电机的驱动电路、驱动方法、电子设备与流程

本发明涉及电机驱动技术。

背景技术：

在光盘、hdd(硬盘驱动器)的主轴电机、oa设备、风扇电机等各种各样的用途中使用了无刷dc电机。无刷dc电机不具有电刷这样的电流转变机构，因此需要根据转子的位置切换供给线圈的电流的方向。相关无刷dc电机的驱动方式大致分为利用从霍尔元件或转子再编码器(re-encoder)得到的转子位置信息(霍尔信号)的方式，和不利用霍尔元件、基于线圈产生的逆电动势(感应电压)的过零点来推定转子位置的无传感器方式。

霍尔元件和fg附磁不仅在转子的旋转过程中，在其停止状态下也能得到位置信息。另一方面，在无传感器方式中，由于要利用相应于转子的旋转而产生的逆电动势，故在电机的停止状态或者低速旋转状态下无法准确地检测转子位置。基于该情况，在无传感器方式的驱动电路中要设置在其启动开始时检测转子位置(称作初始位置)的功能。

作为转子的初始位置的检测方式，提出有电感传感方式。以三相无刷电机为例，在启动开始前，在三相(u、v、w)中的2相间已转子不旋转的方式施加台阶状的电压，基于该状态下流过线圈的电流，检测转子的初始位置。图1是说明电感传感方式的转子的初始位置检测的波形图。例如对电机的u相端子与v相端子间施加正的台阶电压vp。测定此时流过的线圈电流iu达到预定的阈值电流+ip的时间τu+。然后在电机的u相端子与v相端子间施加负的台阶电压vn。测定此时流过的线圈电流iu达到预定的负的阈值电流-ip的时间τu-，计算出τu+与τu-的差分δτu。针对v相端子与w相端子间、w相端子与u相端子间也进行同样的测定，算出差分δτv、δτw。然后基于δτu、δτv、δτw确定转子的初始位置。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开平7-177788号公报

专利文献2：日本特开平6-113585号公报

专利文献3：日本特开2007-60899号公报

技术实现要素：

〔发明所要解决的课题〕

本发明人们针对电感传感方式进行研究后，认识到以下的课题。在进行图1所示的电感传感方式时，需要事先规定适当的参数(例如阈值电流±ip)。具体来说，需要一边细微地改变转子的初始位置、一边针对各初始位置改变参数，进行大量次数的启动试验，找出能得到最高启动成功率的参数，对驱动电路进行设定。这成为安装电机的电子设备的设计者的负担。另外，即使在出厂前使启动程序(sequence)所用的参数最优化了，随着电机的长时间变化，参数也可能变得不适当、出现启动失败。

此外，需要在图1中施加正的台阶电压vp后待机，直至线圈电流iu变成零，然后再施加负的台阶电压vn。以往，需要留有余量地使该待机时间足够长，从而启动时间变得较长。

本发明是鉴于这样的状况而研发的，其一个方案的例示性目的之一在于提供一种能自动取得电感传感方式中的最佳参数的驱动电路。

〔用于解决课题的手段〕

本发明的一个方案涉及无刷dc电机的驱动电路。驱动电路包括：生成各相的驱动信号的驱动信号生成电路；基于各相的驱动信号驱动无刷dc电机的驱动级；在无刷dc电机启动时通过电感传感方式检测转子的初始位置的初始位置检测电路；以及确定初始位置检测电路要使用的参数的参数自动生成电路。参数自动生成电路一边使阈值变化，一边在各阈值时测定第1时间和第2时间。第1时间是驱动级对无刷dc电机的1组端子间施加了第1极性的电压时、至线圈电流达到阈值的时间。第2时间是驱动级对1组端子间施加了第2极性的电压时、至线圈电流达到阈值的时间。然后，参数自动生成电路将第1时间与第2时间的差成为最大时的阈值保存为初始位置检测电路要使用的参数。

本发明的另一方案也是一种无刷dc电机的驱动电路。驱动电路包括：生成各相的驱动信号的驱动信号生成电路；基于各相的驱动信号驱动无刷dc电机的驱动级；在无刷dc电机启动时通过电感传感方式检测转子的初始位置的初始位置检测电路；以及确定初始位置检测电路要使用的参数的参数自动生成电路。参数自动生成电路一边使阈值变化，一边在各阈值时测定第1时间和第2时间。第1时间是驱动级对无刷dc电机的1组端子间施加了第1极性的电压时、至线圈电流达到阈值的时间。第2时间是驱动级对1组端子间施加了第2极性的电压时、至线圈电流达到阈值的时间。然后，将第1时间与第2时间的差超过预定值时的阈值保存为初始位置检测电路要使用的参数。

根据这些方案，能短时间地取得电感传感方式时初始位置检测所要使用的参数。另外，由于能在与实际使用相同的环境下确定参数，故能提高精度。

在一个方案中，参数自动生成电路可以使阈值从预定的最小值向最大值变化。此时，能使最终的阈值尽可能成为较小的值，故能降低启动时的消耗电流。

参数自动生成电路可以在初始位置检测电路检测转子的初始位置时，根据作为参数而保存的阈值确定从产生了第1极性的电压起至产生第2极性的电压的待机时间，将其作为初始位置检测电路要使用的参数来保存。

参数自动生成电路可以至少切换2次无刷dc电机的1组端子。无刷dc电机可以是三相的，参数自动生成电路可以使1组端子按u-v端子、v-w端子、w-u端子的三种进行切换。由此，能提高初始位置检测的精度。

一个方案的驱动电路可以被一体集成在一个半导体基板上。

所谓“一体集成”，包括电路的所有构成要素都形成在半导体基板上的情况，和电路的主要构成要素被集成一体的情况，也可以为电路常数的调节用而将一部分电阻或电容器等设置在半导体基板外部。通过将电路集成在一个芯片上，能削减电路面积，并使电路元件的特性保持均一。

本发明的另一方案涉及电子设备。电子设备可以包括无刷dc电机和驱动无刷dc电机的驱动电路。

另外，将以上构成要素的任意组合及本发明的构成要素或表现形式在方法、装置、系统等之间相互变换的方案，作为本发明的方案也是有效的。

发明效果

根据本发明的一个方案，能自动取得电感传感方式下的最佳参数。

附图说明

图1是说明电感传感方式的转子的初始位置检测的波形图。

图2是实施方式的驱动电路的电路图。

图3是表示参数自动生成电路的构成例的功能框图。

图4是实施方式的校准程序的流程图。

图5是校准程序中的电流波形图。

图6是变形例的校准程序的流程图。

图7的(a)、(b)是表示电子设备的例子的图。

具体实施方式

以下基于优选实施方式参照附图说明本发明。对各附图所示的相同或等同的构成要素、部件、处理标注相同的附图标记，并适当省略重复的说明。此外，实施方式只是例示，并非限定发明，并非实施方式所记载的所有特征及其组合都是发明的本质特征。

在本说明书中，所谓“部件a与部件b相连接的状态”，除部件a与部件b物理地直接连接的情况外，还包括部件a与部件b介由不对其电连接状态产生实质性影响的、或者不损害其结合所发挥的功能和效果的其它部件间接连接的情况。

同样地，所谓“部件c被设置在部件a与部件b之间的状态”，除部件a与部件c、或者部件b与部件c直接连接的情况外，还包括介由不对其电连接状态产生实质影响的、或者不损害其结合所发挥的功能和效果的其它部件间接连接的情况。

图2是实施方式的驱动电路100的电路图。驱动电路100对无刷dc电机(以下简称为电机)2进行无传感器驱动。在本实施方式中，电机2是三相电机，具有u相、v相、w相。电机2可以是内转子型，也可以是外转子型。此外，电机2的线圈可以星形连接，也可以三角形连接。驱动电路100包括驱动信号生成电路102、驱动级104、初始位置检测电路106、参数自动生成电路110，是被集成在一个半导体基板上的功能ic(integratedcircuit：集成电路)。驱动电路100具有u相～w相的输出端子outu～outw和接受中点电压vcom的com端子。

驱动信号生成电路102生成各相u、v、w的驱动信号s1u～s1w。驱动信号生成电路102可以采用公知技术构成。例如驱动信号生成电路102可以包括：在电机的旋转状态下检测转子的位置的逆电动势检测用的比较器；生成具有与电机2的目标转矩(目标转速)相应的占空比的脉冲信号的脉冲调制器；基于逆电动势检测用的比较器的输出推定转子的位置，并根据转子位置切换驱动对象相(电流转变控制)的逻辑电路等。驱动方式不特别限定，可以采用180°通电方式或120°通电方式。驱动级104是三相逆变器，基于各相的驱动信号s1u～s1w驱动电机2。在图2中，驱动级104的高侧晶体管为p沟道mosfet、低侧晶体管为n沟道mosfet，但本发明不限于此，也可以采用n沟道mosfet作为高侧晶体管。或者也可以取代mosfet而采用双极晶体管或igbt(insulatedgatebipolartransistor：绝缘栅双极晶体管)、其它开关。

初始位置检测电路106在电机2启动时根据参照图1说明的电感传感方式推定转子的初始位置。具体来说，初始位置检测电路106对驱动信号生成电路102供给控制信号s2，使得u-v相端子间被施加第1极性的台阶电压vp。通过使u相的高侧开关和v相的低侧开关导通、使其余开关截止，在u-v端子间施加第1极性的台阶电压vp。在该状态下，初始位置检测电路106监视u相的线圈电流iu，测定其到达阈值ip的第1时间τu+。

然后，初始位置检测电路106待机，直到线圈电流iu变成零。然后对驱动信号生成电路102供给控制信号s2，使得u-v相端子间被施加与第1极性相反极性的第2极性的台阶电压vn。通过使u相的低侧开关和v相的高侧开关导通、使其余开关截止，对u-v端子间施加第2极性的台阶电压vn。在该状态下，初始位置检测电路106监视u相的线圈电流iu，并测定其达到阈值-ip的第2时间τu-。

初始位置检测电路106针对v-w相端子间、w-u相端子间也进行同样的测定。其结果，得到

τu+、τu-

τv+、τv-

τw+、τw-

初始位置检测电路106基于这些测定值，通过运算或参照表推定电机2的转子的初始位置。关于初始位置的推定，可以利用图1或专利文献1～3或者其它文献中记载的方法，在本发明中并不特别限定。

另外，初始位置检测电路106和以下说明的参数自动生成电路110中的电流检测方法不被特别限定，采用公知技术即可。例如可以在各相的逆变器与out端子之间插入电流检测用的电阻，基于电阻的电压降检测线圈电流。或者，也可以在驱动级104的3个低侧开关的低电位侧的共同连接端子与接地之间插入电流检测用的电阻。

在初始位置检测电路106推定初始位置时，参照至少一个参数s4。例如在参照图1说明的初始位置推定法中，阈值±ip为参数。参数自动生成电路110在连接了驱动对象电机2的状态下，执行以下说明的校准程序，自动生成(最优化)初始位置检测电路106要使用的参数。

下面说明校准程序。该校准程序是在电机2停止的状态下执行的，可以在任意的转子位置执行。参数自动生成电路110一边使阈值ip按顺序变化成ip1、ip2、ip3、…ipi，一边针对各阈值ipi(i＝1、2、…)测定第1时间τ+、第2时间τ-。(i)第1时间τ+是在驱动级104对电机2的1组端子间施加了第1极性(正)的电压vp时、至线圈电流的振幅达到阈值ipi的时间。另外，(ii)第2时间τ-是在驱动级104对电机2的1组端子间施加了第2极性(负)的电压vn时、至线圈电流的振幅达到阈值ipi的时间。然后，针对各阈值ipi计算出第1时间τ+与第2时间τ-的差δτi。将该时间差δτi成为最大的阈值ipi作为初始位置检测电路106要使用的参数来保存。

优选参数自动生成电路110至少切换2次应施加电压的电机2的1组端子。在三相电机的情况下，作为组合，存在u-v端子间、v-w端子间、w-u端子间这三种，优选针对其中的两种以上的组，一边改变阈值ipi一边测定第1时间τ+、第2时间τ-，并计算出其差分δτi。以下假定针对u-v端子间、v-w端子间、w-u端子间全都进行测定。

在上述校准程序中，为对电机2的适当的端子间施加电压vp、vn，参数自动生成电路110对驱动信号生成电路102供给控制信号s3。

图3是表示参数自动生成电路110的构成例的功能框图。参数自动生成电路110包括可变电压源120、比较器122、计时器124、逻辑电路126。可变电压源120生成与阈值ipi对应的阈值电压vthi。vthi是可按vth1～vthn的n阶段变化的。

比较器122将表示监视对象相的线圈电流的检测值的电流检测信号vis与阈值电压vthi进行比较，若其一致，换言之线圈电流达到阈值ipi，则使其输出s5有效(例如高电平)。计时器124测定从对线圈施加第1极性的电压vp(或者第2极性的电压vn)起，至比较器122的输出s5被置于有效的第1时间τ+(或者第2时间τ-)。逻辑电路126一边切换阈值电压vthi，一边针对各阈值电压vthi取得第1时间τ+和第2时间τ-。

需要说明的是，参数自动生成电路110和初始位置检测电路106的大部分功能都是共通的，故它们可以共用一部分或者全部的硬件。此时能削减电路面积。

以上是驱动电路100的构成。然后说明其动作。图4是实施方式的校准程序的流程图。循环s100是一边使变量i从1变到n一边执行的。n是常数。首先设置阈值ipi(s102)。然后一边使变量j从1变到m一边执行循环s104。变量j表示相，j＝1相当于u相、j＝2相当于v相、j＝3相当于w相。在此说明m＝3的情况，但也可以在仅针对u相和v相进行测定时，使m＝2。另外，在五相电机中，m最大为5。

在循环s104中，首先在相邻的j相与j+1相的端子间施加第1电压vp(s106)。简单来说，j＝3时的(j+1)＝4相表示u相。然后，监视此时流过j相线圈的电流，测定至到达阈值ipi的第1时间τ+(s108)。当电流达到阈值ipi时，去除第1电压vp，在j相与j+1相端子间施加零电压。然后待机直至线圈电流变成零(s110)。

接下来对j相与j+1相的端子间施加第2电压vn(s112)。然后监视此时流过j相的线圈的电流，测定至达到阈值-ipi的第2时间τ-(s114)。当电流达到阈值-ipi时，去除第2电压vn，对j相与j+1相的端子间施加零电压。然后计算第1时间τ+与第2时间τ-的差分δτij(＝|τ+-τ-|)。接下来针对循环s104，使变量j增量。在变量j成为m＝3、得到u相、v相、w相所有的差分δτi1、δτi2、δτi3(即δτiu、δτiv、δτiw)后，循环s104结束。

然后保存δτi1、δτi2、δτi3的最大值，作为与变量i对应的差分δτi。max[]表示取最大值的函数(s118)。接下来针对循环s100，使变量i增量。当变量i成为n、针对所有的阈值ip的候选得到δτ1、δτ2、…δτn后，循环s100结束。然后，在δτ1、δτ2、…δτn中的第k个(1≤k≤n)的δτk最大时，与其对应的阈值ipk被作为参数保存(s120)。

图5是校准程序中的电流波形图。在使阈值ip变化时，与之相应地第1时间τ+、第2时间τ-也变化。在图4的流程图中，判断第1时间τ+与第2时间τ-的差分δτ变成最大的阈值ip，将其作为初始位置检测电路106的参数进行保存。

以上是驱动电路100的动作。根据该驱动电路100，能在实际设备中较短时间地取得基于电感传感方式的初始位置检测所要使用的参数ip。即，在产品出厂阶段，无需进行大量次数的启动试验，故能大幅度减少电子设备的设计者的负担。

另外，由于能在与实际使用相同的环境下确定参数ip，故初始位置检测电路106能不受电机2的偏差等影响地检测电机2的转子位置。由此，与以往相比能缩短电机2的启动时间。

参数自动生成电路110能在任意时刻进行动作。由此，即使电机2因长时间变化而发生了特性的变化，也能取得最佳参数。例如参数自动生成电路110可以在每次接通驱动电路100的电源时执行校准程序。

或者，也可以在每次从上位的处理器(微机)收到指示时执行校准程序。此时，将参数s4发送给处理器，在处理器侧进行管理、保存即可。或者，驱动电路100还可以监视温度，在每次温度满足预定的条件时执行校准程序。

如图5所示，当阈值ip确定后，与之相应地、至线圈电流返回零的时间也能够予测。如图1所示，在由初始位置检测电路106进行初始位置检测时，需要在施加正的台阶电压vp后进行待机，直至线圈电流iu变成零后，才施加负的台阶电压vn。以往，需要确保一定余量地使该待机时间足够长，启动时间变得很长。与此不同，在本实施方式中，能将与所保存的阈值ipk相应的待机时间作为参数提供给初始位置检测电路106。由此，不需要以往的余量，能缩短初始位置检测电路106进行初始位置检测的时间。

需要说明的是，在图4的流程图中，各处理的顺序可以适当重排或修正。

也可以在测定第2时间τ-后再测定第1时间τ+。

计算第1时间τ+与第2时间τ-的差分的处理也可以在针对所有的i、j的测定结束后再一齐执行。

也可以省略步骤s118，取而代之在步骤s120中判定δτ11、δτ12、δτ13、δτ21、δτ22、δτ23、…δτn1、δτn2、δτn3中的取最大值的δτkj，保存阈值ipk。

另外，变量i的循环s100与变量j的循环s104也可以调换。即，也可以针对u相执行使阈值变化的循环，针对v相执行使阈值变化的循环，针对w相执行使阈值变化的循环。

另外，在图4中是使阈值ip从最小值ip1向最大值ipn变化的，但也可以反过来使其从最大值ipn向最小值ip1变化。此时，只要使循环s100的变量i的初始值为n、针对每个循环使变量i减量(i--)即可。

或者，流程图也可以如下这样修改。图6是变形例的校准程序的流程图。首先，变量i被初始化为1。步骤s102～s118是与图4同样的。在步骤s118中取得差分δτi后，其值被与预定的阈值时间τth相比较(s202)。然后当δτi＞τth时(s202的y)，将此时的阈值ipi作为参数保存(s204)。在δτi＜τth时(s202的n)，使变量i增量(s206)，返回步骤s102。

在图6的流程图中，不再为寻找差分δτi的最大值而反复进行循环s100，能设定其大到一定程度的阈值时间τth，在得到超过它的差分δτi的时点结束循环，并将此时的阈值ipi作为参数とする。由此，能进一步缩短参数的自动生成所需要的时间。

另外，在图6的流程图中被保存为参数的阈值ipi尽可能地变小，故能比图4的流程图中得到的阈值ipk小。此时，能在初始位置检测电路106进行初始位置检测时降低流过电机2的电流，能降低耗电。这在驱动电路100和电机2被安装于电池驱动的电子设备的情况下是非常有利的特征。

最后说明驱动电路100的用途。驱动电路100能与电机2一起安装在各种各样的电子设备500中。图7的(a)、(b)是表示电子设备500的例子的图。图7的(a)的电子设备500是光盘或hdd(硬盘驱动器)等存储装置500a。存储装置500a具有光盘或磁盘等存储介质502、使存储介质502旋转的主轴电机504、以及驱动主轴电机504的驱动电路100。除此以外，存储装置500a还能包含拾取器、透镜、驱动拾取器和透镜等的促动器等。

图7的(b)的电子设备500是计算机等电子计算机500b。电子计算机500b具有cpu(centralprocessingunit：中央处理单元)和gpu(graphicsprocessingunit：图形处理单元)等处理器510、被安装于处理器510的散热器512、与散热器512相对而设的风扇电机514、以及驱动风扇电机514的驱动电路100。

除此以外，驱动电路100还能使用于安装带永久磁体的无刷dc电机的各种各样的电子设备，例如oa设备、工业设备。

以上基于实施方式说明了本发明。本领域技术人员应理解该实施方式只是例示，其各构成要素和各处理过程的组合可以有各种各样的变形例，并且这样的变形例也包含在本发明的范围内。以下说明这样的变形例。

(第1变形例)

在实施方式中主要说明了三相电机，但本发明中相数并不特别限定。

(第2变形例)

驱动电路100可以包含非易失性地保存所生成的参数s4的非易失性存储器。

(第3变形例)

在图3的参数自动生成电路110中，也可以设置用于使电流检测信号vis变换成数字值的a/d转换器，通过数字信号处理进行与图3的参数自动生成电路110等价的处理。

(第4变形例)

在实施方式中说明了u、v、w相使用共通的参数(阈值ip)的情况，但也可以针对u、v、w相分别确定不同的阈值ipu、ipv、ipw。即，可以针对u-v端子间、v-w端子间、w-u端子间分别检测使差分时间δτ(＝τ+-τ-)成为最大的阈值ipu、ipv、ipw。

基于实施方式，采用具体的用语说明了本发明，但实施方式只是表示本发明的原理、应用，在不脱离权利要求书规定的本发明思想的范围内，实施方式可以有多种变形例或配置的变更。

【附图标记说明】

100…驱动电路、102…驱动信号生成电路、104…驱动级、106…初始位置检测电路、110…参数自动生成电路、2…电机、500…电子设备、500a…存储装置、502…存储介质、504…主轴电机、500b…电子计算机、510…处理器、512…散热器、514…风扇电机。