基于空间矢量脉冲调制的电机驱动器的制造方法
【专利说明】基于空间矢量脉冲调制的电机驱动器
【背景技术】
[0001] 超声电机化SM)是引起超声波在电机的压电元件中振动的电机类型，运反过来又 引起电机组件的运动。比较于其他类型的电机，USM具有较低的振动。因此，USM可用作在低 振动应用(诸如，照相机电机)中的致动器。
[0002] USM可通过交流电（"AC")信号来驱动。理想情况下，为了提高效率，被施加到USM的 驱动信号将在频率、相位和/或幅度调谐，W匹配USM的操作特性。产生驱动信号的驱动电路 通常被设计W匹配USM的基准特性，例如，USM厂家在他们的数据表确定的特性。然而在实践 中，制造的USM的特征并不总是匹配它们的参考特性。因为制造差异，USM的特点可在不同制 造批次之间在基准特性上有所不同。单个USM特征也可W由于USM老化随时间变化。传统的 驱动器电路经常不能调整其驱动信号，W补偿运些差异。
[0003] 因此，仍然需要一种电机驱动控制系统，其动态响应超声电机的变化工作条件。
【附图说明】
[0004] 图1示出了根据本发明的实施例的电机驱动器。
[0005] 图2示出根据本发明的另一实施例的电机驱动器。
[0006] 图3示出根据本发明的又一实施例的电机驱动器。
[0007] 图4A示出根据本发明的实施例，用于产生正弦信号的示例性方案的理想化正弦信 号的一部分。
[000引图4B示出根据本发明的实施例，用于产生正弦信号的示例性方案的向量空间。 [0009]图4C示出根据本发明的实施例，用于产生正弦信号的示例性方案的时序图。
[0010]图4D示出根据本发明的实施例，用于产生正弦信号的示例性方案的时序图。
[0011]图5示出根据本发明的实施例，示例性调制波形的信号时序图。
[0012 ]图6示出根据本发明实施例的示例性方法。
【具体实施方式】
[0013] 本发明的实施例提供一种电机驱动控制系统，其动态响应其相关联电机的改变情 况。该系统可W包括控制器、空间矢量调制器、转换器和检测器。空间矢量调制器可W根据 空间矢量脉宽调制（"SVPWM")方案在控制器的控制下生成驱动信号。转换器可驱动从该空 间矢量调制器接收到的驱动信号的AC信号，并且可向USM电机输出交流信号。检测器可W产 生表示供给到USM电机的电流和电压的反馈信号。基于检测器的测量，控制器可修改空间向 量的估计W控制空间矢量调制器，用于调整多个AC信号的频率、振幅或相位角。
[0014] 图1示出根据本发明实施例的电机驱动器100。电机驱动器100可W包括控制器 110、PWM放大器120、转换器130和检测器HOdPWM放大器120可W根据SVPWM方案产生在控制 器110的控制下产生驱动信号。该转换器130可W从PWM放大器120接收的驱动信号导出交流 信号，并且可W向USM电机190输出交流信号。检测器140可W产生表示供给到USM电机190的 电流和电压的反馈信号。根据检测器140的测量，控制器110可W修改空间矢量的估计W控 制PWM放大器120,用于调整多个AC信号的频率、振幅或相位角。
[0015] 在实际实施中，电机驱动器100的组件可被制造为一个或多个集成电路。根据所使 用的工艺技术，控制器110和PWM放大器120可制造在共同的集成电路中，和转换器130可通 过分立船上设备(诸如，电感器和电容器)来实现。例如，假设单一集成电路的半导体元件被 额定W处理由转换器130输出的交流信号，运些组件可在单一的集成电路中制造。可替换 地，控制器110可制造在第一集成电路上，和PWM放大器120和转换器130可制造在第二集成 电路上；该实施例是合适的，其中控制器110的处理技术没被额定W处理将被施加到USM 190的驱动电源。在两种情况下，电机驱动器100可W独立于但连接到所述USM电机190。
[0016] 控制器110可根据SVP歷方案来操作。SVP丽是一种脉冲宽度调制r'PWM")方式，使 用AC信号的空间向量表示W计算PWM信号时序序列，用于产生交流波形。控制器110可使用 根据SVPWM技术获得的控制信号的模式而驱动PWM放大器120。
[0017] SVPWM控制信号可W被定制用于电机驱动器100正在使用的电机190。控制器110可 存储识别用于控制电机190的一组电机设置的数据。电机设置可W被预先存储在固件或ROM 中，它们可被存储在可调节的存储器(如RAM，邸PROM或闪存）中，或者它们可W通过外部源 (例如，另一电路、用户输入，或者由电机190本身提供的标识)提供给控制器110。运些来源 在图1中被确定为电机设置112。电机设置数据可W包括信息，诸如电机的驱动频率、工作电 压范围和相位偏移，等等。
[0018] 控制器110还可W包括分析器114, W比较检测器140的测量信号（诸如，电流或电 压波形)与电机设置，W调整SVPWM控制信号。分析器可W分析转换器130的电压和电流波形 的所测量信号（例如，W确定AC信号的电压范围（最大到最小的电压)或AC信号之间的相位 偏移量等），然后比较分析信息与电机设置。分析器114可进一步包括存储器，W存储测得的 信号和/或相应的分析的历史，W便进一步的辅助分析。分析器114可W从历史确定：电机驱 动器是否正在W最佳功率效率驱动电机（即，最低平均V*I)，并进行调整(例如，通过尝试多 个范围的调整，W查看哪个取得最佳的功率效率）。分析器114还可W将112的高级别设置转 换为SVPWM发生器116的低水平配置。分析器114可W向SVPWM发生器116发送调整设置，W产 生用于控制所述多个开关来进行脉冲调制的控制信号。
[0019] SVP歷发生器116可W生成各自对应于多个AC信号的多个调制周期之一的空间矢 量。SVPWM发生器116可通过控制根据SVPWM生成的输出信号(Pl，P2，P3和P4)控制PWM放大器 120"SVPWM发生器的输出信号180可表示从其中要得到电机驱动信号的PWM波形。
[0020] 图1示出控制器110的功能框图。当在集成电路中制造时，控制器110可W包括实现 所示功能的电路系统(未示出）。例如，控制器110可W提供经编程W执行控制器110的脉冲 数、频率和/或相位计算的处理器。处理器可具有存储为代码的PWM计算系数，可替换地查找 表（"LUr) W存储系数。用于处理器的程序代码可W被存储在伴随存储器中。控制器110可 进一步包括输入/输出接口，诸如高级外设总线（"APB")或其他，W与其他组件和设备接口。
[0021] PWM放大器120可提供驱动信号到转换器130dPWM放大器120可W包括一对桥电路， W产生相应的一对驱动信号P1、P2。开关可W被设置为晶体管（例如，MOSFET晶体管）。在一 个实施例中，晶体管可W提供电压电源(VDD和地面)和阵列输出Pl、P2、P3和P4之间的直接 连接。在另一个实施例中，PWM放大器120可W包括过滤器或其它电路，W在提供他们到转换 器130之前调节电源电压。放大器的输出Pl-Pl信号180可表示控制器100的PWM输出，但处于 适于驱动电机190的电压和/或电流水平。
[0022] 转换器130可W包括振荡器，W从由PWM放大器120供给的脉冲信号产生AC信号。转 换器130可W接收W数字形式调制的脉冲信号，并产生近似正弦交流信号的输出信号。在一 个实施例中，转换器130可包括基于电感器-电容器（"LC")的振荡器。转换器130还可W包括 隔离设备，W保持电机190和电机驱动器100之间的电隔离。另外，该转换器130可W包括过 滤器，W进一步调节递送至电机190的AC信号。在一个实施例中，低通滤波器可W具有频率 相关的可变增益特性，W通过改变在转换器130的输入的数字脉冲信号的调制频率而调整 AC信号的幅度。
[0023] USM电机通常包括S个输入节点(VA，VB，V普通）。在运种实施例中，转换器130可W 连接到电机190,使得输入电压Va(其被定义为相关于V普通)可接收第一交流信号(Ml)。同 样，Vb的输入电压(其被定义为相关于V普通)可W接收第二AC信号(M2)。所述AC信号m和M2 可近似于正弦波的波形。交流信号Ml和M2可具有相对于彼此大约90度的相位偏移，但相位 偏移可W根据电机190的性能进行调整，或者作为在电机设置112中的标识或响应于检测器 140的反馈信息得到。
[0024] 检测器140可W测量电机190的操作。例如，检测器140可W测量转换器130的输出 端子的电压和/或电流(信号Ml，M2)，W确定由电机190所消耗的实际电压和电流。当方便 时，检测器140可被接至转换器130的输出端（用于信号Ml，M2)或转换器130内的内部节点。 在另一个实施例中，检测器140可W直接连接到电机190中的内置电流或电压传感器。
[0025] 在一个实施例中，检测器140可同时测量转换器130的电压和电流。W运种方式，整 个电机驱动器100可W被集成到设备，而无需转换器130和电机之间和检测器140和电机190 之间的单独连接190。然而，其它实施例允许检测器140被连接到电机190, W进行更直接的 测量。
[0026] 考虑在操作中的电机驱