驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的电子电路及方法与流程

本申请是申请日为2013年8月13日、发明名称为“用于根据电动机的绕组中检测到的零电流自动调整向电动机施加的驱动信号的相位以及用于检测零电流的电子电路及方法”的专利申请201380056237.5的分案申请。

本发明总体上涉及电动机控制电路，并且更具体地，涉及一种能够提供自动调整向电动机施加的驱动信号的相位，以及能够检测电动机的绕组中的零电流的电动机控制电路。

背景技术：

用于控制和驱动无刷直流(bldc)电动机的电路是已知的。在一些布置中，电路提供驱动电动机的驱动信号的相位前移(phaseadvance)，所述相位前移与电动机的旋转速度相关，或者与测量到的电动机总电流相关。然而，这种电路仅能够提供相位前移和旋转速度之间的一种关系，或少数几种关系。此外，电动机控制集成电路(ic)的外部部件和分箱可能被要求针对每个电动机或每个电动机应用而设定参数。

2009年9月15日颁发的美国专利7,590,334、2010年6月29日颁发的美国专利7,747,146和2011年10月12日提交的美国专利申请13/271,723描述了一些已知的电动机驱动电路，所有这些文献在此通过引用全文并入并转让给本发明的受让人。

当在不同的应用中使用时，bldc电动机能够呈现不同的效率行为与速度。例如，相同的bldc电动机能够在不同的应用中与不同的风扇叶片布置一起使用。不同类型的bldc电动机也能够呈现不同的效率行为与速度。

电动机噪音、振动和效率受到各种特征所影响。一个这样的特征是电流的相位，其出现在相对于电动机旋转位置的电动机绕组中。特别是当电动机速度升高或降低时，电流的相位能够分别滞后于或领先于电动机的参考旋转位置。此外，在高电动机速度上，电动机绕组中的电流能够趋向滞后于电动机的参考位置。

鉴于上述情况，期望提供一种电动机控制电路和相关联的方法，其能够生成电动机驱动信号，所述电动机驱动信号具有根据电动机绕组电流和电动机旋转位置之间的检测到的相位差来确定的自动相位调整。

鉴于上述情况，还期望提供一种电动机控制电路和相关联的方法，其能够例如通过检测电流的过零来检测电动机绕组中的电流的相位。

技术实现要素：

本发明提供一种电动机控制电路和相关联的方法，其能够生成电动机驱动信号，所述电动机驱动信号具有根据电动机绕组电流和电动机旋转位置之间的检测到的相位差来确定的自动相位调整。

本发明还提供一种电动机控制电路和相关联的方法，其能够例如通过检测电流的过零来检测电动机绕组中的电流的相位。

根据本发明的一个方面，一种驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的方法包括：生成零电流信号，其指示通过所述多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零；生成位置参考信号，其指示电动机的角旋转的参考位置；比较所述零电流信号的相位与所述位置参考信号的相位，以生成相位比较信号；生成多个调制信号，每个调制信号具有与所述相位比较信号的值相关的相位；以及，根据所述多个调制信号来生成到所述多个电动机绕组的多个电动机驱动信号。

在一些实施例中，上述方法能够包括以下一个或多个方面。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

利用被设置为靠近电动机的霍尔传感器生成霍尔传感器信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

利用被耦合到所述多个电动机绕组中的至少一个的反电动势(backemf)模块生成反emf信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

在靠近所述电动机达到参考位置的时间窗期间停止到所述多个电动机绕组中的至少一个的电动机驱动信号；以及

通过反电动势信号的过零来检测所述时间窗期间的所述参考位置。

在所述方法的一些实施例中，生成所述多个调制信号包括：

提供查找表，对应于所述多个调制信号中的至少一个的形状的调制值被存储在所述查找表中；

生成第一连续锯齿斜波信号，其具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值；

向第一连续锯齿斜波信号加入与所述相位比较信号相关的值，以生成第二连续锯齿斜波信号，所述第二连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值，其中，第二连续锯齿斜波信号的最小值和最大值与第一连续锯齿斜波信号的最小值和最大值在时间上偏移一调整时间，其中，所述调整时间与所述相位比较信号相关；

使用经调整的连续锯齿斜波信号来顺序地查找所述查找表中的值，以生成所述多个调制信号中的至少一个；以及

生成与所述多个调制信号中的至少一个具有预定相位关系的至少一个其他调制信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述零电流信号包括：

利用被耦合到电动机的相应的多个半桥电路来生成所述多个电动机驱动信号，每个半桥电路包括：

相应的串联耦合的第一晶体管和第二晶体管；

用于接收高电源电压的相应的电源高电压节点；

用于接收低电源电压的相应的电源低电压节点；以及

相应的输出节点，在所述相应的输出节点处生成所述多个电动机驱动信号中的相应的一个；

检测穿过所述多个半桥电路中的至少一个的第一晶体管或第二晶体管中的至少一个的反向电流，其中，所述检测包括以下至少一个：

检测输出节点处的高于所述高电源电压的电压；或者

检测输出节点处的低于所述低电源电压的电压；以及

根据检测所述反向电流生成零电流信号，所述零电流信号指示通过所述多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零。

在所述方法的一些实施例中，检测所述反向电流包括：

通过仅在第一晶体管和第二晶体管都截止时的时间上对输出节点处的电压进行采样来检测所述反向电流。

在所述方法的一些实施例中，所述多个电动机驱动信号中的每一个包括：

相应的多个脉冲宽度调制信号，多个脉冲宽度信号中的每一个具有高态，所述高态包括接近于所述高电源电压的稳态高值和高于所述高电源电压的瞬态高值，并且多个脉冲宽度信号中的每一个还具有低态，所述低态包括接近于所述低电源电压的稳态低值和低于所述低电源电压的瞬态低值。

根据本发明的另一方面，一种用于驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的电子电路包括电流测量模块，所述电流测量模块被配置为生成零电流信号，所述零电路信号指示通过所述多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零。所述电子电路还包括位置测量模块，所述位置测量模块被配置为生成位置参考信号，所述位置参考信号指示电动机的角旋转的参考位置。所述电子电路还包括调制信号生成模块，所述调制信号生成模块被配置为比较所述零电流信号的相位与所述位置参考信号的相位，以生成相位比较信号，并被配置为生成多个调制信号，每个调制信号具有与所述相位比较信号的值相关的相位。所述电子电路还包括驱动电路，所述驱动电路被配置为根据所述多个调制信号来生成到所述多个电动机绕组的多个电动机驱动信号。

在一些实施例中，上述电子电路能够包括以下方面中的一个或多个。

在所述电子电路的一些实施例中，所述位置测量模块还被配置为根据霍尔信号来生成位置信号，所述霍尔信号由被设置在靠近电动机的霍尔传感器生成。

在所述电子电路的一些实施例中，所述位置测量模块还被配置为根据在电动机绕组中生成的反emf信号来生成位置信号。

在所述电子电路的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

在靠近电动机达到所述参考位置的时间窗期间停止到所述多个电动机绕组中的至少一个的电动机驱动信号；以及通过反emf信号的过零来检测所述时间窗期间的所述参考位置。

在所述电子电路的一些实施例中，所述调制信号生成模块包括：

查找表，对应于所述多个调制信号中的至少一个的形状的调制值被存储在所述查找表中；

锯齿波发生器，其被配置为生成第一连续锯齿斜波信号，所述第一连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值；

定时/相位误差检测器，其被耦合为接收表示所述零电流信号的信号，被耦合为接收表示所述位置参考信号的信号，并且被配置为生成表示所述相位比较信号的信号；以及

求和模块，其被配置为向所述第一连续锯齿斜波信号加入与所述相位比较信号相关的值，以生成第二连续锯齿斜波信号，所述第二连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值，其中，第二连续锯齿斜波信号的最小值和最大值与所述第一连续锯齿斜波信号的最小值和最大值在时间上偏移一调整时间，其中，所述调整时间与所述相位比较信号相关，其中，经调整的连续锯齿斜波信号用于顺序地查找所述查找表中的值，以生成所述多个调制信号中的至少一个，并且还用于生成与多个调制信号中的至少一个具有预定相位关系的至少一个其他调制信号。

在一些实施例中，所述电子电路还包括：

多个半桥电路，其被耦合到电动机并且被配置为生成所述多个电动机驱动信号，每个半桥电路包括：

相应的串联耦合的第一晶体管和第二晶体管；

用于接收高电源电压的相应的电源高电压节点；

用于接收低电源电压的相应的电源低电压节点；以及

相应的输出节点，在所述相应的输出节点处生成所述多个电动机驱动信号中的相应的一个；

至少一个比较器，其被配置为通过检测以下中的至少一个来生成相应的至少一个比较器输出信号，所述至少一个比较器输出信号指示通过所述多个半桥电路中的至少一个的第一晶体管或第二晶体管中的至少一个的反向电流：

在输出节点处的高于所述高电源电压的电压；或

在输出节点处的低于所述低电源电压的电压；以及

处理器，其被配置为根据至少一个比较器输出信号来生成零电流信号，所述零电流信号指示通过所述多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零。

在所述电子电路的一些实施例中，所述检测包括：

仅在第一晶体管和第二晶体管都截止时的时间上通过对所述输出节点处的电压进行采样来检测反向电流。

在所述电子电路的一些实施例中，所述多个电动机驱动信号中的每一个包括：

相应的多个脉冲宽度调制信号，多个脉冲宽度信号的每一个具有高态，所述高态包括接近于高电源电压的稳态高值和高于所述高电源电压的瞬态高值，并且所述多个脉冲宽度信号的每一个还具有低态，所述低态包括接近于低电源电压的稳态低值和低于所述低电源电压的瞬态低值。

根据本发明的另一方面，一种驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的方法包括利用被耦合到电动机的半桥电路来生成电动机驱动信号。所述半桥电路包括串联耦合的第一晶体管或第二晶体管；电源高电压节点，其用于接收高电源电压；电源低电源节点，其用于接收低电源电压；以及输出节点，在所述输出节点处生成电动机驱动信号。所述方法还包括检测穿过第一晶体管或第二晶体管中的至少一个的反向电流。所述检测包括以下至少一个：检测在输出节点处的高于所述高电源电压的电压；或者检测在输出节点处的低于所述低电源电压的电压。所述方法还包括根据检测所述反向电流来生成零电流信号，所述零电流信号指示通过所述多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零。

在一些实施例中，上述方法能够包括以下方面中的一个或多个。

在所述方法的一些实施例中，检测所述反向电流包括：

通过仅在第一晶体管和第二晶体管都截止时的时间上对输出节点处的电压进行采样来检测所述反向电流。

在所述方法的一些实施例中，所述电动机驱动信号包括：

多个脉冲宽度调制信号，多个脉冲宽度信号中的每一个具有高态，所述高态包括接近于所述高电源电压的稳态高值和高于所述高电源电压的瞬态高值，并且多个脉冲宽度信号中的每一个还具有低态，所述低态包括接近于所述低电源电压的稳态低值和低于所述低电源电压的瞬态低值。

在一些实施例中，所述方法还包括：

生成位置参考信号，所述位置参考信号指示电动机的角旋转的参考位置；

比较所述零电流信号的相位与所述位置参考信号的相位，以生成相位比较信号；

生成多个调制信号，每个调制信号具有与所述相位比较信号的值相关的相位；以及

根据所述多个调制信号来生成到所述多个电动机绕组的多个电动机驱动信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

利用被设置在靠近电动机的霍尔传感器来生成霍尔传感器信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

利用被耦合到所述多个电动机绕组中的至少一个的反emf模块来生成反emf信号。

在所述方法的一些实施例中，生成所述位置参考信号包括：

在靠近所述电动机达到参考位置的时间窗期间停止到所述多个电动机绕组中的至少一个的电动机驱动信号；以及通过反emf信号的过零来检测所述时间窗口期间的所述参考位置。

在所述方法的一些实施例中，生成所述多个调制信号包括：

提供查找表，对应于所述多个调制信号中的至少一个的形状的调制值被存储在所述查找表中；

生成第一连续锯齿斜波信号，其具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值；

向所述第一连续锯齿斜波信号加入与所述相位比较信号相关的值，以生成第二连续锯齿斜波信号，所述第二连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值，其中，所述第二连续锯齿斜波信号的最小值和最大值与第一连续锯齿斜波信号的最小值和最大值在时间上偏移一调整时间，其中，所述调整时间与所述相位比较信号相关；

使用经调整的连续锯齿斜波信号来顺序地查找在查找表中的值，以生成所述多个调制信号中的至少一个；以及

生成与所述多个调制信号中的至少一个具有预定相位关系的至少一个其他调制信号，每个调制信号与多个脉冲宽度调制(pwm)信号中的相应一个相关。

根据本发明的另一方面，一种用于驱动具有多个电动机绕组的多相电动机的电子电路包括被耦合到电动机的用于生成电动机驱动信号的半桥电路。所述半桥电路包括串联耦合的第一晶体管和第二晶体管；电源高电压节点，其用于接收高电源电压；电源低电压节点，其用于接收低电源电压；以及输出节点，在所述输出节点处生成电动机驱动信号。所述电子电路还包括至少一个比较器，所述至少一个比较器被配置为通过检测下列中的至少一个来生成相应的至少一个比较器输出信号，所述比较器输出信号指示穿过第一晶体管或第二晶体管中的至少一个的反向电流：在输出节点处的高于所述高电源电压的电压；或者在输出节点处的低于所述低电源电压的电压。所述电子电路还包括处理器，所述处理器被配置为根据至少一个比较器输出信号来生成零电流信号，所述零电流信号指示通过多个电动机绕组中的至少一个的电流的过零。

在一些实施例中，上述电子电路能够包括以下方面中的一个或多个。

在所述电子电路的一些实施例中，所述检测包括：

通过仅在第一晶体管和第二晶体管都截止时的时间上对输出节点处的电压进行采样来检测反向电流。

在所述电子电路的一些实施例中，所述电动机驱动信号包括：

多个脉冲宽度调制信号，多个脉冲宽度信号中的每一个具有高态，所述高态包括接近于所述高电源电压的稳态高值和高于所述高电源电压的瞬态高值，并且多个脉冲宽度信号中的每一个还具有低态，所述低态包括接近于低电源电压的稳态低值和低于所述低电源电压的瞬态低值。

在一些实施例中，所述电子电路还包括：

位置测量模块，其被配置为生成位置参考信号，所述位置参考信号指示电动机的角旋转的参考位置；以及

调制信号生成模块，其被配置为比较所述零电流信号的相位与所述位置参考信号的相位，以生成相位比较信号，并且被配置为生成多个调制信号，每个调制信号具有与所述相位比较信号的值相关的相位。

在所述电子电路的一些实施例中，所述位置测量模块还被配置为根据霍尔信号来生成所述位置信号，所述霍尔信号由被设置在靠近电动机的霍尔传感器生成。

在所述电子电路的一些实施例中，所述位置测量模块还被配置为根据电动机绕组中生成的反emf信号生成所述位置信号。

在所述电子电路的一些实施例中，所述电子电路被配置为在靠近所述电动机达到参考位置的时间窗期间停止到所述多个电动机绕组中的至少一个的电动机驱动信号；并且其中，所述位置测量模块被配置为生成位置参考信号，所述位置参考信号指示所述时间窗期间的所述参考位置。

在所述电子电路的一些实施例中，所述调制信号生成模块包括：

查找表，对应于所述多个调制信号中的至少一个的形状的调制值被存储在所述查找表中；

锯齿波发生器，其被配置为生成第一连续锯齿斜波信号，所述第一连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值；

定时/相位误差检测器，其被耦合为接收表示所述零电流信号的信号，被耦合为接收表示所述位置参考信号的信号，并且被配置为生成表示所述相位比较信号的信号；以及

求和模块，其被配置为向所述第一连续锯齿斜波信号加入与所述相位比较信号相关的值，以生成第二连续锯齿斜波信号，所述第二连续锯齿斜波信号具有最小值和最大值以及最小值和最大值之间的多个值，其中，所述第二连续锯齿斜波信号的最小值和最大值与第一连续锯齿斜波信号的最小值和最大值在时间上偏移一调整时间，其中，所述调整时间与所述相位比较信号相关，其中，经调整的连续锯齿斜波信号用于顺序地查找所述查找表中的值，以生成所述多个调制信号中的至少一个，并且还用于生成与所述多个调制信号中的至少一个具有预定相位关系的至少一个其他调制信号，每个调制信号与多个脉冲宽度调制(pwm)信号中的相应一个相关。

附图说明

根据附图的以下详细说明可以更全面地理解本发明的前述特征以及本发明本身，其中：

图1是具有调制信号生成模块并具有电流测量模块的范例性电动机控制电路的方框图；

图2是示出了与图1的范例性电动机控制电路相关联的各种波形的曲线图，特别是当电动机控制电路用于向电动机提供正弦驱动时；

图3是示出了与图1的范例性电动机控制电路相关联的各种波形的另一曲线图，特别是当电动机控制电路用于向电动机提供正弦驱动时，并且示出了电流信号与位置参考信号之间的相位差；

图4是能够用作图1的范例性电动机控制电路的调制信号生成模块的范例性调制信号生成模块的方框图；

图5和图5a是示出了图1的范例性电动机控制电路的范例性半桥输出级的方框图，并且示出了在运行的不同相位上的电动机绕组电流的方向；

图6是示出了与电动机绕组(具体地与正弦电流)相关联的波形、与电动机绕组的正弦驱动相关联的调制波形、以及根据调制波形驱动电动机的脉冲宽度调制(pwm)信号的曲线图；

图7是示出了图6的pwm信号的正极和负极状态的细节的形象化的图；

图7a是示出了向电动机施加的pwm驱动信号并且示出了与pwm驱动信号相关联的正弦电流的曲线图；

图8是具有调制信号生成模块并具有零电流检测模块形式的电流测量模块的另一范例性电动机控制电路的方框图；以及

图9是示出了各种波形的曲线图，根据所述各种波形，能够检测电动机绕组中的零电流，特别是，当使用到电动机的梯形驱动时。

具体实施方式

在描述本发明之前，对一些引入的概念和术语进行解释。如本文中所使用的，术语“调制波形”用于描述其他信号(例如脉冲宽度调制(pwm)信号)的包络或特征函数。

参考图1，范例性电动机控制电路102被耦合为驱动电动机104。

电动机104被示出为包括三个绕组104a、104b、104c，每个绕组通常被描绘为具有与电阻器串联并与反emf电压源串联的电感器的相应的等效电路。例如，绕组a104a被示出为包括与电阻器131串联并与反emf电压源va136串联的电感器130。当电流正在流入相关联的电动机绕组时，反emf电压源va136的电压不是直接能观察到的，但当通过相关联的绕组的电流为零时，所述反emf电压源va136的电压能被直接观察到。

总体上，穿过电动机绕组(例如穿过绕组a140a)的电压由以下公式决定：

v输出a-v通用＝va+ir+ldi/dt，

其中：

v输出a＝在绕组a的一端能观察到的电压；

v通用＝绕组104a、104b、104c的连接点处的电压；

r＝电阻器131的电阻值；

l＝电感器130的电感值；

i＝通过绕组的电流；以及

va＝反emf电压

因而，能够看出，如果通过绕组104a的电流为零，则v输出a＝va，其为能观察到的电压。

电动机控制电路102包括速度命令发生器107，所述速度命令发生器被耦合为接收来自电动机控制电路102的外部的外部速度命令信号106。外部速度命令信号106能够是多种格式中的一种。总体上，外部速度命令信号106指示从电动机控制电路102的外部被要求的电动机104的速度。

速度命令发生器107被配置为生成速度命令信号107a。脉冲宽度调制(pwm)发生器108被耦合为接收速度命令信号107a并被配置为生成pwm信号108a，其最大占空比由速度命令信号107a控制。pwm发生器108也被耦合为接收来自调制信号生成模块146的调制波形146a、146b、146c。根据调制波形146a、146b、146c生成具有调制特征(即，相对时间变化占空比)的pwm信号108a。结合图6在下文更全面地描述调制波形和相关联的pwm信号。

电动机控制电路102还包括栅极驱动器电路110，所述栅极驱动器电路被耦合为接收pwm信号108a，并被配置为生成pwm栅极驱动信号110a、110b、110c、110d、110e、110f，以驱动被布置成三个半桥电路112/114、116/118、120/122的六个晶体管112、114、116、118、120、122。六个晶体管112、114、116、118、120、122饱和运行，以分别在节点102d、102c、102b处分别提供三个电动机驱动信号v输出a124、v输出b126、v输出c128。

电动机控制电路102还能够包括位置测量模块142，所述位置测量模块能够被耦合为接收反emf信号(例如，其能够被耦合为接收电动机驱动信号124、126、128中的一个或多个，所述电动机驱动信号中的一个或多个包括当电动机绕组104a、104b、104c未被驱动且相应绕组电流为零时的时间上直接能观察到的反emf信号)或者来自霍尔元件(未示出)的霍尔元件信号。位置测量模块142被配置为生成位置参考信号142a，所述位置参考信号指示电动机104的旋转参考位置。

电动机控制电路102还能够包括电流测量模块144，所述电流测量模块能够被耦合为接收电动机驱动信号124、126、128中的一个。电流测量模块144被配置为生成零电流信号144a，所述零电流信号指示通过电动机绕组中的一个或多个的电流的过零。结合图8在下文更详细地描述范例性电流测量模块。

调制信号生成模块146被耦合为接收位置参考信号142a和零电流信号144a。调制信号生成模块146被配置为根据位置参考信号142a与零电流信号144a之间的相位差来改变调制波形146a、146b、146c的相位。结合图4在下文描述范例性调制信号生成模块146。

电动机控制电路102能够被耦合为接收在节点102a处的电动机电压vmot，或仅仅是vm，其在上方晶体管112、116、120被接通的时间期间通过晶体管112、116、120被施加给电动机。应当理解，当晶体管112、116、120被接通并向电动机104提供电流时能够存在通过晶体管112、116、120的小的压降(例如，0.1伏)。

如上所述，电动机控制电路102能够相对于电动机104的被感测到的旋转位置来自动调节驱动信号124、126、128的定时，即，相位。

现在参考图2，曲线200、220、240和260具有水平轴，其带有任意单位的时间为单位的标尺。曲线200、220、240具有垂直轴，其带有任意单位的电压为单位的标尺。曲线260具有垂直轴，其带有任意单位的电流为单位的标尺。

信号202表示当电动机104正在旋转时，图1的电动机104的电动机绕组中的一个(例如，绕组104a)上的反emf信号(即，电压信号)。反emf电压202总体上是正弦的。

在图1的电动机控制电路102的一些实施例中，反emf信号202的过零能够由位置测量模块142用于识别电动机104的参考旋转位置。所期望的是在时间208上的反emf信号202的过零与穿过反emf信号202在其上被生成的电动机绕组的零电流一致或几乎一致。这种关系将产生最有效的电动机运行。

在电动机控制电路102的一些实施例中，反emf信号不用于检测电动机104的旋转位置。而是，霍尔元件被定位在电动机104周围，并且当电动机104旋转时，生成霍尔元件信号222、224、226。显而易见的是，信号222、224、226表示电动机104的旋转位置。典型地，能够看出，没有与反emf信号202的过零对齐的霍尔元件信号222、224、226的瞬态。然而，时间208能够由信号222、224、226识别为信号222、224、226的特定瞬态之间的部分路径，例如，半程。

信号242、244、246表示图1的上述调制波形146a、146b、146c。调制波形242、244、246用于生成pwm信号，以驱动电动机104。结合图6在下文更全面地描述调制波形242、244、246和pwm信号之间的对应关系。

应当认识到，调制波形242与图1的绕组a104a相关联，并且总体上与相同绕组相关联的反emf信号202对齐。其他调制波形244、246分别与图1的电动机104的其他绕组b104b、c104c相关联。

信号262、264、266表示分别出现在图1的电动机104的绕组a104a、b104b、c104c上的电流。应当理解，电动机绕组上的实际电流信号可以是比在信号262、264、266中示出的那些信号更复杂。然而，电流信号262、264、266表示通过三个电动机绕组的平均电流与时间。应当理解，电动机绕组a104a上的电流262总体上与反向emf信号202同相。然而，如结合图3在下文更全面描述的，能够存在电流信号262和相关联的反emf信号202之间的相位差。

电动机104的电循环能够被划分为六种状态或时间段，201a、201b、201c、201d、201e、201f。

现在参考图3，曲线300具有水平轴，其带有以任意单位的时间为单位的标尺。曲线300具有垂直轴，其带有以任意单位的电压和电流为单位的标尺。曲线320具有水平轴，其带有以任意单位的时间为单位的标尺。曲线320还包括垂直轴，其带有以任意单位的电压为单位的标尺。

信号304表示图1的绕组a104a上的电流信号。因而，信号304对应于图2的信号262。信号302表示图1的绕组a104a上的反emf信号136。因而，信号302对应于图2的信号202。信号302、304的过零将是显而易见的。时间差308指示反emf信号302的过零和电流信号304的过零之间的时间差。因此，时间差308表示旋转位置参考(即，反emf信号302的过零)和通过相关联的电动机绕组的零电流之间的时间差。

信号306表示在一时间段期间的图1的绕组a104a上的电流信号，在所述时间段内，电动机104正以旋转速度加速或电动机104高速旋转。能够看出，相对相位已经偏移。电流信号306的过零相对于反emf信号302的过零被延迟。反emf信号302的过零指示电动机104的参考旋转位置。电流信号306的过零表示通过电动机绕组a104a的零电流。所期望的是，过零在时间和相位上一致。缺乏时间一致性将会导致增加的电动机噪声和振动，以及降低的电动机效率。

调制波形322与图2的调制波形242相同或相似。因而，当电动机正在加速或快速旋转时，能够看出，电流信号306相对于调制波形322被延迟。所期望的是使调制波形322提前(即，将调制波形322左移)，以使电流信号306提前，从而使电流信号306的过零能够出现与指示电动机104的旋转参考位置的反emf信号302的过零一致或几乎一致。

总体上，图1的调制信号生成模块146能够根据表示反emf信号302和电流信号304、306的接收到的旋转位置参考信号142a和零电流信号144a提前或延迟各种调制波形146a、146b、146c。

对于诸如结合图2和3的上述那些传统的正弦电动机驱动信号，对于结合图1的上述理由，不能轻易地观察并检测反emf信号302的过零，因为电动机绕组104a、104b、104c中的每一个被不断地驱动。为了观察反emf信号，至少暂时停止给电动机绕组的驱动信号是必须的。因而，利用正弦电动机驱动信号布置，在一些实施例中，在小的时间窗内，给电动机104的绕组104a、104b、104c中的至少一个的正弦驱动信号能够被停止，以便观察反emf信号的过零。为此目的，在图1的电动机控制电路102中，控制信号142b能够由位置测量模块142提供给栅极驱动器110。

现在参考图4，调制信号生成模块402能够用作图1的调制信号生成模块146。

调制信号生成模块402被耦合为接收检测到的位置参考信号414和检测零电流信号418。检测到的位置参考信号414能够与图1的位置参考信号142a相同或相似。检测到的零电流信号418能够与图1的零电流信号144a相同或相似。

如上所述，在通过使用在此期间内给绕组的正弦驱动被停止的短时间段，能够使用正弦驱动波形结合反emf信号的过零来生成检测到的位置参考信号414。在其他实施例中，结合被设置在图a的电动机104周围的霍尔元件和相关联的霍尔元件信号能够生成检测到的位置参考信号414。

调制信号生成模块402还被耦合为接收具有固定高频的系统时钟信号416。

所谓的“θ斜波发生器”404被耦合为接收检测到的位置参考信号414和系统时钟信号416。θ斜波发生器404被配置为生成未调节的θ信号404a，其能够是包括表示斜波信号的值的序列的数字信号，所述斜波信号周期性达到终值并复位至零。斜波信号的复位时间相对于位置参考(即，电动机104的固定的旋转位置)被固定，检测到的位置参考信号414指示所述位置参考。

在运行中，θ斜波发生器404能够识别通过对若干系统时钟过渡进行计数所测量的由检测到的位置参考信号414识别的位置参考之间的时间段。换言之，θ斜波发生器404能够识别使电动机104转过一个电旋转的时间(即，若干系统时钟信号416的过渡)。θ斜波发生器404能够由固定的标量(例如由256)划分已识别的系统时钟416的过渡的数量。因而，电动机电循环能够被划分为256个部分。因此，时钟信号402能够具有实现在电动机的一个电循环期间256个过渡的频率。时钟信号402能够由斜波发生器404生成和使用，以生成比率，在该比率上，未调整的θ信号404a的斜波值被增加并在未调整的θ信号404a内被输出。因而，应当理解，对于电动机的每一个电气循环，未调整的θ信号404a中的零斜波信号的复位到零被实现一次，并且能够具有斜波中的例如256个步骤。

计时/相位误差检测器410被耦合为接收检测到的零电流信号418，被耦合为接收检测到的位置参考信号414，并被耦合为接收时钟信号402。

计时/相位误差检测器410被配置为识别由检测到的位置参考信号414所识别的位置参考和由检测到的零电流信号418所识别的零电流交叉之间的时间差(即，相位差)。

再次简要参考图3，换言之，计时/相位误差检测器410可操作用于识别电流信号304或306的过零和反emf电压信号302的过零之间的时间差。

再次参考图4，计时/相位误差检测器410被配置为生成误差信号410a，在一些实施例中，所述误差信号能够是表示所识别的时间(即，相位)差的数字值。

比例积分微分器(pid)，或者在其他实施例中，比例积分器(pi)能够被耦合为接收误差信号410a，并且被配置为实质上过滤误差信号410a，以生成调整信号412a。在一些实施例中，调整信号412a能够是与由计时/相位误差检测器410识别的时间差成比例的数字值。

求和模块406被耦合为接收未调整的θ信号404a(即，表示在固定相位上的复位斜波信号的一组连续的数字值)、被耦合为接收调整信号412a，并且被配置为生成θ信号406a。

在运行中，应该理解，θ信号406a是像未调整θ信号404a一样的复位斜波信号，但对于所述复位斜波信号，斜波信号的复位时间根据调整信号412a的值在时间上(即在经调整的相位上)被移动。

调制信息查找表和处理器408被耦合为接收θ信号406a。调制信息查找表和处理器408被配置为在其中存储表示一个或多个调制信息，例如图2的调制信息242的值。

在运行中，θ信号406a用于在调制信息查找表和处理器408内所存储的调制信号的值之间进行排序。应当理解，θ信号406a的复位部分表示的θ信号406a的相位根据在检测到的位置参考信号414a中所识别的位置参考和如在检测到的过零信号418内所识别的电动机绕组中的电流的过零之间的时间差是可调整的。因此，由调制信息查找表和处理器408生成的调制信号408a的相位(即，计时)是可调整的。

调制信息查找表和处理器408的处理器部分能够在其他固定相位上自动生成其他调制信息408b、408c，例如图2的调制信息244、246，所述固定相位能够是在相对于调制信息408a(例如图2的调制信息242)的固定的相位上。

结合附图5-8在下文描述检测通过电动机绕组的零电流的范例性电路和方法。然而，应当理解，能够使用其他方法来检测通过电动机绕组的零电流。

现在参考图5，三个半桥电路502、504、506对应于图1的三个半桥电路112/114、116/118、120/122并被示出为驱动三个电动机绕组。通过半桥电路502并且通过电动机绕组中的一个的电流由通过带圆圈的数字1、2和3所识别的虚线指示。电流1、2和3指示在电动机绕组的电流信号的正极期间(例如在图2的电流信号262的正极部分期间)通过半桥电路502的不同时间上的电流。电流1指示上部fet接通，电流3指示下部fet接通，并且电流2指示两个fet都截止。应当理解，电流2通过下部fet的本征二极管，并且因而，当半桥502的两个fet都截止时，电压v输出a(参见例如图1的信号124)实现低于接地电压开始的约0.7伏的电压，并且当下部fet接通时返回接地电压。因而，应当理解，通过检测电压v输出a低于接地电压和返回接地电压，能够识别通过半桥502并且通过相关联的电动机绕组的实际零电流。

现在参考图5a，其中，图5的相同元素被示出为具有相同的参考标号，通过半桥电路502并且通过电动机绕组中的一个的电流仍然通过由带圆圈的数字1、2和3所识别的虚线指示。电流1、2和3指示在电动机绕组的电流信号的负极期间(例如在图2的电流信号262的负极部分期间)通过半桥电路502的不同时间上的电流。电流1指示上部fet接通，电流3指示下部fet接通，并且电流2指示两个fet都截止。应当理解，电流2通过上部fet的本征二极管，并且因而，当半桥502的两个fet都截止时，电压v输出a实现高于电压vm开始的约0.7伏的电压，并且当上部fet接通时返回电压vm。因而，应当理解，通过检测电压v输出a高于电压vm和返回电压vm，能够识别通过半桥502并且通过相关联的电动机绕组的实际零电流。

现在参考图6，曲线600具有水平轴和垂直轴，所述水平轴带有以任意单位时间为单位的标尺，所述垂直轴带有以任意单位电流为单位的标尺。曲线620具有水平轴和垂直轴，所述水平轴带有以任意单位时间为单位的标尺，所述垂直轴带有以任意单位电压为单位的标尺。曲线640具有水平轴和垂直轴，所述水平轴带有以任意单位时间为单位的标尺，所述垂直轴带有以任意单位电压为单位的标尺。

信号602表示使用正弦驱动信号时电动机绕组a中的电流信号。电流信号602能够与图2的电流信号262相同或相似。如上所述，当使用pwm驱动信号时，电流信号602能够呈现地更复杂，但信号602总体上表示通过绕组a的平均电流。电流信号具有在时间606、608上的过零。

调制信号622能够与图2的调制信号242相同或相似。调制信号622能够具有6个时间段或相位，其中的四个被示出为604a、604b、604c、604d。

pwm信号642能够根据调制波形622来生成，并且能够根据调制波形622的值具有在调制波形622的峰622a、622b的时间上的高占空比642a、642b的时间和在调制波形622的其他部分的时间上的较低的占空比的时间。pwm信号642能够是实际向用于正弦驱动的图1的电动机104的电动机绕组a104a施加的信号。

现在参考图7，pwm脉冲702、702’指示在电流信号602的负极部分期间的图6的pwm脉冲642。pwm脉冲704指示在电流信号602的正极部分期间的图6的pwm脉冲642。

pwm脉冲702、702'已经在瞬态部分702b、702c、702b’、702c’和稳态部分702a、702a’升高。根据结合图5和图5a的上述讨论，应当理解，当半桥的两个晶体管(例如fet)被截止时，出现在相关联的电动机绕组上的电压v输出a瞬时高于电动机电压vm，或低于接地电压，这取决于电动机绕组中的电流的极性，即，电流信号602的极性。还应当理解，pwm信号702、704、702’的每个主边缘过渡前面是一个短的时间段，在该时间段期间，两个fet都被截止，否则，两个fet可能被同时接通，导致电动机电压vm和接地电压之间的短路。因而，当两个fet都截止时，瞬态信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’生成。瞬态信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’能够发生在短的时间段内，例如约500毫微秒。

显而易见的是，瞬态电压信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’的方向在电流信号602的过零每次出现时(即在时间606、608处)改变方向。因而，对瞬态信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’的方向的改变的检测能够用来识别相关联的电动机绕组中的零电流。

现在参考图7a，曲线720具有水平轴和垂直轴，所述水平轴带有以任意单位时间为单位的标尺，所述垂直轴带有以任意单位电压为单位的标尺。曲线740具有水平轴和垂直轴，所述水平轴带有以任意单位时间为单位的标尺，所述垂直轴带有以任意单位电流为单位的标尺。

信号722表示图6的pwm信号642，但示出类似图7的瞬态部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’的瞬态信号部分。信号742与图1的电流信号602相同或相似。

时间t1-t9发生在瞬态信号部分期间。结合图5和图5a的上述讨论，显而易见的是，当驱动电动机绕组的相关联的半桥电路的两个fet都被截止时，瞬态信号部分出现。

对于结合图5、图5a和图7的上述理由，在时间t6上，瞬态信号部分与电流信号742的过零一致或几乎一致地改变取向。因而，瞬态信号部分的取向的改变能够用来检测电动机绕组中的零电流交叉。特别是在时间t1-t5上，瞬态信号部分在电动机电压vm上方延伸。相反地，在时间t6-t9上，瞬态信号部分在接地电压以下延伸。瞬态信号部分的另一改变或取向(未示出)发生在电流信号742的下一过零处，并且也能够用于检测下一次过零。

在一些实施例中，电路(参见例如在下面图8中示出的比较器808、810)能够是对信号v输出a722进行采样，以仅在或接近时间t1-t9处并且还在随后的其他类似时间处检测信号瞬态部分。时间t1-t9和随后的类似时间是已知的，因为两个fet在那些时间处瞬间被截止。在其他实施例中，信号722能够被连续地采样，以检测瞬态信号部分。

在一些实施例中，瞬态信号部分的取向的改变能够利用两个比较器来检测。电流信号742的两个过零能够被检测到。然而，在其他实施例中，一个比较器能够用于检测向上延伸或者向下延伸的瞬态信号部分的存在或不存在。电流信号742的两个过零仍然能够用一个比较器来检测。

现在参考图8，其中，与图1相同的元素被示出具有相同的参考标号，零电流检测模块802能够与图1的电流测量模块144相同或相似。

零电流检测模块802能够包括第一比较器808，其经由可选择开关804被耦合至三个电动机绕组。零电流检测模块802还能够包括第二比较器810，其经由可选择开关806被耦合至三个电动机绕组。第一比较器808能够被耦合为接收等于或接近于电动机电压vm的参考电压。第二比较器810能够被耦合为接收等于或接近于接地电压的参考电压。

第一比较器808被配置为生成输出信号808a，输出信号808a指示超过电动机电压的选定的电动机绕组上的电压。第二比较器810被配置为生成输出信号810a，输出信号810a指示低于接地电压的选定的电动机绕组上的电压。因而，在运行中，第一比较器808可操作用于检测与正弦电动机驱动相关联的图7的pwm信号的正极瞬态信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’。同样，在运行中，第二比较器810可操作用于检测与正弦电动机驱动相关联的图7的pwm信号的负极瞬态信号部分704b、704c。如上所述，这些信号部分的边缘能够用于识别在相关联的电动机绕组中的零电流交叉。

零电流检测模块802还能够包括多路转换器812，多路转换器812被耦合为接收输出信号808a、810a，并被配置为生成和输出表示输出信号808a、801a中选定的一个的信号812a。

多路转换器812能够被耦合为接收来自调制信号生成模块146控制信号146d。开关804、806能够被耦合为接收来自调制信号生成模块146其他控制信号(未示出)。

调制信号生成模块146能够使用多种类型的逻辑，以识别一个或多个电动机绕组中的零电流交叉。例如，根据结合图7和图7a的上述讨论，对于pwm正弦电动机驱动信号，输出信号808a、810a能够用于识别pwm信号642的瞬态信号部分702b、702c、704b、704c、702b’、702c’在方向上的变化。本质上，多路转换器812能够切换以查看其他比较器，无论检测何时由瞬态信号部分的特定方向组成。

在一些实施例中，不使用开关，并且仅一个电动机绕组用于向比较器808、810提供信号。在一些实施例中，仅使用一个比较器，并且多路转换器812不是必需的。当电动机绕组上的电压超出电动机电压vm和/或在低于接地电压时，能够由调制信号生成模块146使用各种不同类型的逻辑，以通过使用上述检测技术来识别通过电动机绕组的电流的过零。

现在参考图9，曲线900具有水平轴，其带有以任意单位时间为单位的标尺。曲线900还具有垂直轴，其带有以任意单位电流为单位的标尺。曲线920具有水平轴，其带有以任意单位时间为单位的标尺。曲线920还具有垂直轴，其带有以任意单位电压为单位的标尺。

信号904表示梯形电动机驱动，与上述正弦电动机驱动信号截然相反。信号904表示电动机绕组上的梯形电流信号。

应当理解，电压波形922表示向用于百分之百电动机驱动的电动机绕组施加的实际电压。对于百分之百电动机驱动，信号922实现带有百分之百占空比的电压vm(电动机电压)，并且在其他时间处为零。对于小于百分之百的不同的梯形电动机驱动(未示出)，在百分之百驱动信号922实现电压vm的时间段期间，不同的梯形电动机驱动提供脉冲宽度调制信号，其具有带有根据小于百分之百的电动机驱动的占空比的脉冲宽度调制。

电动机电循环的时间可以被分解为六种状态，仅四种状态902a、902b、902c、902d被示出。其他两种状态期间的信号将是显而易见的。电动机绕组中的每一个接收像电动机驱动信号922一样的电动机驱动信号，但是在相位上移动，并在不同的一个相位上开始。

利用梯形驱动，向电动机绕组施加的驱动信号在第一相位902a期间为零，并且在第四相位902d期间也为零。因而，在第一相位902a和第四相位902d期间，电流信号904在信号部分904a期间和在信号部分904d期间实现零电流。由于电动机绕组的电感性能，零电流在第一相位902a和第四相位902d的开始处不会立即实现。对于结合图1的上述理由，当向绕组施加的驱动电压为零并且电流衰减到零时，反emf电压穿过绕组直接能观察到。

对于结合图5和图5a更全面地描述的上述理由，信号部分922a期间，电动机绕组上的信号922实现电压vm+vd，并且信号部分922d期间，信号922实现电压-vd。信号部分904a、904d期间检测零电流的范例性方法在上文结合图5和5a进行了描述。为此目的，信号922的部分922a、922d能够用于使用诸如上文结合图5、图5a和图8所描述的那些电路和技术来检测零绕组电流。

在第一相位902a和第四相位904d部分期间，特别是在电压信号922的虚线部分922b，922e期间，反emf电压是直接能观察到的。在电压信号922的部分922b、922e期间，以及在部分922a、922d期间，没有驱动信号被施加到相关联的电动机。如上所述，电动机绕组的电感性能导致电流通过电动机绕组，以仅在驱动信号922的部分922b、922e期间实现零电流。

综上所述，应当显而易见的是，利用梯形驱动并使用六种电动机驱动状态，存在每个电动机绕组未被驱动的大量时间段，例如，在与共同占据电动机电旋转的六分之一(即60度)的信号部分922a、922b相关联的时间段期间，以及在与共同占据电动机电旋转的另一个六分之一(即60度)的信号部分922d、922e相关联的时间段期间，电动机绕组是未驱动的。通过电动机绕组的电流在瞬态信号部分922a、922d的结束(即，在信号部分922b、922e期间)变为零。在信号部分922b、922e期间，反emf电压是直接能观察到的。因而，不像上文已描述的正弦驱动，对于被连续驱动的电动机绕组，利用六种状态的梯形驱动布置，无需为了检测结束指示零绕组电流的瞬态信号部分922a、922d，或为了检测指示电动机旋转位置的信号部分922b、922e期间的过零而单独生成无电动机驱动被施加到绕组期间的时间窗。

本文引用的所有参考文献在此通过引用整体并入本文。

已对优选实施例进行了描述，其用于图示作为本专利主题的各种概念、结构和技术，可以使用结合了这些概念、结构和技术的其他实施例对于本领域普通技术人员现在变得显而易见。因此，应当认为，本专利的范围不应该受所描述的实施例的限制，而是应该仅由以下权利要求书的精神和范围所限制。