专利名称：马达控制装置及其控制器的制作方法
技术领域：
本发明关于一种可避免控制马达的相位切换的两组开关组件同时导通而造成马 达内部电路零件损坏的情形发生的马达控制装置及其控制器。
背景技术：
请参考图1所示，其公开了一种现有的马达控制装置，该马达控制装置主要由霍 尔组件11、驱动电路12(例如为全桥驱动电路)所组成。其中该霍尔组件11用以感测马达 运行时的磁极相位切换以取得相位感测信号，并且依据相位感测信号而产生两组驱动信号 (S1、S2)以分别输出给驱动电路12的四个开关(SW1-SW4)(例如为晶体管)，其中将驱动信 号Sl输出给开关(SWl)及开关(SW4)，驱动信号(S2)则被输出给开关(SW2)及开关(SW3)， 俾通过两组驱动信号(S1、S2)以分别控制而轮流开启或关闭开关(SW1、SW4)或开关(SW2、 SW4)，而使得马达的线圈20流经的电流方向交替，而驱动马达运行；配合图2所示，上述通过两组驱动信号(S1、S2)控制马达运行的方式，虽然马达可 因此达到持续运行的目的，然而该两组驱动信号(S1、S2)在状态转换(ON(导通)一OFF(关 闭)或OFF —ON)的同时，也有可能导致两组驱动信号(S1、S2)同时导通(ON)四个开关 (SW1-SW4)，使得电源的电流(I)可从开关(SWl)、开关(SW3)流至接地端或从开关(SW2)、 开关(SW4)流至接地端，且由于并未通过马达的线圈20(负载)而导致电流(I)通过的阻抗 值降低，因此，在电源的电压(Vcc)固定及电流(I)通过的阻抗值下降的条件下，将使得通 过开关(SW1、SW3)或开关(SW2、SW4)的电流(I)变得很大(V(电压)=I (电流)XR(电 阻))，而造成开关(SW1-SW4)的烧毁而损坏，并且造成马达异常状态的发生。
发明内容
因此，为解决上述问题，本发明的目的是提供一种马达控制装置，其电连接马达。 该马达控制装置主要包括控制器及驱动电路。该控制器具有预设时间，并用以产生第一驱 动信号及第二驱动信号输出；该驱动电路包括第一开关组件及第二开关组件，该第一开关 组件及第二开关组件分别接收第一驱动信号及第二驱动信号，并依据第一驱动信号及第二 驱动信号轮流开启或关闭，以驱动马达运行；其中控制器在第二驱动信号导通第二开关组 件的预设时间前，提早断开第一开关组件，且在第一驱动信号导通第一开关组件的预设时 间前，提早断开第二开关组件，进而使该第一开关组件及该第二开关组件不会同时开启，使 电源电流可以顺利通过该马达的线圈(负载)，而不至于烧坏该些开关组件。本发明的另一目的在于提供一种控制器，电性连接马达控制装置的驱动电路，驱 动电路再电性连接马达，其中控制器包括感测单元及信号控制单元，该感测单元感测马达 运行时的磁极相位切换以产生相位感测信号并输出至信号控制单元，而该信号控制单元接 收该相位感测信号，并依据该相位感测信号产生该第一驱动信号及该第二驱动信号以分别 输出至驱动电路的第一开关组件及第二开关组件，以轮流开启或关闭驱动电路的第一开关 组件及第二开关组件，而使得马达的线圈流经的电流方向交替，以驱动马达运行，据此，本发明的控制器内设计有相位感测单元(例如是霍尔感测组件)，且也仅使用两个输出管脚 就能达到控制驱动电路的效果，因而可简化电路的复杂度及降低成本。为让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举优选实施 例，并配合附图，作详细说明如下。
图1为现有的马达控制装置的电路示意图。图2为图1的马达控制装置的驱动信号的波形示意图。图3为依据本发明第一实施例的马达控制装置的电路框图。图4为依据本发明第一实施例的马达控制装置的电路示意图。图5为依据本发明第一实施例的马达控制装置的另一电路示意图。图6为依据本发明第一实施例的马达控制装置的第一驱动信号与第二驱动信号 的波形示意图。图7为依据本发明第二实施例的马达控制装置的电路框图。图8为依据本发明第二实施例的马达控制装置在马达发生异常时的处理流程图。图9为依据本发明第二实施例的马达控制装置的相位感测信号(Sp)与异常信号 (RD)的波形示意图。主要组件符号说明
11霍尔组件
12驱动电路
20线圈
3马达控制装置
31整流电路
32降压电路
33控制器
331感测单元
332信号控制单元
333异常检测单元
34驱动电路
4电源
5马达
6系统
S801-S803 步骤
具体实施例方式请参照图3及图4，本发明第一实施例的马达控制装置3分别电性连接交流(AC) 电源4及马达5，主要包括整流电路31、降压电路32、控制器33及驱动电路34。整流电路31例如是桥式整流电路，其输入端电性连接交流电源4，输出端则分别 电性连接降压电路32及驱动电路34(或马达5)，该整流电路31主要用以将交流电源的交流电压转换成电压较高的直流(DC)电压(VH)，并且分别输出至降压电路32及驱动电路 34 (或马达5)。降压电路32分别电性连接整流电路31的输出端及控制器33，且由于控制器33仅 需电压较小的直流电压驱动，因此通过降压电路32降低上述电压较高的直流电压(VH)，并 且输出该降压后(较小)的直流电压(VL)给控制器33，以提供该控制器33动作所需的电 能；上述降压电路32包括电阻(Rl)、齐纳二极管(ZDl)及电容(Cl)。控制器33例如是马达驱动IC，在本实施例中该控制器33至少具有四个管脚，其中 第一管脚(Outl)与第二管脚(0ut2)分别电性连接驱动电路34的第一开关组件(Ql)及第 二开关组件(Q2)，以分别输出第一驱动信号(Si)及第二驱动信号(S2)至该第一开关组件 (Ql)及第二开关组件(Q2)；第三管脚(Vin)电性连接降压电路32的输出端，以接收经降压 电路32降压后输出的直流电压(VL)；而第四管脚(Gnd)电性连接接地端。该控制器33主 要包括感测单元331及信号控制单元332 ；该感测单元331例如是霍尔感测组件，用以感测 马达5运行时的磁极的相位切换以产生相位感测信号Sp ；该信号控制单元332具有预设时 间(例如6-8 μ s)，且信号控制单元332接收相位感测信号Sp,并依据相位感测信号Sp产 生第一驱动信号(Si)及第二驱动信号(S2)并输出至驱动电路34，其中第一驱动信号(Si) 及该第二驱动信号(S2)都是具有高电位及低电位交替的脉冲宽度调制信号，且第一驱动 信号(Si)及第二驱动信号(S2)不会同时为高电位。驱动电路34例如是全桥电路，其至少包括下桥的第一开关组件(Ql)、第二开关组 件(Q2)及上桥的第三开关组件(Q3)、第四开关组件(Q4)，这些开关组件电连接于马达5的 线圈(L)与控制器33之间，其中上桥的第三开关组件(Q3)、第四开关组件(Q4)例如是双 极接面晶体管(Bipolar Junction Transistor, BJT)，而下桥的第一开关组件(Ql)、该第 二开关组件(Q2)则例如是金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor，M0SFET)。其中驱动电路34内的组件的电性连接关系为上桥的第三开关组件(Q3)、第四 开关组件(Q4)的集电极(C)分别电性连接于马达5的线圈(L)的两端，该第三开关组件 (Q3)、第四开关组件(Q4)的发射极(E)分别电性连接于整流电路31的输出端，该第三开关 组件(Q3)的基极⑶电性连接于电容(C2)的第二端、电阻(R2)的第二端及电阻(R3)的 第一端，而电容(C2)的第一端及电阻(R2)的第一端则电性连接整流电路31的输出端，电 阻(R3)的第二端则电性连接二极管(Dl)的阳极，而二极管(Dl)的阴极则电性连接第四 开关组件(Q4)的集电极(C)；该第四开关组件(Q4)的基极⑶电性连接于电容(C3)的第 二端、电阻(R4)的第二端及电阻(R5)的第一端，而电容(C3)的第一端及电阻(R4)的第一 端则电性连接整流电路31的输出端，电阻(R5)的第二端则电性连接二极管(D2)的阳极， 而二极管(D2)的阴极则电性连接第三开关组件(Q3)的集电极(C) ； 二极管(D3)及二极管 (D4)的阴极分别电性连接于整流电路31的输出端，而二极管(D3)及二极管(D4)的阳极则 分别电性连接于线圈(L)的两端。下桥的第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)的漏极(D)分别电性连接于马达5 的线圈(L)的两端及分别电性连接该上桥的第三开关组件(Q3)、第四开关组件(Q4)的集电 极(C)，第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)的栅极(G)分别电性连接于控制器33 (驱 动IC)的第一管脚及第二管脚，第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)的源极(S)电性连接于接地端。如图5所示，该驱动电路34也可以例如是半桥电路，其至少包括第一开关组件 (Ql)、第二开关组件(Q2)，这些开关组件电连接于马达5的线圈(L1、L2)与控制器33之 间，其中第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)可以为金属氧化物半导体场效应晶体管 (Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor, MOSFET) 其中驱动电路 34 内 的组件的电性连接关系为第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)的漏极(D)分别电性连 接于马达5的线圈(Li)及线圈(L2)的第二端，线圈(Li)及线圈(L2)的第一端则电性连 接整流电路31的输出端；第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2)的栅极(G)分别电性连 接于控制器33 (驱动IC)的第一管脚及第二管脚，第一开关组件(Ql)、第二开关组件(Q2) 的源极(S)电性连接于接地端。再参考图4，本发明的马达控制装置3的动作原理如下该控制器33的感测单 元331感测马达5运行时的磁极的相位切换以产生相位感测信号Sp，该信号控制单元332 接收相位感测信号Sp，并依据相位感测信号Sp产生第一驱动信号(Si)及第二驱动信号 (S2)，并分别输出至驱动电路34的第一开关组件(Ql)及第二开关组件(Q2)，其中当第一驱 动信号(Si)的高电位(此时第二驱动信号(S2)为低电位)通过第一开关组件(Ql)时，就 导通第一开关组件(Ql)，并且也导通了第四开关组件(Q4)，使得电源的电流(I)可由第四 开关组件(Q4)流经马达5的线圈(L)、第一开关组件(Ql)之后到达接地端，配合图6所示， 当第二驱动信号(S2)准备由低电位转换为高电位的预设时间(T)(例如是6-8 μ s)之前， 该信号控制单元332先使第一驱动信号Sl由高电位转换为低电位，以提前断开第一开关组 件(Q1)，而当第二驱动信号(S2)已由低电位转换为高电位，并通过第二开关组件(Q2)时， 即导通第二开关组件(Q2)及第三开关组件(Q3)，使得电源的电流(I)可由第三开关组件 (Q3)流经马达5的线圈(L)、第二开关组件(Q2)之后到达接地端，再当第一驱动信号(Si) 准备由低电位转换为高电位的预设时间(T)之前，该信号控制单元332先使第二驱动信号 (S2)由高电位转换为低电位，以提前断开第二开关组件(Q2)，而当第一驱动信号(Si)已由 低电位转换为高电位，并通过第一开关组件(Ql)时，即导通第一开关组件(Q1)，俾通过第 一驱动信号(Si)及第二驱动信号(S2)而轮流开启或关闭第一开关组件(Ql)及第二开关 组件(Q2)，而使得马达5的线圈(L)流经的电流方向交替，进而驱动马达5运行。利用上述 方式，就可以在下一个开关组件导通前，提前断开上一个开关组件，使两个开关组件不会同 时导通，且使电源电流⑴可以顺利通过该马达5的线圈(L)(负载)，而不至于因为两个开 关组件同时导通而形成短路回路，进而烧坏这些开关组件。再者，本发明的马达控制装置的驱动IC内设计有相位感测单元(霍尔感测组件)， 且也仅使用两个输出管脚就能达到控制全桥驱动电路的四个开关组件，因而可简化电路的 复杂度及降低成本。请参考图7，与第一实施例所不同的是，本发明第二实施例的马达控制装置3进一 步包括异常检测单元333，其建立于控制器33内，而控制器33可以进一步包括有第五管脚 (F00)(图中未示出)或第六管脚(R00)(图中未示出)或同时具有第五管脚、第六管脚，且 第五管脚及第六管脚可以电性连接到外部的系统6，其中第五管脚用以回馈马达5的相位 感测信号(Sp)至外部的系统6，以让系统6可以得知马达5的目前转速，而第六管脚则用以 提供警示效果；且配合图8所示，上述的异常检测单元333接收并依据感测单元331感测马达5所产生的相位感测信号(Sp)(如图9的(a))来判定马达5是处于正常状态或异常状 态(S801)，如果马达5处于正常运行状态(S802)，则相位感测信号(Sp)则为高低电位交替 变化的脉冲宽度调制信号，如果马达5处于异常状态，则相位感测信号(Sp)则为高电位或 低电位的连续信号(图9中显示为高电位，高低电位仅表示马达5的切换相位，当相位感测 信号(Sp)为高电位或低电位的连续信号时，则表示马达5的磁极并未进行换相的动作，即 马达5异常)，其中当异常检测单元333判断马达5异常时，该异常检测单元333会输出由 原先低电位转换为高电位的异常信号(RD)(如图9的(b))，并通过控制器33的第六管脚 (ROO)将该异常信号(RD)输出至外部的系统6(S803)，以让系统6可以得知马达5目前处 于异常状态。 以上所述仅为示例，而并非为了限制。任何未脱离本发明的精神与范围而对其进 行的等效的修改或变更，均应包含于所附的权利要求中。
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权利要求
一种马达控制装置，电性连接马达，所述马达控制装置包括控制器，具有预设时间，所述控制器用以感测所述马达运行时的磁极相位切换以产生相位感测信号，且依据所述相位感测信号以产生第一驱动信号及第二驱动信号并输出；以及驱动电路，分别电连接所述马达及所述控制器，所述驱动电路包括第一开关组件及第二开关组件，所述第一开关组件及所述第二开关组件分别接收所述第一驱动信号及所述第二驱动信号，且所述第一开关组件及所述第二开关组件分别依据所述第一驱动信号及所述第二驱动信号轮流开启或关闭，而使得所述马达的线圈流经的电流方向交替，以驱动所述马达运行；其中所述控制器在所述第二驱动信号导通所述第二开关组件的所述预设时间前，关闭所述第一开关组件，且在所述第一驱动信号导通所述第一开关组件的所述预设时间前，关闭所述第二开关组件。
2.如权利要求1所述的马达控制装置，进一步包括整流电路，电性连接所述驱动电路及外部的交流电源，用以将所述交流电源的交流电 压转换成直流电压并输出；以及降压电路，电性连接所述整流电路及所述控制器，用以降低经所述整流电路输出的直 流电压，并且输出所述降压后的直流电压给所述控制器。
3.如权利要求1或2所述的马达控制装置，其中，所述控制器包括感测单元，用以感测所述马达运行时的磁极相位切换以产生所述相位感测信号；以及信号控制单元，具有所述预设时间，所述信号控制单元接收所述相位感测信号，并依据 所述相位感测信号以产生所述第一驱动信号及所述第二驱动信号并输出。
4.如权利要求3所述的马达控制装置，其中，所述控制器进一步包括异常检测单元，所 述异常检测单元依据所述感测单元感测所述马达所产生的所述相位感测信号来判定所述 马达是处于正常状态或异常状态，当所述相位感测信号为高低电位交替变化的脉冲宽度调 制信号时，所述异常检测单元判断所述马达处于正常状态，而当所述相位感测信号为高电 位或低电位的连续信号时，所述异常检测单元判断所述马达处于异常状态。
5.如权利要求4所述的马达控制装置，其中，当所述异常检测单元判断所述马达处于 异常状态时输出连续的高电位或低电位的异常信号至系统，以让所述系统得知所述马达目 前处于异常状态。
6.如权利要求1所述的马达控制装置，其中，所述驱动电路为全桥电路，其包括下桥的 所述第一开关组件、所述第二开关组件及上桥的第三开关组件、第四开关组件，这些开关组 件电连接于所述马达的所述线圈与所述控制器之间，所述上桥的所述第三开关组件、所述 第四开关组件为双极接面晶体管，所述下桥的所述第一开关组件、所述第二开关组件为金 属氧化物半导体场效应晶体管，而所述上桥的两个双极接面晶体管的集电极电性连接于所 述线圈，而所述两个双极接面晶体管的基极及发射极电连接于整流电路，所述下桥的两个 金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极电性连接于所述线圈的两端及分别电性连接所述 上桥的双极接面晶体管的基极，所述两个金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接 于所述控制器，所述两个金属氧化物半导体场效应晶体管的源极电性连接于接地端。
7.如权利要求1所述的马达控制装置，其中，所述驱动电路为半桥电路，其包括所述第一开关组件及所述第二开关组件，这些开关组件分别电性连接于所述马达的第一线圈、第 二线圈与所述控制器之间，所述第一开关组件及所述第二开关组件为金属氧化物半导体场 效应晶体管，且所述两个金属氧化物半导体场效应晶体管的漏极分别电性连接于所述第一 线圈及所述第二线圈，所述两个金属氧化物半导体场效应晶体管的栅极电性连接于所述控 制器，所述两个金属氧化物半导体场效应晶体管的源极电性连接于接地端。
8.如权利要求1所述的马达控制装置，其中，所述第一驱动信号及所述第二驱动信号 都为具有高电位及低电位交替的脉冲宽度调制信号，且所述第一驱动信号及所述第二驱动 信号不会同时为高电位，其中当所述第一驱动信号的高电位通过所述第一开关组件时，即 导通所述第一开关组件，所述第一驱动信号的低电位通过所述第一开关组件时，即关闭第 一开关组件，而所述第二驱动信号的高电位通过所述第二开关组件时，即导通所述第二开 关组件，所述第二驱动信号的低电位通过所述第二开关组件时，即关闭第二开关组件。
9.如权利要求8所述的马达控制装置，其中，所述控制器在所述第二驱动信号为高电 位而导通第二开关组件的所述预设时间前，使所述第一驱动信号由高电位转换为低电位， 以提前关闭所述第一开关组件，且所述控制器在所述第一驱动信号为高电位而导通第一开 关组件的所述预设时间前，使所述第二驱动信号由高电位转换为低电位，以提前关闭所述 第二开关组件。
10.一种控制器，电性连接马达控制装置的驱动电路，而所述驱动电路电性连接马达， 所述控制器包括感测单元，用以感测所述马达运行时的磁极相位切换以产生所述相位感测信号；以及信号控制单元，具有预设时间，所述信号控制单元接收所述相位感测信号，并依据所述 相位感测信号以产生所述第一驱动信号及所述第二驱动信号并输出至所述驱动电路；其中所述驱动电路的第一开关组件及第二开关组件分别依据接收的所述第一驱动信 号及所述第二驱动信号而轮流开启或关闭，而使得所述马达的线圈流经的电流方向交替， 以驱动所述马达运行；且所述信号控制单元在所述第二驱动信号导通所述第二开关组件的 所述预设时间前，关闭所述第一开关组件，及在所述第一驱动信号导通所述第一开关组件 的所述预设时间前，关闭所述第二开关组件。
11.如权利要求10所述的控制器，其中，所述感测单元为霍尔感测组件，所述控制器为 驱动IC。
12.如权利要求10所述的控制器，其中，所述驱动IC包括第一管脚、第二管脚、第三管 脚及第四管脚，所述第一管脚及所述第二管脚分别用以输出所述第一驱动信号及所述第二 驱动信号，所述第三管脚电性连接电源，所述第四管脚电性连接地端。
13.如权利要求12所述的控制器，其中，所述驱动IC进一步包括第五管脚及第六管脚， 都电性连接系统，所述第五管脚用以回馈所述马达的转速至所述系统，所述第六管脚在所 述马达发生异常时输出高电位或低电位的连续信号至所述系统。
14.如权利要求10所述的控制器，其进一步包括异常检测单元，所述异常检测单元依 据所述感测单元感测所述马达所产生的所述相位感测信号来判定所述马达是处于正常状 态或异常状态，其中当所述相位感测信号为高低电位交替变化的脉冲宽度调整信号时，所 述异常检测单元判断所述马达处于正常状态，而当所述相位感测信号为高电位或低电位的 连续信号时，所述异常检测单元判断所述马达处于异常状态。
15.如权利要求14所述的控制器，其中，所述异常检测单元通过所述控制器的第六管 脚输出连续的高电位或低电位的异常信号至系统，以让所述系统得知所述马达目前处于异 常状态。
全文摘要
一种马达控制装置，电性连接马达，主要包括控制器及驱动电路。该控制器具有预设时间，并用以产生第一驱动信号及第二驱动信号并输出；该驱动电路包括第一开关组件及第二开关组件，该第一开关组件及第二开关组件分别接收第一驱动信号及第二驱动信号，并依据第一驱动信号及第二驱动信号轮流开启或关闭，以驱动马达运行；其中控制器在第二驱动信号导通第二开关组件的预设时间前，关闭第一开关组件，且在第一驱动信号导通第一开关组件的预设时间前，关闭第二开关组件。
文档编号H02P6/16GK101873095SQ20091013771
公开日2010年10月27日 申请日期2009年4月27日 优先权日2009年4月27日
发明者李冠霆, 林侑良, 林明谚, 郭嘉文 申请人:台达电子工业股份有限公司