及同时 选择用于测量的马达相。展示当施加脉冲且CTMU外部电容器114上的电压上升时，马达相电 流上升。本质上，测量需要通过感测装置112监测转换的电压(表示马达相电流)超过比较器 122参考电平所需时间。在CTMU电容器上的所得电压表示此时间且可通过ADC 121转换用于 随后信号处理。可预期到且在本发明范围内，使用用于CTMU 120的控制的各种其它逻辑组 合而具有相同结果。熟悉数字电路设计及本发明的权利的一般技术者可轻易提出覆盖于本 发明的精神及意向之下的替代设计。
[0064]参考图2A，描绘根据本发明的教示的图1及2所展示的三相无传感器的无刷直流电 马达中用于定子绕组励磁以测量其电感的第一及第二开关配置的简化示意图。针对下文称 为"状态(a+Γ的第一开关配置，数字装置106可闭合开关108a、110b及110c，其中定子绕组 102b及102c并联耦合且通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-。定子绕组的此并联连接 组合进一步与还耦合到高侧电压DC+的定子绕组102a串联耦合。全部电流I通过定子绕组 102a，且通过定子绕组102b及102c的电流的总和等于电流I。电流I还通过电流感测装置 112,以产生可耦合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0065]针对下文称为"状态(a-)"的第二开关配置，数字装置106可闭合开关108b、108c及 ll〇a，其中定子绕组102b及102c并联耦合且耦合到高侧电压DC+。定子绕组的此并联连接组 合进一步与还通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-的定子绕组102a串联耦合。全部电 流I通过定子绕组102a，且通过定子绕组102b及102c的电流的总和等于电流I。电流I还通过 电流感测装置112,以产生可耦合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0066 ] 施加直流电(DC)电压后，通过串联连接的电感器L及电阻器R的随时间变化的电流 就可通过等式:I(t)=V/R*(l-erRtA)表示，其中V是以伏特为单位，R是以欧姆为单位，L是以 亨利为单位，t是以秒为单位及e是自然对数的底数。电感根据前述提及的公式抵抗电流变 化，因此所施加的大部分电压的大多数将直接跨电感器L，且在首先电压施加到电感器L及 电阻器R时，极少电流将流经电感器L及电阻器R。随时间流逝，通过电感器L及电阻器R的电 流将增加，由此导致跨电阻器R的电压增加，即，欧姆定律V=L*R。电感器L的电感值越大，跨 电阻器R的电压增加所需时间越长。电感器L可并联/串联连接定子绕组102,且电阻器R可为 以上描述的电流感测装置112。
[0067]根据本发明的教示，当开关108及110的组合首次闭合或此后不久，CTMU 120将开 始定时，且当跨电流感测装置112的电压等于来自电压参考224(图2)的参考电压时，停止定 时。当跨电流感测装置112的电压等于参考电压时，可接着断开已闭合的开关108及110,但 在确定电感值时(例如在正常马达运行换向操作期间）并非是必需的。通常在开关108及110 的闭合与断开之间的时间将极短，因此不产生足够电压(扭矩）以移动马达100的静止永久 磁体转子。当确定静置时转子位置时此是有用的且在马达100操作期间，当在PWM功率脉冲 之间进行交错位置测量时此也是等同有效。
[0068]参考图2B，描绘根据本发明的教示的图1及2所展示的三相无传感器的无刷直流电 马达中用于定子绕组励磁以测量其电感的第三及第四开关配置。针对下文称为"状态(b+r 的第三开关配置，数字装置106可闭合开关108b、110a及110c，其中定子绕组102a及102c并 联耦合且通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-。定子绕组的此并联连接组合进一步与 还耦合到高侧电压DC+的定子绕组102b串联耦合。全部电流I通过定子绕组102b，且通过定 子绕组102a及102c的电流的总和等于电流I。电流I还可通过电流感测装置112以产生可耦 合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0069]针对下文称为"状态(b-)"的第四开关配置，数字装置106可闭合开关108a、108c及 ll〇b，其中定子绕组102a及102c并联耦合且耦合到高侧电压DC+。定子绕组的此并联连接组 合进一步与还通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-的定子绕组102b串联耦合。全部电 流I通过定子绕组102b，且通过定子绕组102a及102c的电流的总和等于电流I。电流I还通过 电流感测装置112以产生可耦合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0070]参考图2C，描绘根据本发明的教示的图1及2所展示的三相无传感器的无刷直流电 马达中的用于定子绕组励磁以测量其电感的第五及第六开关配置。针对下文称为"状态（c + )"的第五开关配置，数字装置106可闭合开关108c、110a及110b，其中定子绕组102a及102b 并联耦合且通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-。定子绕组的此并联连接组合进一步 与还耦合到高侧电压DC+的定子绕组102c串联耦合。全部电流I通过定子绕组102c，且通过 定子绕组102a及102b的电流的总和等于电流I。电流I还通过电流感测装置112以产生可耦 合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0071]针对下文称为"状态(c-)"的第六开关配置，数字装置106可闭合开关l〇8a、108c及 ll〇c，其中定子绕组102a及102b并联耦合且耦合到高侧电压DC+。定子绕组的此并联连接组 合进一步与还通过电流感测装置112耦合到低侧电压DC-的定子绕组102c串联耦合。全部电 流I通过定子绕组102c，且通过定子绕组102a及102b的电流的总和等于电流I。电流I还通过 电流感测装置112以产生可耦合到电压比较器122的输入的时间相依电压V。
[0072] 前述提及的全部六个开关配置可总结在以下表1中。
[0073] 表1
LOOM」在以卜表1I中总结针对较小风扇与达的买例时丨0」变动，其中跨电流感测装置112 的电压上升到各种以上参考的开关配置状态的参考电压，其依据在60电角度扇区内永久磁 体转子位置而变化。应注意，马达构造及测量电路缩放组件还将指定针对特定要求而优化 的时间，因此此只是实例。
[0076] 表 Π
[0077]
[0078]前述提及转子位置确定开关配置可应用到静置或以极低旋转速度运行时的马达。 当旋转功率驱动脉冲是非活动时（例如在PWM功率驱动关闭时间期间），必须使用此类转子 位置确定开关装置。然而，只要PWM驱动功率脉冲在全部三个定子绕组处是非活动(关闭）， 此第一实施例的转子位置确定可与PWM驱动功率脉冲交错。针对确定在静置或以极低旋转 速度运行时的马达的转子位置，此限制是较小的且无需额外外部开关组件实施此方式的确 定转子位置。然而，如下文更全面描述，第三及第四实施例提供与PWM功率驱动并行的同时 转子位置确定。
[0079] 六个时间测量〇&+、了&-、113+、113-、1'〇+及1'(3-)可经处理以通过比较超出比较器的 电压阈值所用时间的差(例如跨装置112的电压等于来自此类六个时间测量(Ta+、Ta-、Tb+、 Tb_、Tc+及Tc_)中的每一者的电压参考224的电压)显现转子位置。相对于绕组/相的转子磁 体对准将产生在一个方向中的电感的有效增加且针对相反电流方向则相反(电感降低）。因 此，知道与特定绕组/相相关的磁体极的定向在180度内。然而，当完成全部时间测量时，可 针对静止转子在60度内解析位置。比较表1I中的时间值与以下表1II中的扇区编号栏。
[0080] 以下表1II中展示，随着磁体旋转360电角度，来自表1I中的实例项目的时间测量 的关系转变。
[0081] 表ΠΙ Γηηοο?
[0083] 相时间测量可进一步表示为"相时间测量对"，例如相A(Ta+，Ta_)、相B(Tb+，Tb_) 及相C(Tc+，Tc-)。相时间测量对之间的时间差可界定为:相Α Δ Ta = (Ta+) -(Ta-)、相Β Δ Tb =(Tb+)-(Tb-)及相C △ Tc = (Tc+)-(Tc-)。从表1I中展示的实例时间测量，所测量的最长时 间是转子磁极(例如，北极)使最靠近定子相绕组的电感增加时的时间，且所测量的最短时 间是转子磁极(例如，南极)使最靠近定子相绕组的电感降低时的时间。不接近转子的磁极 的其它定子绕组具有在最长经测量与最短经测量时间之间的经测量时间。此外，最大绝对 值AT及其正负号(+/_)可用以确定转子位于哪个扇区。
[0084] 此外，如果通过施加（例如，如耦合风扇/转子的叶片中的风)外力旋转转子，那么 可将位置解析为更精细分辨率，且在图5中展示典型的图形标绘图。此典型的图形标绘图展 示应用以上描述的测量程序手工旋转转子。此变动是其中只测量Ta+、Tb+及Tc+(在CTMU时 间测量期间，施加单方向相电流)且此产生类似于图6及7所展示的特性。前者的优势是当时 间相等时，利用Ta+及Ta-等的差产生零参考且当时间测量紧接发生时，此可缓和旋转马达 影响(例如反EMF产生）。
[0085] 当马达静置时，在启动/换向马达之前，可如以上描述确定转子位置，然而此并非 是强制的且是优选的。针对已换向马达的情况，转子位置确定可在应用六步进换向使用基 于测量反EMF的现存方法。然而，还通过使用与反EMF测量交错的第二实施例，与使用只作为 替代的反EMF测量(反EMF测量在较低旋转速度时无效)相比，可实现扩大低速度转子位置确 定范围。
[0086] 返回参考图5、6及7,展示用手转动或旋转的马达的信号的可用电平。因此在不具 有来自静置位置及低旋转速度的马达的传感器的且使得有效扭矩能够传送到马达(因为可 选择正确换向状态)情况下，可完成转子位置的同步换向，其中前述提及的替代方法通常不 提供此信息，此是归因于在启动及低速度时缺乏同步换向。
[0087] 第三实施例
[0088] 根据第三实施例，具体地说，系统是可应用的且当使马达换向时完成测量的方法。 因此，此方法可与第一实施例链接，借此第一实施例确保在启动/换向马达之前转子位置是 已知的，然而，此并非的强制且是优选的。
[0089]测量的第三实施例前提在应用六步进换向时与基于测量反EMF的现存方法相同。 此实际上意指，非驱动/换向相是用于转子位置测量目的。然而，与只作为替代的反EMF测量 (反EMF测量在低旋转速度时无效)相比，马达相/绕组电流上升时间测量及因此随转子位置 改变的电感导致扩大低速度范围。
[0090] 因为在换向HVM循环期间且具体地说在(但不限于)其低部分内（参考图9)完成测 量，所以可实现马达的连续换向。此使得马达能够使用比前者实施例更连续的扭矩运行，因 为不存在透明概念换向之后的测量。PWM循环中的测量脉冲交错只限制可应用于换向的工 作循环的最大百分比，例如，当在PWM循环中施加时，测量脉冲消耗一些可用工作循环。然 而，测量速率未受限于换向PWM频率且可为不同/更少，且归因于施加到定子绕组的测量脉 冲而导致减小对马达性能的影响。如在上文概述部分中详细描述，可通过CTMU子系统实现 典型马达PWM循环中的测量脉冲交错。提供的敏感化测量使得用于测量的时间能够适配于 窄时隙中且因此适配于PWM循环。
[0091] 此方法不同于第一者，借此不在反转之后的一个方向中施加测量脉冲且其提供将 换向及测量顺畅整合的能力，例如，换向之后并非以循序方式跟随测量而是交错且施加脉 冲的方向及量值与马达的换向并不冲突。
[0092] 参考图3,描绘根据本发明的另一特定实例实施例的图1所展示的三相无传感器的 无刷直流电马达及电子换向马达控制器的简化示意图。此电路布置可用于确定将PWM功率 脉冲施加到三个定子绕组中的两者的时间之间的永久磁体转子的位置。为了简化描述本文 的电路操作，功率晶体管108及110分别展示为开关108及110。开关108将马达定子绕组102 耦合到DC+，且开关110将马达定子绕组102耦合到DC-。可将多路复用器336添加