主轴电机驱动系统、装置以及方法
【专利摘要】本发明提供一种主轴电机的驱动方法和相关的驱动系统和装置。所述驱动方法包括如下步骤：调节多个调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位；根据多个浮动相位，在多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期过后，立即进入浮动周期；在浮动周期内，根据主轴电机第一端子处的第一端子电压信号，获得主轴电机的消磁时间；如果消磁时间不小于阈值时间周期，重复完成多个调制信号的调节步骤；相反，如果消磁时间小于阈值时间周期，在消磁时间过后，根据主轴电机第一端子处的电压信号，获得主轴电机的相位。
【专利说明】
主轴电机驱动系统、装置以及方法
技术领域
[0001]本发明涉及主轴电机驱动系统、装置以及驱动方法，更具体而言涉及无传感器的主轴电机驱动系统、装置以及驱动方法。
【背景技术】
[0002]图1示意性地示出传统主轴电机驱动装置的结构。如图1所示，传统主轴电机驱动装置连接至主轴电机130，并且所述主轴电机驱动装置包括电机控制器110、驱动电路120和位置传感器140。
[0003]根据主轴电机130转子的旋转位置，所述位置传感器140产生提供给电机控制器110的位置信号H。根据位置信号H，所述电机控制器110产生脉宽调制信号(pulse widthmodulat1n signal)P丽。根据脉宽调制信号P丽，所述驱动电路120产生提供给主轴电机130的三个端子U、V和W的第一相位电流Iu、第二相位电流Iv和第三相位电流Iw。响应主轴电机130的旋转，所述位置传感器140传送位置信号H至电机控制器110。例如，位置传感器140为霍尔传感器。
[0004]图2A所示为传统主轴电机驱动装置的驱动电路的电路原理图。如图2A所示，所述驱动电路120包括六个驱动晶体管Ml?M6。每个驱动晶体管Ml?M6具有体二极管(bodyd1de)，所述体二极管连接在漏极端子和源极端子之间。此外，脉宽调制信号PWM包括六个调制信号。
[0005]第一驱动晶体管Ml的栅极端子接收第一调制信号U_h。第一驱动晶体管Ml的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压Vl和节点u之间。第二驱动晶体管M2的栅极端子接收第二调制信号W_I。第二驱动晶体管M2的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压V2和节点w之间。第三驱动晶体管M3的栅极端子接收第三调制信号V_h。第三驱动晶体管M3的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压Vl和节点V之间。第四驱动晶体管M4的栅极端子接收第四调制信号U_I。第四驱动晶体管M4的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压V2和节点u之间。第五驱动晶体管M5的栅极端子接收第五调制信号W_h。第五驱动晶体管M5的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压Vl和节点w之间。第六驱动晶体管M6的栅极端子接收第六调制信号￥_1。第六驱动晶体管M6的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压V2和节点V之间。此外，所述节点U、V和w分别连接至主轴电机130的三个端子U、V和W。
[0006]图2B所示为描述脉宽调制信号之间关系的时序波形图，由图1的主轴电机驱动装置处理三个相位信号和位置信号。所述位置信号H包括A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He。
[0007]如果转子的相位在O至60度之间，由第一调制信号U_h和第二调制信号评_1分别控制第一驱动晶体管Ml和第二驱动晶体管M2。在此情况下，第一相位电流Iu为正，第三相位电流I w为负。换言之，所述驱动电流从主轴电机130端子U流向主轴电机130端子W。根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(100)的位置信号H。
[0008]如果转子相位在60至120度之间，由第三调制信号V_h和第二调制信号评_1分别控制第三驱动晶体管M3和第二驱动晶体管M2。在此情况下，第二相位电流Iv为正，第三相位电流Iw为负。换言之，驱动电流从主轴电机130的端子V流向主轴电机130的端子W ο根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(110)的位置信号H。
[0009]如果转子的相位在120至180度之间，由第三调制信号V_h和第四调制信号U_I分别控制第三驱动晶体管M3和第四驱动晶体管M4。在此情况下，第二相位电流Iv为正，第一相位电流Iu为负。换言之，驱动电流从主轴电机130的端子V流向主轴电机130的端子U ο根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(010)的位置信号H。
[0010]如果转子的相位在180至240度之间，由第五调制信号W_h和第四调制信号U_I分别控制第五驱动晶体管M5和第四驱动晶体管M4。在此情况下，第三相位电流Iw为正，第一相位电流Iu为负。换言之，驱动电流从主轴电机130的端子W流向主轴电机130的端子U ο根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(011)的位置信号H。
[0011 ]如果转子的相位在240至300度之间，由第五调制信号W_h和第六调制信号￥_1分别控制第五驱动晶体管M5和第六驱动晶体管M6。在此情况下，第三相位电流Iw为正，第二相位电流IV为负。换言之，驱动电流从主轴电机130的端子W流向主轴电机130的端子V ο根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(001)的位置信号H。
[0012]如果转子的相位在300至360度之间，由第一调制信号U_h和第六调制信号￥_1分别控制第一驱动晶体管Ml和第六驱动晶体管M6。在此情况下，第一相位电流Iu为正，第二相位电流IV为负。换言之，驱动电流从主轴电机130的端子U流向主轴电机130的端子V ο根据A-分量信号Ha、B-分量信号Hb和C分量信号He，获得表示(101)的位置信号H。
[0013]随后，转子在O至360度之间连续旋转。
[0014]基于上述论述，脉宽调制信号PWM的每个调制信号具有120-度活跃周期。例如，第一调制信号u_h的活跃周期在300至60度之间，第二调制信号胃_1的活跃周期在O至120度之间，第三调制信号V_h的活跃周期在60至180度之间，第四调制信号U_I的活跃周期在120至240度之间，第五调制信号W_h的活跃周期在180至300度之间，以及第六调制信号V_I的活跃周期在240至360度之间。
[0015]换言之，传统主轴电机驱动装置的电机控制器110实现根据位置信号H的主轴电机130的转子相位，并且确定O-度、60-度、120-度、180-度、240-度和300-度的相位变化点。因此，相应地控制六个调制信号的活跃周期。如果主轴电机驱动装置没有位置传感器来产生位置信号山所述电机控制器110就不能准确地产生六个调制信号1]_11、1]_1、￥_11、￥_1、￥_11和W_I以控制主轴电机130。
【发明内容】
[0016]为了降低成本和有效地控制主轴电机，本发明提供一种无传感器的主轴电机驱动系统。
[0017]本发明提供一种主轴电机驱动装置，所述主轴电机驱动装置连接至主轴电机的第一端子、第二端子和第三端子。所述主轴电机驱动装置包括:电机控制器，所述电机控制器用于产生多个调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位，其中在多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期之后立即进入浮动周期，其中多个调制信号的第一调制信号对应于多个浮动相位的第一浮动相位;驱动电路，所述驱动电路接收多个调制信号，并且产生到第一端子的第一端子电压信号、到第二端子的第二端子电压信号和到第三端子的第三端子电压信号；以及消磁检测电路，所述消磁测量电路连接至第一端子，其中在第一浮动相位，所述消磁测量电路测量第一端子电压信号的变化，从而计算主轴电机的消磁时间。
[0018]本发明还提供一种驱动主轴电机的方法。所述主轴电机具有第一端子、第二端子和第三端子。所述方法包括以下步骤:(a)调节多个调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位；(b)根据多个浮动相位的第一浮动相位，探测在多个调制信号的第一调制信号的活跃周期过后立即进入的第一浮动周期；(C)在第一浮动周期内，根据主轴电机第一端子的第一端子电压信号获取消磁时间；以及(d)根据消磁时间，选择性地调节第一浮动周期。
[0019]本发明的多个目的、特征和优点通过结合附图阅读本发明的具体描述而变得显而易见。然而，这里所用的附图仅出于描述的目的，并不是限定性的。
【附图说明】
[0020]对于本领域的普通技术人员在参照以下详细描述和附图后，本发明的上述目的和优点将变得显而易见，其中:
[0021]图1(现有技术)所示为传统主轴电机驱动装置的结构的示意图；
[0022]图2A(现有技术)所示为传统主轴电机驱动装置的驱动电路的电路原理图；
[0023]图2B(现有技术)所示为示意性的由图1中的主轴电机驱动装置处理的脉宽调制信号、三个相位信号和位置信号之间的关系时序波形图。
[0024]图3A所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的结构图；
[0025]图3B所示为脉宽调制信号的调制信号之间的关系时序波形图，所述脉宽调制信号由附图3A中的主轴电机驱动装置处理。
[0026]图4A?4L所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的驱动电流和调制信号之间的关系视图；
[0027]图5所示为根据本发明的实施例的主轴电机驱动装置的第一典型消磁测量电路的原理电路框图；
[0028]图6A所示为描述通过电机控制器将浮动相位调节为不理想状态的相关信号的时序波形图；
[0029]图6B所示为描述通过电机控制器将浮动相位调节为理想状态的相关信号的时序波形图；
[0030]图7所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的主轴电机驱动方法的流程图；
[0031]图8A所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的第二典型消磁测量电路的原理电路框图；以及
[0032]图SB所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的第三典型消磁测量电路的原理电路框图。
【具体实施方式】
[0033]本发明提供一种无传感器的主轴电机驱动系统。在该无传感器的主轴电机驱动系统中，根据反电动势(BEMF)确定相位变化点。
[0034]图3A所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的结构图。如附图3A所示，所述主轴电机驱动装置连接至主轴电机230。所述主轴电机驱动装置包括电机控制器210、驱动电路220和消磁测量电路250。此外，所述消磁测量电路250包括相位电压比较器252和计数器254。
[0035]图3B所示为脉宽调制信号的调制信号之间的关系时序波形图，所述脉宽调制信号由图3A中的主轴电机驱动装置处理。在此实施例中，所述电机控制器210能够调节浮动相位(floating phase)，从而动态调节浮动周期(floating per1d)Ap。如图313所示，在每个调制信号的活跃周期之后，立即进入浮动周期Λρ。因此，每个调制信号的活跃周期小于120-度的时间周期。
[0036]请参见图3Β，每个从浮动相位PI至60度的时间周期、从浮动相位ρ2至120度的时间周期、从浮动相位Ρ3至180度的时间周期、从浮动相位ρ4至240度的时间周期、从浮动相位ρ5至300度的时间周期和从浮动相位ρ6至360度的时间周期都表示为浮动周期Λρ。
[0037]根据本发明的特征，所述电机控制器210根据浮动周期Λρ来控制主轴电机230的驱动电流相位。因此，由所述电机控制器210有效地控制主轴电机230。驱动电路220的驱动晶体管之间的关系与图2相同，此处不再赘述。
[0038]所述主轴电机驱动装置的运行描述如下。图4Α?4L所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的驱动电流和调制信号之间的关系。
[0039]如图4Α所示，转子的相位在O至(60-Λρ)度之间。换言之，转子的相位在第一调制信号u_h和第二调制信号胃_1的活跃周期内。同时，驱动电流Id通过第一驱动晶体管Ml和节点U，从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子U，并且通过节点w和第二驱动晶体管M2，从主轴电机230的端子W输出至第二电源供应电压V2。
[0040]如图4B所示，转子相位处于(60-Λρ)至60度之间的浮动周期内。换言之，转子相位在第二调制信号评_1的活跃周期内，但不在第一调制信号U_h的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从主轴电机230的端子U传输至主轴电机230的端子W。因此，接通第四驱动晶体管M4的体二极管，并形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点w、第二驱动晶体管M2、第四驱动晶体管M4的体二极管和节点u从主轴电机230的端子W传输至端子U。
[0041]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子U的电压从(V2-0.7)逐渐增加至V2，其中0.7V为体二极管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O时，所述电机控制器210开始探测端子U的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0042]如图4C所示，转子的相位在60至(120-Λρ)度之间。换言之，转子相位在第三调制信号v_h和第二调制信号W_I的活跃周期之间。同时，驱动电流Id通过第三驱动晶体管M3和节点V从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子V，并通过节点w和第二驱动晶体管M2从主轴电机230的端子W输出至第二电源供应电压V2。
[0043]如图4D所示，转子的相位处于(120-Λρ)至120度之间的浮动周期内。换言之，转子相位在第三调制信号V_h的活跃周期内，但并不在第二调制信号W_I的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从端子V传输至端子W。因此，接通第五驱动晶体管M5的体二极管，并且形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点W、第五驱动晶体管M5的体二级管、第三驱动晶体管M3和节点V从主轴电机230的端子W传输至主轴电机230的端子V O
[0044]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子W处的电压逐渐从(V1+0.7)减小至Vl，其中0.7V为体二极管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O时，电机控制器210开始探测端子W的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0045]如图4E所示，转子相位在120至(180-Λρ)度之间。换言之，转子相位在第三调制信号V_h和第四调制信号U_I的活跃周期内。同时，驱动电流Id通过第三驱动晶体管M3和节点V，从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子V，并且通过节点u和第四驱动晶体管M4，从主轴电机230的端子U输出至第二电源供应电压V2。
[0046]如图4F所示，转子相位在(180-Λρ)至180度之间的浮动相位内。换言之，转子相位在第四调制信号U_I的活跃周期内，但并不在第三调制信号V_h的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从端子V传输至端子U。因此，接通第六驱动晶体管M6的体二极管，并且形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点U、第四驱动晶体管M4、第六驱动晶体管M6的体二级管和节点V，从主轴电机230的端子U传输至主轴电机230的端子V。
[0047]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子V处的电压从(V2-0.7)逐渐增加至V2，其中0.7V为体二级管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O时，电机控制器210开始探测端子V的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0048]如图4G所示，转子相位在180至(240-Λρ)度之间的范围内。换言之，转子相位在第五调制信号w_h和第四调制信号U_I的活跃周期内。同时，驱动电流Id通过第五驱动晶体管M5和节点w从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子W，并且通过节点u和第四驱动晶体管M4，从主轴电机230的端子U输出至第二电源供应电压V2。
[0049]如图4!1所示，转子相位在(240-Λρ)至240度之间的浮动周期内。换言之，转子相位在第五调制信号W_h的活跃周期内，但并不在第四调制信号U_I的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从端子W传输至端子U。因此，接通第一驱动晶体管Ml的体二极管，并且形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点U、第一驱动晶体管Ml的体二极管、第五驱动晶体管M5和节点W，从主轴电机230的端子U传输至主轴电机230的端子W。
[0050]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子U处的电压逐渐从(V1+0.7)减小至VI，其中0.7V为体二级管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O时，电机控制器210开始探测端子U的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0051]如图41所示，转子相位在240至(300-Λρ)度之间的范围内。换言之，转子相位在第五调制信号W_h和第六调制信号￥_1的活跃周期内。同时，驱动电流Id通过第五驱动晶体管M5和节点w从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子W，并且通过节点V和第六驱动晶体管M6从主轴电机230输出至第二电源供应电压V2。
[0052]如图4J所示，转子相位在(300-Λρ)至300度之间的浮动周期内。换言之，转子相位在第六调制信号乂_1的活跃周期内，但并不在第五调制信号W_h的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从端子W传输至端子V。因此，接通第二驱动晶体管M2的体二极管，并且形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点V、第六驱动晶体管M6、第二驱动晶体管M2的体二极管和节点w，从主轴电机230的端子V传输至主轴电机230的端子W。
[0053]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子W处的电压从(V2-0.7)逐渐增加至V2，其中0.7V为体二极管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O，电机控制器210开始探测端子W的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0054]如图4K所示，转子相位在300至(360-Λρ)度之间的范围内。换言之，转子相位在第一调制信号U_h和第六调制信号￥_1的活跃周期内。同时，驱动电流Id通过第一驱动晶体管Ml和节点U，从第一电源供应电压Vl传输至主轴电机230的端子U，并通过节点V和第六驱动晶体管M6从主轴电机230的端子V输出至第二电源供应电压V2。
[0055]如图4L所示，转子相位在(360-Λρ)至360度之间的浮动周期内。换言之，转子相位在第一调制信号U_h的活跃周期内，但并不在第六调制信号V_I的活跃周期内。在浮动周期内，驱动电流Id依然通过主轴电机230从端子U传输至端子V。因此，接通第三驱动晶体管M3的体二极管，并且形成消磁回路。在此情况下，驱动电流Id通过节点V、第三驱动晶体管M3的体二极管、第一驱动晶体管Ml和节点U，从主轴电机230的端子V传输至主轴电机230的端子U0
[0056]在浮动周期内，驱动电流Id逐渐减小至O。因此，主轴电机230的端子V处的电压从(Vl+ο.7)减小至Vl，其中0.7V为体二极管的正向偏置电压。当驱动电流Id减小至O时，控制电机210开始探测端子V的反电动势(BEMF)，并确定主轴电机230的相位。
[0057]在依次实施了上述图4A?4L的流程之后，则探测了主轴电机230的全部相位。
[0058]一般而言，根据负载状态和主轴电机的转速来确定驱动电流Id的量级。换言之，驱动电流Id的量级受到三个因素的影响，包括主轴电机的类型、负载状态和转速。如果驱动电流Id的量级不同，产生反电动势(BEMF)的延迟时间不同。
[0059]图5所示为根据本发明实施例的主轴电机驱动装置的第一典型消磁测量电路的原理电路框图。消磁测量电路250包括相位电压比较器252和计数器254。所述相位电压比较器252包括第一多路复用器510、第二多路复用器520、低通滤波器(LPF)524和比较电路530。从电机控制器210输出的控制信号ctrl包括参考控制信号ctrl_ref和相位控制信号ctrl_phase ο
[0060]第一多路复用器510接收第一参考电压Refl和第二参考电压Ref 2，并根据参考控制信号ctrl_ref，选择第一参考电压Ref I和第二参考电压Ref 2其中之一作为输出参考电压Refo。在一实施例中，第一参考电压Refl为第一电源供应电压VI，而第二参考电压Ref2为第二电源供应电压V2。
[0061]第二多路复用器520与端子U、端子V和端子W相连。根据相位控制信号ctrl_phaSe，第二多路复用器520从端子U、端子V和端子W的电压信号中选择一个作为输出相位信号Oph。在通过低通滤波器(LPF)524处理的输出相位信号Oph之后，产生经过滤的输出相位信号0ph_lpo
[0062]通过比较输出参考电压Refo和经过滤的输出相位信号Oph—Ip，比较电路530产生比较信号Co。此外，计数器254接收时钟信号CLK。比较信号Co进入计数器254的使能端子EN。根据时钟信号CLK，在计数器254启动的时间周期内计数，并从计数器254输出计数值cnt。
[0063]图6A为描述通过电机控制器将浮动相位调节为不理想状态的相关信号的时序波形图。如果将浮动相位pi和p4调节至不理想状态，对应于浮动相位pi和p4的驱动电流Id是不平滑的。由于不平滑的驱动电流Id造成主轴电机230的旋转产生噪声且需要更长的消磁时间。
[0064]图6A中描述了端子U处的的电压信号Vu的变化。值得注意的是可以类推导出端子V处的电压信号Vv的变化或端子W处的电压信号Vw的变化。此外，根据电机控制器210的相位控制信号ctrl_phase，选择端子U处的电压信号Vu作为经过滤的输出相位信号0ph_lp。
[0065]在浮动相位p4，根据来自于电机控制器210的参考控制信号ctrl_ref，选择第一参考电压Refl，例如Vl，作为输出参考电压Ref ο。因此，在浮动相位p4，经过滤的输出相位信号0ph_lp等于(V1+0.7)。在此情况下，来自于比较电路530的比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的输出相位信号0ph_l P减小至VI时，来自于比较电路5 30的比较信号Co处于低电平状态。换言之，比较信号Co的脉冲宽度为主轴电机230的消磁时间。此外，消磁时间由计数器254转变为计数值cnt。
[0066]类似的，在浮动相位pi，根据来自于电机控制器210的参考控制信号ctrl_ref，选择第二参考电压Ref2，例如V2，作为输出参考电压Refo。因此，在浮动相位pi，经过滤的输出相位信号0ph_lp等于(V2-0.7)。在此情况下，来自于比较电路530的比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的输出相位信号0ph_lp增加至V2，来自于比较电路530的比较信号Co处于低电平状态。换言之，比较信号Co的脉冲宽度为主轴电机230的消磁时间。此外，消磁时间由计数器254转变为计数值cnt。
[0067]当比较信号Co处于低电平状态时，消磁时间结束。在此时，主轴电机230的端子U的电压信号Vu为反电动势(BEMF)。根据反电动势(BEMF)，由电机控制器210探测主轴电机230的相位。图6B所示为描述通过电机控制器将浮动相位调节为理想状态的相关信号的时序波形图。如果将浮动相位pi和p4调节至理想状态，对应于浮动相位pi和p4的驱动电流Id是平滑的。由于平滑驱动电流Id造成主轴电机230的旋转更为平滑。因此，减小了噪声并且缩短了消磁时间。
[0068]在浮动相位P4，根据来自于电机控制器210的参考控制信号ctrl_ref，选择第一参考电压Refl，例如Vl，作为输出参考电压Ref ο。因此，在浮动相位p4，经过滤的输出相位信号0ph_lp等于(V1+0.7)。在此情况下，来自于比较电路530的比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的输出相位信号0ph_lp减小至VI，来自于比较电路530的比较信号Co处于低电平状态。换言之，比较信号Co的脉冲宽度为主轴电机230的消磁时间。此外，消磁时间由计数器254转变为计数值cnt。
[0069]类似的，在浮动相位pi，根据来自于电机控制器210的参考控制信号ctrl_ref，选择第二参考电压Ref2，例如V2，作为输出参考电压Refo。因此，在浮动相位pi，经过滤的输出相位信号0ph_lp等于(V2-0.7)。在此情况下，来自于比较电路530的比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的输出相位信号0ph_lp增加至V2时，来自于比较电路530的比较信号Co处于低电平状态。换言之，比较信号Co的脉冲宽度为主轴电机2 3 O的消磁时间。此外，消磁时间由计数器254转变为计数值cnt。
[0070]当比较信号Co处于低电平状态时，结束消磁时间。在此时，主轴电机230的端子U的电压信号Vu为反电动势(BEMF)。根据反电动势(BEMF)，电机控制器210探测主轴电机230的相位。
[0071]基于上述论述，当浮动相位通过电机控制器210被调节至不理想状态时，消磁时间更长并且由消磁测量电路250输出的计数值cnt更大。另一方面，当浮动相位通过电机控制器210被调节至理想状态时，消磁时间缩短并且由磁测量电路250输出的计数值cnt更小。如果消磁时间小于阈值时间周期(例如2ys)，则认为浮动相位被调节至不理想状态。
[0072]图7所示为根据本发明的实施例的主轴电机驱动装置的主轴电机驱动方法的流程图。
[0073]首先，调节对应于多个调制信号的多个浮动相位(步骤S701)。根据多个浮动相位，在多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期过后，立即进入浮动周期(步骤S702)。在浮动周期内，根据主轴电机第一端子处的电压信号，获得主轴电机的消磁时间(步骤S703)。
[0074]如果消磁时间不小于阈值时间周期(步骤S704)，重复进行步骤S701调节对应于多个调制信号的多个浮动相位，并更新于下一周期使用。反之，如果消磁时间小于阈值时间周期(步骤S704)，在消磁时间过后，根据主轴电机第一端子处的电压信号，获得主轴电机的相位(步骤S705)。
[0075]在主轴电机的旋转达到平衡之后，足够探测出对应于特定浮动相位的消磁时间。在此情况下，不需要接收电机控制器210的控制信号ctrl，并且简化了消磁测量电路250的电路。以下描述主轴电机230的端子U和消磁测量电路250之间的连接。应该注意的是，主轴电机230的端子V或端子W和消磁测量电路250之间的连接可以通过类推导出。
[0076]也就是说，在主轴电机的旋转达到平衡时，根据第一浮动相位，在探测到第一调制信号的活跃周期之后立即进入第一浮动周期。随后，在第一浮动周期内，根据主轴电机第一端子处的第一端子电压信号，探测消磁时间。而后根据消磁时间选择性地调节第一浮动相位。
[0077]图8A所示为根据本发明的实施例的主轴电机驱动装置的第二典型消磁测量电路的原理电路框图。消磁测量电路250包括相位电压比较器252和计数器254。所述相位电压比较器252包括低通滤波器(LPF)SlO和比较电路820。所述低通滤波器810与端子U相连以产生经过滤的U端电压信号U_lp。此外，比较电路820的负极输入端(-)接收参考电压Ref，例如第一电源供应电压VI，并且比较电路820的正极输入端(+ )接收经过滤的U端电压信号U_lp。
[0078]在浮动相位p4，经过滤的U端电压信号U_lp等于(V1+0.7)。在此情况下，比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的U端电压信号U_lp减小至Vl时，比较信号Co处于低电平状态。此外，在比较信号Co处于高电平状态时，启动计数器254，并且由计数器254输出计数值cnt ο
[0079]图SB所示为根据本发明的实施例的主轴电机驱动装置的第三典型消磁测量电路的原理电路框图。所述消磁测量电路250包括相位电压比较器252和计数器254。所述相位电压比较器252包括低通滤波器(LPF)830和比较电路840。所述低通滤波器830与端子U相连以产生经过滤的U端电压信号U_lp。此外，比较电路840的正极输入端(+ )接收参考电压Ref，例如第二电源供应电压V2，而比较电路840的负极输入端(-)接收经过滤的U端电压信号U_lp。
[0080]在浮动相位pi，经过滤的U端电压信号U_lp等于(V2-0.7)。在此情况下，比较信号Co处于高电平状态。当经过滤的U端电压信号U_lp增加至V2时，比较信号Co处于低电平状态。此外，在比较信号Co处于高电平状态时，启动计数器254，并且由计数器254输出计数值cnt ο
[0081]基于上述描述，本发明提供一种无传感器的主轴电机驱动装置和无传感器的主轴电机驱动方法。通过动态调节调制信号的浮动相位，使主轴电机的旋转更平滑。因此，使噪声降低，并且缩短了消磁时间。换言之，能够快速探测主轴电机的相位。
[0082]此外，本发明还提供一种主轴电机驱动系统，包括电机控制器，具有第一端子、第二端子和第三端子的主轴电机，驱动电路和消磁测量电路。所述电机控制器产生多种调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位，其中在多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期过后，立即进入浮动周期，其中多个调制信号的第一调制信号对应于多个浮动相位的第一浮动相位。所述驱动电路接收多个调制信号，并且产生到第一端子的第一端子电压信号、到第二端子的第二端子电压信号和到第三端子的第三端子电压信号。所述消磁测量电路连接至第一端子，在第一浮动相位，测量第一端子电压信号的变化，从而计算主轴电机的消磁时间。优选地，如果消磁时间不小于阈值时间周期，所述电极控制器调节对应于多个调制信号的多个浮动相位。优选地，在消磁时间过后，根据第一端子电压信号，通过电机控制器获得主轴电机的相位。
[0083]虽然本发明按照当前认为最可行和优选的实施例进行描述，但是应当理解本发明并不仅限于所公开的实施例。相反，其适用于包含在权利要求构思和范围内的多种变形和相似设置，权利要求符合最宽泛的解释以包括全部变形和相似结构。
【主权项】
1.一种主轴电机驱动装置，所述主轴电机驱动装置耦接至主轴电机的第一端子、第二端子和第三端子，所述主轴电机驱动装置包括: 电机控制器，所述电机控制器用于产生多个调制信号和对应于所述多个调制信号的多个浮动相位，其中在所述多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期之后进入浮动周期，其中所述多个调制信号的第一调制信号对应于所述多个浮动相位的第一浮动相位； 驱动电路，所述驱动电路接收多个调制信号，并产生到所述第一端子的第一端子电压、到所述第二端子的第二端子电压和到所述第三端子的第三端子电压；以及 消磁检测电路，所述消磁测量电路连接至所述第一端子，其中在第一浮动相位，所述消磁测量电路测量第一端子电压信号的变化，从而计算主轴电机的消磁时间。2.根据权利要求1所述的主轴电机驱动装置，其中如果所述消磁时间不小于阈值时间周期，所述电机控制器调节对应于所述多个调制信号的所述多个浮动相位。3.根据权利要求2所述的主轴电机驱动装置，其中如果所述消磁时间小于所述阈值时间周期，在所述消磁时间过后，由所述电机控制器根据所述第一端子电压信号获得所述主轴电机的相位。4.根据权利要求3所述的主轴电机驱动装置，其中所述消磁测量电路包括: 低通滤波器，所述低通滤波器接收第一端子电压信号，并且输出经过滤的第一端子电压信号； 比较电路，所述比较电路具有接收参考电压的第一端和接收经过滤的第一端子电压信号的第二端，其中，所述比较电路根据所述参考电压和经过滤的第一端子电压信号产生比较信号；以及 计数器，所述计数器具有接收比较信号的使能端子和接收时钟信号的时钟端子，其中当使能端子在第一浮动相位使能时，所述计数器产生表示消磁时间的计数值。5.根据权利要求3所述的主轴电机驱动装置，其中消磁测量电路包括: 低通滤波器，所述低通滤波器接收第一端子电压信号，并且输出经过滤的第一端子电压信号； 比较电路，所述比较电路具有接收参考电压的第一端和接收经过滤的第一端子电压信号的第二端，其中，比较电路根据参考电压和经过滤的第一端子电压信号产生比较信号；以及 计数器，所述计数器具有接收比较信号的使能端子和接收时钟信号的时钟端子，其中当使能端子在第四浮动相位启使能时，所述计数器产生表示消磁时间的计数值。6.根据权利要求1所述的主轴电机驱动装置，其中多个调制信号进一步包括第二调制信号、第三调制信号、第四调制信号、第五调制信号和第六调制信号，其中驱动电路包括: 第一驱动晶体管，其中第一驱动晶体管的栅极端子接收第一调制信号，第一驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第一端子之间，并且第一驱动晶体管的第一体二极管与第一驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第二驱动晶体管，其中第二驱动晶体管的栅极端子接收第二调制信号，第二驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第三端子之间，并且第二驱动晶体管的第二体二极管与第二驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第三驱动晶体管，其中第三驱动晶体管的栅极端子接收第三调制信号，第三驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第二端子之间，并且第三驱动晶体管的第三体二极管与第三驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第四驱动晶体管，其中第四驱动晶体管的栅极端子接收第四调制信号，第四驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第一端子之间，并且第四驱动晶体管的第四体二极管与第四驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第五驱动晶体管，其中第五驱动晶体管的栅极端子接收第五调制信号，第五驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第三端子之间，并且第五驱动晶体管的第五体二极管与第五驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连；以及 第六驱动晶体管，其中第六驱动晶体管的栅极端子接收第六调制信号，第六驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第二端子之间，并且第六驱动晶体管的第六体二极管与第六驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连。7.根据权利要求6所述的主轴电机驱动装置，其中第二调制信号对应于第二浮动相位，第三调制信号对应于第三浮动相位，第四调制信号对应于第四浮动相位，第五调制信号对应于第五浮动相位，以及第六调制信号对应于第六浮动相位。8.根据权利要求7所述的主轴电机驱动装置，其中消磁测量电路包括: 第一多路复用器，所述第一多路复用器接收第一参考电压和第二参考电压，并且根据来自于电机控制器的参考控制信号，选择第一参考电压和第二参考电压其中之一作为输出参考电压； 第二多路复用器，所述第二多路复用器连接至第一端子、第二端子和第三端子，并且根据来自于电机控制器的相位控制信号，选择第一端子电压信号、第二端子电压信号和第三端子电压信号其中之一作为输出相位信号； 低通滤波器，所述低通滤波器接收输出相位信号，并且输出经过滤的输出相位信号； 比较电路，所述比较电路具有接收输出参考电压的第一端和接收经过滤的输出相位信号的第二端，其中，所述比较电路根据输出相位信号和经过滤的输出相位信号产生比较信号；以及 计数器，所述计数器具有接收比较信号的使能端子和接收时钟信号的时钟端子，其中当使能端子使能时，所述计数器产生表示消磁时间的计数值。9.根据权利要求8所述的主轴电机驱动装置，其中第一电源供应电压等于第一参考电压，第二电源供应电压等于第二参考电压。10.—种驱动具有第一端子、第二端子和第三端子的主轴电机的方法，所述方法包括以下步骤: 调节多个调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位； 根据多个浮动相位中的第一浮动相位，探测在多个调制信号中的第一调制信号的活跃周期过后进入的第一浮动周期； 在第一浮动周期内，根据主轴电机第一端子处的第一端子电压信号，获取消磁时间；以及 根据消磁时间，选择性地调节第一浮动周期。11.根据权利要求10所述的驱动方法，其中所述根据消磁时间选择性地调节第一浮动周期的步骤进一步包括步骤: 判断消磁时间是否小于阈值时间周期，其中如果消磁时间不小于阈值时间周期，则重复步骤:调节多个调制信号和多个浮动相位、探测第一浮动周期、获取消磁时间的步骤。12.根据权利要求11所述的驱动方法，其中如果消磁时间小于阈值时间周期，消磁时间过后，根据第一端子电压信号获得主轴电机的相位。13.根据权利要求12所述的驱动方法，其中由消磁测量电路探测消磁时间，所述消磁测量电路包括: 低通滤波器，所述低通滤波器接收第一端子电压信号，并输出经过滤的第一端子电压信号； 比较电路，所述比较电路具有接收参考电压的第一端部和接收经过滤的第一端子电压信号的第二端部，其中所述比较电路根据参考电压和经过滤的第一端子电压信号产生比较信号； 计数器，所述计数器包括接收比较信号的使能端子，以及接收时钟信号的时钟端子，其中当使能端子在第一浮动相位启动时，所述计数器产生表示消磁时间的计数值。14.根据权利要求10所述的驱动方法，其中由驱动电路实现所述驱动方法，其中驱动电路接收多个调制信号并且生成到主轴电机的第一端子的第一端子电压信号、到主轴电机的第二端子的第二端子电压信号和到主轴电机的第三端子的第三端子电压信号。15.根据权利要求14所述的驱动方法，其中多个调制信号包括第一调制信号、第二调制信号、第三调制信号、第四调制信号、第五调制信号以及第六调制信号，其中驱动电路包括: 第一驱动晶体管，其中第一驱动晶体管的栅极端子接收第一调制信号，第一驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第一端子之间，并且第一驱动晶体管的第一体二极管与第一驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第二驱动晶体管，其中第二驱动晶体管的栅极端子接收第二调制信号，第二驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第三端子之间，并且第二驱动晶体管的第二体二极管与第二驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第三驱动晶体管，其中第三驱动晶体管的栅极端子接收第三调制信号，第三驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第二端子之间，并且第三驱动晶体管的第三体二极管与第三驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第四驱动晶体管，其中第四驱动晶体管的栅极端子接收第四调制信号，第四驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第一端子之间，并且第四驱动晶体管的第四体二极管与第四驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连； 第五驱动晶体管，其中第五驱动晶体管的栅极端子接收第五调制信号，第五驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第一电源供应电压和第三端子之间，并且第五驱动晶体管的第五体二极管与第五驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连；以及 第六驱动晶体管，其中第六驱动晶体管的栅极端子接收第六调制信号，第六驱动晶体管的漏极端子和源极端子连接在第二电源供应电压和第二端子之间，并且第六驱动晶体管的第六体二极管与第六驱动晶体管的漏极端子和源极端子相连。16.一种主轴电机驱动系统，包括: 电机控制器，所述电机控制器用于产生多个调制信号和对应于多个调制信号的多个浮动相位，其中在多个调制信号中的每个调制信号的活跃周期之后立即进入浮动周期，其中多个调制信号的第一调制信号对应于多个浮动相位中的第一浮动相位； 主轴电机，所述主轴电机具有第一端子、第二端子和第三端子； 驱动电路，所述驱动电路接收多个调制信号，并产生到第一端子的第一端子电压信号、到第二端子的第二端子电压信号和到第三端子的第三端子电压信号；以及 消磁测量电路，所述消磁测量电路连接至第一端子，其中在第一浮动相位，所述消磁测量电路测量第一端子电压信号的变化，从而计算主轴电机的消磁时间。17.根据权利要求16所述的驱动系统，其中所述系统是无传感器的。18.根据权利要求16所述的驱动系统，其中如果消磁时间不小于阈值时间周期，所述电机控制器调节对应于多个调制信号的多个浮动相位。19.根据权利要求18所述的驱动系统，其中如果消磁时间小于阈值时间周期，在消磁时间过后，由电机控制器根据第一端子电压信号获得主轴电机的相位。
【文档编号】H02P21/24GK105915143SQ201610085839
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年2月15日
【发明人】张明光, 戴志龙, 胡哲深, 杨子庆, 李启瑞
【申请人】联发科技股份有限公司