专利名称：直流无刷马达的控制方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种直流无刷马达的控制方法，特别是涉及一种具有脉波宽度调变(PWM)g制的直流无刷马达的控制方法及装置。
技术背景由于直流预lj马达以霍尔感应器代割专统直流马达的换相电刷，比传乡體流马 达还适合应用在微型散热风扇系统中，而被广泛应用在诸如计算机风扇、复印机、 激光打印机等低电压产品领域。计算机风扇常用的单相直流无刷马达如图l所示，包含一绕设有线圈绕组10的 静止的定子ll，及带动风扇叶片转动的四极转子12。参见图2及图3并对照图1所示，是习知一种驱动单相预i遣流马达l的控制装置 2，其利用一霍尔翻iJ細allsensor)21感测马达转子12的磁极位置，并对应产生一霍尔讯号SHA(是一模拟差动讯号VHP及VHN)，该霍尔讯号SHA被输入一比较器22转换成一数字化的霍尔讯号SHD后，送至一驱动器23。 一PWM产生器24根据一外部控制讯 号Sc(电压讯号)产生一PWM讯号并送至驱动器23 ，驱动器23根据霍尔讯号SHD及 PWM讯号，对应转子12磁极位置轮流输出如图3所示的第一PWM讯号Spwivn及第二 PWM讯号SpwM2，以控制后端的一开关电路25交替切换输出至马达定子线圈10的输 出电潦J。ut(如图3所示)的相位，而驱使马达转子12转动。然而，由于第一PWM讯号SpwM,及第二PWM讯号SpwM2之间进行切换时所产生 的准位瞬间变化会使输出电淑out在此瞬间产生突波Ip，而易使马达转动时产生机械共 振及噪音。发明内容本发明的目的在于提供一种可消除输出电流突波的直流无刷马达的控制方法 及装置。于是，为达到战目的，本发明直流预l冯达的控制方法，其中该马达具有一 绕设线圈的定子及一环绕定子旋转的转子，该控制方法使用一霍尔元件侦测该转子的磁极位置以对应产生一霍尔讯号，使用一驱动单元根据一外部控制讯号产生一PWM讯号，并根据弥WM讯号及该霍尔讯号控帝ij一开关电路，使切换输出至定子 线圈的电流相位，而驱使转子转动；特别是，该控制方法还包括(A)当侦测该霍尔讯号即将准位转换时，令该外部控制讯号的准位对应该霍尔讯号准位变化而递增或递减；(B)当该外部控制讯号的准位递增时，令该驱动单元产生的PWM讯号的工作周 期由零递增至一预定工作周期；及(C)当该外部控制讯号的准位递减时，令该驱动单 元产生的PWM讯号由该预定工作周期递减至零。借此，消除开关电路的输出电流突 波。其中，该霍尔元件是一霍尔/ill器，该霍尔讯号是一差动模拟讯号，其经由一比较器转成一数字讯号后输入该驱动单元，且该外部控制讯号是由一PWM工作周期控制器产生。如前述，在步骤(A)中，当该PWM工作周期控制器侦测该霍尔讯号的差动电压 降低至小于一参考值时，即令该外部控制讯号于该差动电压由该参考值降低至零的 期间由高准位递减至低准位，并于该差动电压由零上升至该参考值的期间，令该外 部控制讯号由低准位递增至高准位。其中，该霍尔元件是一霍尔集成电路，该霍尔讯号是一数字讯号，且该外部控 制讯号是由一PWM工作周期控制器产生。如前述，在步骤(A)中，i^PWM工作周期控制器根据霍尔讯号的前一波形的计 数值，设定一接近该计数值的参考值，并于计数霍尔讯号的目前波形至该参考值时， 令该外部控制讯号于由该预定值计数至目前波形准位转换前的期间，由高准位递减 至低准位，并于霍尔讯号准位转换后，令该外部控制讯号由低准位递增至高准位。再者，本发明实现上述方法的直流 1冯达的控制装置，其中该马达具有一绕 设线圈的定子及一环绕定子旋转的转子，该控制装置包括一霍尔元件、一PWM工作 周期控制器、 一驱动单元及一开关电路。该霍尔元件侦测该转子的磁极位置并对应 产生一霍尔讯号。效WM工作周期控制器接受该霍尔讯号及一外部控制讯号，并于 侦测该霍尔讯号即将准位转换时，令该外部控制讯号的准位对应该霍尔讯号准位变 化而递增或递减。该驱动单元根据该外部控制讯号产生一PWM讯号，并于该外部控制讯号的准位递增时，使输出的PWM讯号的工作周期由零递增至一预定工作周肌 并于该外部控制讯号的准位递减时，使输出的PWM讯号由该预定工作周期递减至 零，同时根据驶WM讯号及该霍尔讯号产生一驱动讯号。该开关电路受该驱动讯号控制，切换输出至该定子线圈的电流相位，以驱使马达转子转动。借此，消除开关 电路的输出电流突波。其中，该直流无刷马达是单相或双相直流无刷马达时，该驱动单元包括一PWM产生器及一驱动器，i效WM产生器根据该外部控制讯号产生该PWM讯号，并于该 外部控制讯号的准位递增时，使输出的PWM讯号的工作周期由零递增至一预定工作 周期，并于该外部控制讯号的准位递减时，使输出的PWM讯号由该预定工作周期递 减至零；该驱动器根据i^PWM讯号及该霍尔讯号产生该驱动讯号。其中该直流无刷马达是三相直流无刷马达时，该驱动单元是一PWM产生器。如前述，控制装置还包括一比较器，且该霍尔元件是一霍尔繊螺，该霍尔讯 号是一差动模拟讯号，其经由该比较器转成一数字讯号后输入该驱动单元。如前述，当i效WM工作周期控制器侦测该霍尔讯号的差动电压斷氏至小于一参 考{直时，即令该外部控制讯号于该差动电压由该参考《直降低至零的期间，由高准位 递7咸至低准位，并令该外部控制讯号于该差动电压由零上升至该参考f直的期间，由 低准位递增至高准位。其中，该霍尔元件是一霍尔集成电路，该霍尔讯号是一数字讯号，且i^PWM 工作周期控制器,霍尔讯号的前一波形的计数值，设定一接近该计数值的参考值， 并于计数霍尔讯号的目前波形至该参考值时，令该外部控制讯号于由该预定值计数 至目前波形准位转换前的期间，由高准位递减至低准位，并于霍尔讯号准位转换后， 令该外部控制讯号由低准位递增至高准位。本发明借由侦测霍尔讯号的准位转换期间，对应调整外部控制讯号的电压准 位，使对应调，WM讯号的脉波宽度相对递增或递减，让驱动器根据PWM讯号控 制开关电路而产生的输出电流不致因驱动器瞬间切换PWM讯号而产生突波，进而降 低马达因电流突波而产生的机械共振及噪音。
下面结合附图及实施例对本发明直流预i冯达的控制方法及装置的一较佳实施 例进行详细说明图1是以往直流无刷马达的构造示意图。 图2是以往一种直流预l冯达的控制装置的电路方块图。 節是節的控制装置的输出讯号波形示意图。图4是本发明直流无刷马达的控制装置的第一较佳实施例的电路方块图，说明单 相直流无刷马达的控制方式。图5是图4的控制装置的输出讯号波形示意图。 图6是图5的第一PWM讯号的局部放大图。图7是本发明直流预U马达的控帝嘰置的第二较佳实施例的电路方块图，说明单 相直流 1冯达的另一种控制方式。图8是本发明直流预l冯达的控制装置的第三较佳实施例的电路方块图，说明双 相直流无刷马达的控制方式。图9是本发明直流Ml冯达的控制體的第四较佳实施例的电路方块图，说明三 相直流预l冯达的控制方式。图IO是第四实施例的控制装置的输出讯号波形示意图。
具体实施方式
有关本发明的前述及其它技术内容、特点与功效，在以下配合参考图式的四个 较4圭实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。参阅图l、图4及郞所示，是本发明直流无刷马达的控制装置的第一较佳实施 例，该直流 1冯达是一斜目直流预吗达，其构造如图l所示，包括一绕设有线圈 绕乡且10的定子11及一环绕定子转动的四极转子12。本实施例的控制装置3包括一霍尔iipj器31、 一PWM工作周期控制器32、 一驱 动单^30及一开关电路35。其中，驱动单形0还包括一PWM产生器33及一驱动器34， 而开关电路35是一由四颗晶体管组成的H-bridge(H型桥式)电路。霍尔感测器31邻近马达转子12设置，以，i冯达转子12的磁极位置并对应产生如图5所示的霍尔讯号SHA(是一模拟差动讯号VHP及VHN)，该霍尔讯号SHA经由一比较器36转成一数字讯号SHD并输入驱动器34。PWM工作周期控制器32，接收一如图5所示的外部控制讯号Sc及霍尔讯号SHA， 外部控制讯号Sc是一直流电压讯号，其用以控制PWM产生器33，并借由改变其电压 准位调效WM产生器33输出的PWM讯号的脉波宽衝即工作周勒，例如电压准位5V 时，PWM讯号的工作周期为50。/。，电压准位2.5V时，PWM讯号的工作周期为25。/。。而在本实施例中，为了消除开关电路35的输出电淑out突波，PWM工作周期控 制器32设定--参考傲即参考电压)Vref，并侦测霍尔讯号SHA的差动电压Vo(绝对銜是否降低至小于参考值Vref，若是，即令外部控制讯号Sc于该差动电压VD由参考值 Vre脾低至戮零魏点)的期间T,，由高准位(例如5V)递减至低准位(例如0V)，并于 该差动电压Vo(绝对值)由:f(零交越点)上升至参考值Vre啲期间T2，令外部控制讯号 Sc由低准位(0V)递增至高准位(5V)，而输出如图5所示的一经过边缘调整的夕卜部控制 讯号Sc'给PWM产生器33。因此，当PWM产生器33收至拼部控制讯号Sc'，其根据外部控制讯号Sc，的电压 准位调变输出的PWM讯号的脉波宽度(工作周期)，而产生如图5所示的PWM讯号 SpwM'并输入驱动器34中。PWM讯号SpwM'对应外部控制讯号Sc'的高准位波形产生 一致的脉波宽鬼例如50%)，《蹄应外部控制讯号Sc'的递增边缘及递减边缘部分，则 根据电压递增或递减，调整脉波宽度，使脉波宽度对应渐舰渐增。驱动器34根据PWM讯号SpwM以及霍尔讯号SHD所对应的转子12磁极位置，交替 输出第一PWM讯号SpwM,'及第二PWM讯号SpwM2'轮流控制开关电路35 。因此，开关电路35受第一PWM讯号SpwMr及第二PWM讯号SpwM2，交替控制而输 出电流Iout时，由于第一PWM讯号SpwMr及第二PWM讯号SpwM2'PWM之间进行切换 时，并非瞬间切换，而是如图6所示，令第一PWM讯号SpwMr的脉波宽度由预定工作 周期(50M)逐^I减至零后，第二PWM讯号SpwM2'的脉波宽度再逐渐递增至预定工作 周期(50%)，因此，使开关电路35不会因为PWM讯号瞬间切换而在输出电流U上产 生瞬间突波，因而消除了输出电流突波。再参见图7所示，是本发明直流无刷马达的控制装置的第二较佳实施例，其与 第一实施例惟一不同处在于，本实施例是以一霍尔集成电斷即霍尔IC)31'取代第一 实施例的霍尔翻機31 ，且因为霍尔IC31 '会对应翻倒的转子磁极位置直接输出如 图5所示的一数字讯号SHD。因此，本实施例不需要第一实施例的比较器36。但是，由于霍尔IC31'的输出为数字讯号SHD而一Ni拟讯号，因此，在本实施例中，为了得知霍尔讯号SHD的准位转换点以对应调整外部控制讯号的准位，而消除输出电^Iout的突波，在本实施例中，P画周期控制器32，使用一计数器来计数霍尔讯 号Shd的周期，以获得高准位波形(N)及低准位波銜S)的计数值，并根据前一波形的 计数值Cp来推算下一波 树即目前波形)，并设定一参考值Cw且该参考值Cjf近但 小于该计数值Cp。因此，当PWM周期控制器32计数目前波形的计数值至哒参考值CJ寸，贝U由该 参考值Qrf计数至目前波形准位转换前的期间T,，令外部控制讯号Sc:由高准位递减至低准位，并于霍尔讯号SHD准位转换后，令外部控制讯号Sc由低准位递增至高准位，而输出如图5所示的经过边缘调整的外部控制讯号Sc'给PWM产生器33。因此，如同第一实施例，PWM产生器33即根据外部控制讯号Sc，的电压准位调变脉波宽度，而产生如图5所示的PWM讯号SpwM。再参见图8所示，是本发明直流 1冯达的控制装置的第三较佳实施例，本实施例是用以控制双相直流鄉l冯达，且由于双相直流无刷马达的定子有两个线圈绕组要分别控制，因此，本实施例主要是控制马达定子线圈10，的开关电路35，与第二实施例不同。另参见图9所示，是本发明直流预i冯达的控制装置的第四较佳实施例，本实 施例是用以控制三相直流无刷马达，与前述实施例不同的是，由于三相直流无刷马 达的定子有三个线圈绕亂u、 Lv、 Lw要分另啦制，所以本实施例需要j顿三个霍尔 感测IC 31'来分别翻l冯达转子的磁极位置，且三相直流预l冯达一般是采用两相调 变法来控制，亦即某一瞬间只控制定子三相线圈中的两相导通，并使另一相维持浮 接状态，所以本实施例的开关賊各35"具有三个并联的桥臂，每一桥臂具有两个开关 元件，即上臂元ftQl、 Q3、 Q5及下臂元ftQ2、 Q4、 Q6。因此，如图10所示，三个 霍尔繊ljIC31'分别产生繊lj讯号Hu、 Hv、 Hw，并输出舒WM工作周期控制器32' 及—驱动单^30，且本实施例的驱动单^30是一PWM产生器。如前述第一实施例的工 作原理，P窗工作周期控制器32'根据繊lj讯号Hu、 Hv、 Hw及外部控制讯号S, S6， 产生一经过边缘调整的外部控制讯号S，' S6'给驱动单元(PWM产生器)30,使驱动单 元(PWM产生器)30根据感测讯号Hu、 Hv、 Hw及外部控制讯号S,' S6'产生边缘脉波 宽度递增或递减的PWM讯号SpwM广SpwM2输出，以控制开关电路35"的各开关元件 Ql"56动作而驱使马达转子转动，并且让开关电路35"不会因为PWM讯号瞬间切换 而在输出电流上产生瞬间突波，因而消除了使马达产生噪音的输出电流突波。由上述说明可知，本发明借由侦测霍尔讯号的准位转换期间，对应调整外部控 制i刊号Sc的电压准位，使对应调变PWM讯号的脉波宽度相对递增或递减，使驱动 器34根据PWM讯号控库岍关电路35而产生的输出电流U不致因驱动器34瞬间 切换PWM讯号而产生突波，进而斷氏马达因电流突波而产生的机械共振及噪音。
权利要求
1. 一种直流无刷马达的控制方法，该马达具有一绕设线圈的定子及一环绕定子旋转的转子，该控制方法使用一霍尔元件侦测该转子的磁极位置以对应产生一霍尔讯号，使用一驱动单元根据一外部控制讯号产生一PWM讯号，并根据该PWM讯号及该霍尔讯号控制一开关电路，使切换输出至定子线圈的电流相位，而驱使转子转动，其特征在于该控制方法包括(A)当侦测该霍尔讯号即将准位转换时，令该外部控制讯号的准位对应该霍尔讯号准位变化而递增或递减；(B)当该外部控制讯号的准位递增时，令该驱动单元产生的PWM讯号的工作周期由零递增至一预定工作周期；及(C)当该外部控制讯号的准位递减时，令该驱动单元产生的PWM讯号由该预定工作周期递减至零。
2、 如权利要求i戶，直流^lj马达的控制方法，其特征在于该霍尔元件是一霍尔Si機，该霍尔讯号是一差动模拟讯号，其经由一比较器转成一数字讯号后输入该驱动单元，且该外部控制讯号是由一PWM工作周期控制器产生。
3、 如权利要^2所述直流无刷马达的控制方法，其特征在于:在步骤(A)中，当i效WM 工作周期控制器侦测该霍尔讯号的差动电压降低至小于一参考值时，即令该外部 控制讯号于该差动电压由该参考值降低至零的期间由高准位递减至低准位，并于 该差动电压由零上升至该参考值的期间，令该外部控制讯号由低准位递增至高准 位。
4、 如权禾U要求1戶腿直流预I冯达的控制方法，其特征在于该霍尔元件是一霍尔集成电路，该霍尔讯号是一数字讯号，且该外部控制讯号是由一PWM工作周期控制器产生。
5、 如权禾腰求4所述直流预l冯达的控制方法，其特征在于在步戰A)中，敬窗工作周期控制器根据霍尔讯号的前一波形的计数值，设定一接近该计数值的参考值，并于计数霍尔讯号的目前波形至该参考值时，令i鈔卜部控制讯号于由该预定 值计数至目前波形准位转换前的期间，由高准位递减至低准位，并于霍尔讯号准 位转换后，令该外部控制讯号由低准位递增至高准位。
6、 一种直流 1冯达的控制装置，该马达具有一绕设线圈的定子及一环绕定子旋转的转子，其特征在于该控制装置包括 -霍尔元件，侦测该转子的磁+及位置并对应产生一霍尔讯号；一PWM工作周期J空制器，接受该霍尔讯号及一外部控制讯号，并于侦测该 霍尔讯号即将准位转换时，令激卜部控制讯号的准位对应该霍尔讯号准位变化而 递增或递减；一驱动单元，根据该外部控制讯号产生一PWM讯号，并于该外部控制讯号 的准位递增时，使输出的PWM讯号的工作周期由零递增至一预定工作周肌并 于该外部控制讯号的准位递减时，使输出的PWM讯号由该预定工作周期递减至 零，同时根据欲WM讯号及该霍尔讯号产生一驱动讯号；及一开关电路，受该驱动讯号控制，切换输出至该定子线圈的电流相位，以驱 使马达转子转动。
7、 如权禾腰求6所述直流预l冯达的控制装置，其特征在于该直流预l冯达是单 相或双相直流预l冯达，且该驱动单元包括一PWM产生器及一驱动器，驶WM 产生器根据该外部控制讯号产生弥WM讯号，并于该外部控制讯号的准位递增 时，使输出的PWM讯号的工作周期由零递增至--预定工作周肌并于该外部控 制讯号的准位递减时，使输出的PWM讯号由该预定工作周期递减至零；该驱动 器根据i效WM讯号及该霍尔讯号产生该驱动讯号。
8、 如权禾腰求6所述直流预i冯达的控制装置，其特征在于该直流 1冯达是三 相直流无刷马达，且该驱动单元是一PWM产生器。
9、 如权禾腰求7或8所述直流预i冯达的控制錢，其特征在于该控制装置还包括 一比较器，且该霍尔元件是一霍尔感测器，该霍尔讯号是一差动模拟讯号，其经 由该比较器转成一数字讯号后输入该驱动单元。
10、 如权利要求9所述直流预l冯达的控制錢，其特征在于当弥WM工作周期 控制器侦测该霍尔讯号的差动电压斷氐至小于-一参考值时，即令该外部控制讯号 于该差动电压由该参考值降低至零的期间，由高准位递减至低准位，并令该外部 控制讯号于该差动电压由零上升至该参考值的期间，由低准位递增至高准位。
11、 如权禾腰求7或8所述直流鄉i冯达的控制装置，其特征在于该霍尔元件是一 霍尔集成电路，该霍尔讯号是一数字讯号，且i^PWM工作周期控制器根据霍尔 讯号的前一波形的计数值，设定一接近该计数值的参考值，并于计数霍尔讯号的 目前波形至该参考值时，令该外部控制讯号于由该预定值计数至目前波形准位转 换前的期间，由高准位递减至低准位，并于霍尔讯号准位转换后，令该外部控制讯号由低准位递增至高准位。
全文摘要
本发明公开了一种直流无刷马达的控制方法，其以一霍尔元件侦测马达转子的磁极位置并对应产生一霍尔讯号，以一驱动单元根据一外部控制讯号产生一PWM讯号，并根据该PWM讯号及霍尔讯号控制一开关电路，使切换输出至马达定子线圈的电流相位，以驱使转子转动，并于侦测该霍尔讯号即将准位转换时，令该外部控制讯号的准位对应该霍尔讯号准位变化而递增或递减，以对应控制该PWM讯号的工作周期由零递增至一预定工作周期，或由该预定工作周期递减至零；借此，消除马达切换时产生的电流突波及噪音。
文档编号H02P6/10GK101232266SQ20071000037
公开日2008年7月30日 申请日期2007年1月22日 优先权日2007年1月22日
发明者林招庆 申请人:陞达科技股份有限公司