂电路的电流零交越点来判断电流流向，进而适当地调整用以控制各桥臂电路中上下臂晶体管的导通与关闭的脉宽调变信号。

由于驱动级电路中各桥臂电路的上下臂晶体管能以适当的脉宽调变信号来控制，因此即便利用了停滞时间来避免驱动级电路中的上下臂晶体管同时导通，驱动级电路的等效责任周期也不会因此缩短，多相直流无刷马达的运转效率也不会因此牺牲。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以局限本发明的权利要求范围。