专利名称：用于为一个多相直流电动机、锁定检测器、驱动装置和盘驱动器产生驱动信号的装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种装置，用于产生提供给一个多相直流电动机的多个绕组的驱动信号，包括一个多相逆变器，该逆变器把驱动信号提供给电动机的绕组，以致于以给定的顺序由驱动信号循环地激励这些绕组，至少在预定的固有周期期间至少一个绕组没有被提供驱动信号；一个相位检测器，在没有给所述绕组提供驱动信号的多个所述固有周期期间，该相位检测器在所述多相逆变器的控制下把这些绕组的反电动势信号多路调制，以便获得一个相位误差信号；一个第一低通滤波器，该低通滤波器根据相位误差信号来产生一个控制信号；和一个可控振荡器，该振荡器产生一个频率信号，该频率信号的频率取决于控制信号，多相逆变器给绕组提供驱动信号的时间取决于频率信号，该装置还包括一个由多相逆变器，相位检测器，第一低通滤波器和振荡器构成的锁相环。
本发明也涉及一种适合用在上述装置中的锁定检测器、一种由一个多相直流电动机和上述装置构成的驱动装置和一种用于在一个信息载体上存储信息和/或从该信息载体上播放信息并且包括上述驱动系统的系统。
利用一个由逆变器驱动的无刷直流电动机通常使用一个反馈环来维持在一个绕组被激励时在转子与定子的位置之间一个希望的相角关系。例如，可以选择该相角关系以致于电动机能够产生一个最大力矩。
一个绕组的固有周期通常存在于另一个绕组的驱动周期之内，或与另一个绕组的驱动周期一致，在该固有周期中另一个绕组接收驱动信号。一个绕组的固有周期的开始与结束通常也与其它绕组的的驱动周期的开始或结束相一致。例如，在一个三相电动机的情况下，这意味着在任何时刻一个驱动信号被提供给两个绕组(在两个彼此移相120°的驱动周期期间)，而没有驱动信号被提供给第三个绕组(在一个固有周期期间，该固有周期的长度等于驱动周期长度的一半)。这个第三绕组保持“浮动”并且产生一个反电动势信号，这实际上是已知的。
在美国专利4,928,043中公开了上述这种装置。这个已知的装置包括一个反馈环，该反馈环由相位检测器、低通滤波器和可控振荡器构成。因此该反馈环是一个锁相环(PLL)。相位检测器把由一个或多个绕组来的连续的反电动势信号结合起来，以便形成相位误差信号，其中所有的反电动势信号给定相同的极性。低通滤波器构成一个积分器，该积分器把一个绕组的反电动势电压与一个基准值相比较并且对它们的差值进行积分，以便获得一个用于振荡器的控制信号。该控制信号控制VCO类型的振荡器，它也控制多相变换器的转换时刻。如果由逆变器确定的电动机转子的希望位置偏离了转子的实际位置，那么控制信号的电压由此将改变并且将使VCO来校正逆变器的转换时刻，以便抵消偏离。反电动势信号的电压具有使一个电动机产生一个最大力矩的最佳值。借助于PLL这个电压的偏离导致控制信号的一个变化，以便抵消该偏离。
在已知的装置中存在的问题在于提供给电动机的驱动信号不总是使电动机沿着正确的方向旋转。由此，电动机失速或沿着相反的方向转动。本发明的一个目的是提供能够使上述装置的不正确操作至少被检测和当需要时消除该不正确操作的装置。为了此目的，根据本发明的一种装置的特征在于该装置还包括一个锁定检测器，该锁定检测器确定反电动势信号是否与频率信号同相，该锁定检测器根据与相位误差信号的频率和相位相关的信息和与频率信号的频率和相位相关的信息来进行上述确定。
该装置是以下列的认识为基础产生所述的问题实际上是由于反电动势信号与频率信号不同相，并且根据与误差信号的频率和相位相关的信息和与频率信号的频率和相位相关的信息，能够确定反电动势信号和频率信号是否被同相锁定。如果反电动势信号和频率信号没有被同相锁定，那么这意味着反电动势信号被锁定但是不同相(例如，随后频率信号被锁定到一个反电动势信号的谐波频率而不是反电动势信号的基波频率)。相反地，如果反电动势信号和频率信号没有被同相锁定，那么这也意味着在这些信号之间没有相位关系。在上述两种情况下，能够产生电动机失速或在一个错误的方向上转动。锁定检测器能够把上述两种情况与所述信号被同相锁定的情况区分出来。
事实上，利用一个用于检测一个单个锁相环状态的锁定检测器是已知的。例如，立体声解码器也利用一个锁定检测器，该锁定检测器包括一个相位检测器，相位误差信号和一个90°的移相的VCO信号被提供给该相位检测器。如果相位误差信号与VCO信号同相，那么已知的锁定检测器提供一个直流电压。如果锁相环没有被锁相，那么已知的锁定检测器提供一个没有直流分量的电压。然而，这涉及了一个包括锁相环和锁定检测器的已知装置，该锁相环是单相型的锁相环。相反，本发明涉及一种由多相锁相环构成的装置，该多相锁相环由多相逆变器、相位检测器、低通滤波器和振荡器构成。实际上相位误差信号由多个不同相位的反电动势信号组成。这意味着锁定检测器检测多相锁相环的状态，即检测是否被锁相、是否被锁定但不同相或根本没有被锁定。
在该装置的一种特殊的实施例中，锁定检测器把相位误差信号与频率信号结合起来进行处理，以便确定反电动势信号是否与频率信号同相。该装置的优点在于相位误差信号与频率信号结合起来被处理，对这些信号本身没有求导数，其结果是使该装置简单化。最好锁定检测器包括用于把相位误差信号与频率信号彼此相乘的装置，以便获得一个锁定信号。特别是锁定检测器包括用于以频率信号的节奏使误差信号交替地反相和不反相以便获得锁定信号的装置。如果这样获得的锁定信号没有一个直流分量，那么这意味着锁相环被同相锁定。相反，如果该锁定信号具有一个直流分量，那么这意味着即可以是锁相环被锁定而反电动势信号与频率信号不同相，或者是锁相环没有锁定，即在反电动势信号与频率信号之间根本没有相位关系。
特别是该装置包括由锁定信号控制的装置，例如用于重新起动该装置、产生一个误差信号，或用于当锁定信号表示反电动势信号与频率信号不同相的状态时增加第一低通滤波器的带宽。这就使得能够检测一个失速的电动机或检测一个以相反方向旋转的电动机。通过重新起动该装置或增加所示滤波器的带宽，能够假设多相锁相环一个正确的锁定状态，其结果是该电动机将以需要的方式旋转。
具有一个锁相环的已知电路也具有这样的问题当电动机被起动时该电动机不能正确的操作。在根据本发明的一种特殊的实施例中，这个问题被解决了，其原因是该装置还包括一个掩蔽电路，用于至少在相位误差信号中存在一个回扫脉冲期间暂时抑制由第一低通滤波器和/或锁定电路进一步处理相位误差信号，由此抑制处理在相位误差信号中出现的回扫脉冲。
因此，掩蔽电路从相位误差信号中，即从提供给第一低通滤波器和/或锁定电路的取样的反电动势信号中消除回扫脉冲。
回扫脉冲在一个变换(逆变器的转换时刻)之后出现。一个回扫脉冲的持续时间取决于电动机电流和自感效应。因此，当电动机被起动并且以低速度旋转时，一个回扫脉冲的持续时间长。相反，当电动机被起动并且以低速度旋转时，反电动势信号小。这意味着通常回扫脉冲克服了反电动势信号。其结果是由一个积分器和锁定检测器构成的第一低通滤波器的正确操作将被干扰。一个偏离控制信号意味着在一个理想的时刻上不影响变换。由于根据本发明，已经消除了回扫脉冲，所以借助于多相锁相环电路能够直接地起动。此外，它保障在理想的时刻以任何速度，即也以低速度产生变换，并且在低速度上也能够借助于锁定检测器来确定多相锁相环电路的状态。
下面参照附图来详细地描述本发明。
图1示出了根据本发明的一种装置的实施例；图2示出了在图1中所示装置的电源电路的一个例子；图3示出了一个表，该表解释了在图1中所示装置的操作；图4示出了由图1所示的装置连续地提供给一个电动机的图表解释的驱动信号；图5A示出了用于解释在图1中所示装置的操作波形图；图5B示出了用于解释在图1中所示装置的操作波形图；图6示出了在图1中所示装置的一个锁定检测器的例子；图7示出了在图1中所示装置的一个掩蔽电路的例子；和图8示出了一个盘驱动器的例子，该盘驱动器包括一个如在图1中所示的装置。
在图1中，符号1表示一个装置，该装置用于给一个三相无刷直流电动机8的三个绕组2,4,6提供驱动信号。以给定的顺序循环地给电动机8的定子绕组提供驱动信号，以致于电动机8的磁转子开始转动，在预定的固有周期期间至少一个绕组没有被提供驱动信号。在该实施例中，在预定的固有周期期间，所有的三个绕组循环地但不同时地不接收信号。装置1包括一个多相逆变器10，该逆变器10实际上是已知的，它以上述的方法给电动机8的绕组2,4,6提供驱动信号。由多相逆变器10产生的驱动信号借助于导线12,14,16提供给绕组2,4,6。
在该实施例中，多相逆变器10是一个三相逆变器，因为在该情况下一个三相直流电动机将被驱动。在该实施例中，多相逆变器10包括一个电源电路18和一个定序器20。定序器20借助于导线22.1-22.6顺序地驱动电源电路18，以致于电源电路18按一个顺序方式，例如以一个给定的顺序循环地给绕组2,4,6提供驱动信号。图2示出了一个电源电路18的实施例。电源电路18包括一个常规的三重半H桥路。电源电路18包括在一个电源线26与一个零电位线28之间设置的三个串联电流通路24,24’,24”。在该实施例中，一个电源电压Vo被提供给电源线26而零电位线与地连接。
每个电流通路24,24’,24”包括两个串联连接的晶体管30,32,30’,32,30”,32”。晶体管30,30’,30”,32,32’,32”每个例如可以包括一个实际上已知的FET或任何其它开关装置。此外每个晶体管30,30’,30”,32,32’,32”具有一个相关的回扫二极管34,34’,34”,36,36’,36”。每个回扫二极管与相关的晶体管反向并联连接。在该绕组的一个固有周期之间由在一个绕组中产生的反电动势所产生的回扫信号流过该回扫二极管。导线12,14,16与在晶体管30,32,30’,32’,30”,32”之间的节点A,B,C分别地连接。
下面参照在图3中的表和参照图4来详细地描述电源电路18的操作，其中图4示出了电动机8。绕组2,4,6的端子在图4中表示为节点A,B,C,并且与在图1至3中的节点A,B,C相对应。通常认为在操作中一个节点(例如节点A)与电源线26连接，另一个节点(例如节点B)与零电位线28连接，最后一个节点(例如节点C)保持浮动。因此，六个不同的相是可以得到的。例如，在第一相位F中，借助于导线22.3来控制电源电路以便使晶体管30关断，由此，把节点A把与电源线26连接。在第一相位F中，晶体管32’借助于导线22.5同时被驱动，以致于把节点B与零电位线28连接。在第一相位F中，另一个晶体管被关断。其结果是在第一相位F期间产生一个驱动电流，该电流借助于晶体管30从电源线26流入到节点A中、借助于绕组2和4从节点A流入到节点B中、和借助于晶体管32’从节点B流入到零电位线28中。节点C保持浮动。在图3和4中示出了第一相。图3中的第一线表示一个电流从节点A流入到节点B，而节点C保持浮动。在图4中，由被圈起来的符号1表示的箭头来表示这个电流。利用完全类似的方式，在相位2中，一个电流从节点A流入到节点C，而节点B保持浮动。利用类似的方式，在图3和4中示出了其它的相位3到相位6。此外，一个驱动周期Pa能够被限定，在该周期中驱动信号被提供给一个电动机的一个绕组。一个固有周期Pv能够被限定为一个周期，在该周期中，没有驱动信号被提供给一个绕组。图3也给出了驱动周期Pa和固有周期Pv。这个图表示在给定的驱动周期Pa期间，驱动信号被提供给电动机绕组，以致于在该实施例中在两个绕组的驱动周期Pa不给一个绕组提供驱动信号。因此，一个固有周期的开始和结束与一个驱动周期的开始或结束重合，每个驱动周期是一个固有周期的两倍。
如上所述，在固有周期Pv期间，节点A,B或C中的一个节点保持浮动。然而，如果例如节点C在第一相位中保持浮动，那么电动机的转子的转动将在绕组6中产生一个感应电压。该感应电压在节点C和三个绕组的星形点S之间可以得到，并且在此后该感应电压被称为反电动势信号。类似地，在第二相位F中，在节点B和星形点S之间产生一个反电动势信号，在第三相位F中，在节点C和星形点S之间产生一个反电动势信号等等。
定序器20是一个已知类型的定序器并且以在此后限定的一个频率信号的节奏来操作，该频率信号包括一个时钟信号并且借助于一个导线38来提供该频率信号，该定序器20在导线22.1-22.6上产生信号，该信号以在图3中的表给定的顺序循环地使30,30’,30”,32,32’,32”导通。定序器20例如可以包括一个公知的移位寄存器，该移位寄存器在电动机转动一圈期间移位六次。因此，在该实施例中，导线38上的时钟信号具有一个频率，该频率是转子的旋转频率的六倍。
分别在绕组2,4,6中产生的上述反电动势信号包含关于电动机的转子的实际位置的信息。因此，这些信号被用于把一个实际的转子位置与一个希望的转子位置相比较，以便如果需要，允许校正实际的转子位置。为了该目的，该装置包括一个反馈回路，该反馈回路包括一个相位检测器40、一个低通滤波器42和一个振荡器44。代表实际转子位置的反电动势信号借助于导线12,14,16被提供给相位检测器40。借助于在此后将被描述一个检测器48，利用定序器20从在导线22.1-22.6上产生的输出信号能够获得希望的转子位置，并且借助于导线50,52,54把相关的信号提供给相位检测器39。在该实施例中，可控振荡器44是一个VCO(电压控制的振荡器)。该装置还包括一个脉宽调制器56，该脉宽调制器56产生一个电源电压Vo，该电源电压Vo提供给电源电路18。通过改变电源电压Vo的脉冲宽度能够控制电动机的速度。为了这个目的，该装置包括一个速度控制器58，该速度控制器58控制脉宽调制器56。振荡器44的输出信号是电动机速度的度量值并且借助于一个导线60被提供给速度控制器58。速度控制器58把由导线60上的信号表示的实际速度与希望的速度相比，其中希望的速度例如是借助于一个导线62提供给速度控制器58的。如果在借助于导线62输入的希望的速度与根据导线60上的信号表示的实际速度之间具有一个差值，那么速度控制器58借助于导线64能够控制脉宽调制器56，以便把速度差减小到零。
利用脉冲宽度控制来控制电动机速度的优点是能够获得高效率。脉宽调制在反电动势上产生了寄生的分量。然而，由于所述反馈回路是一个多相锁相环(在本实施例中为一个三相锁相环)，所以这些寄生分量对转子的瞬时位置的控制没有影响。低通滤波器42把由脉宽调制产生的高频寄生分量消除。因此，多相锁相环维持在转子与定子之间所需要的相位角关系，即使当利用脉宽调制来控制电动机的速度时也能维持该相位角的关系。在此，一个多相锁相环可以被理解为一个反馈电路，该电路形成了一个用于电动机的每个绕组的锁相环并因此反馈多个相位信号(反电动势信号)。
可控振荡器44产生包括一个时钟信号的上述频率信号，并且借助于导线38对定序器18计时。
该装置还包括一个锁定检测器70，关于频率信号的频率和相位的信息借助于一个导线60提供给该锁定检测器70。此外，关于相位误差信号的频率和相位的信息借助于一个导线72提供给该锁定检测器70。根据该信息，锁定检测器70确定反电动势信号是否与频率信号同相，即它确定反电动势信号是否与频率信号同相或在所述信号之间没有相位关系。当频率信号被锁定到一个谐波频率而不是反电动势信号的基波频率时产生一个不希望的相位关系。然后，多相锁相环被锁定但是不同相。如果没有任何相位关系，那么多相锁相环完全没有锁定。因此，锁定检测器确定多相锁相环的状态，即它确定是否被锁相或没有被锁相。
在本实施例中，相位误差信号和频率信号都被提供给检测器。锁定检测器70把这些信号结合起来进行处理，以便确定多相锁相环的所述状态。锁定检测器70在导线70上产生一个在以后将被描述的锁定信号。该信号代表多相锁相环的这种状态。为了这个目的，多相锁相环可以包括用于使频率信号和相位误差信号彼此相乘的装置。这样获得的锁定信号被提供给导线74以便进一步处理。在本实施例中，如将在下面描述的，锁定检测器包括用于使相位误差信号交替地反相和不反相的装置，以便获得锁定信号。
下面借助于图5A和5B来描述该装置的操作，特别是该装置的反馈回路和锁定检测器的操作。
在图5A和5B中由F表示的第一行给出了六个不同的相位区，当电动机转动一整圈时连续的产生这些相位区，行A,B,C对于电动机的节点A,B,C分别给出了作为一个时间的函数的电压。例如，它表示在第一和第二相位区期间，在节点A上的电压等于电源电压Vo。在第三相位区期间，节点A是浮动的并且在绕组2中产生反电动势信号。在第四相位区的开始时节点A上的电压变为等于零点上的电压，因为节点A与零电位线28连接。在第四和第五相位区期间维持这种情况。在第六相位区期间，节点A变为再次浮动并且产生另一个反电动势信号。在节点B中产生与在节点A中相同的信号，在节点B中的信号相对于在节点A中的信号移相了120°。类似地，在节点C中产生的信号相对于节点A移相了240°。
如上所述，反电动势信号包括与电动机转子的位置相关的信号。为了能够使所有的信息被使用，在节点A,B,C中出现的反电动势信号被取样、当需要时被反向并且被结合以便形成一个相位误差信号(FF)，如在图5B中示出的。利用一个多路调制器来形成相位检测器40，该多路调制器本身是公知的。为了正确地结合反电动势信号以便形成相位误差信号，该装置还包括解调器48，定序器20的输出信号提供给该解调器48。利用一种已知的方法，定序器20的输出信号这样地被处理以致于解调器48在导线50,52,54上分别地产生开关信号S1、S2和S3。开关信号S1、S2和S3借助于导线50,52,54提供给相位检测器40。当开关信号S1假设值为1时，导线12(节点A上的信号)上的信号不变地被传送。如果开关信号S1假设值为0，那么导线12上的信号被中断，如果开关信号S1假设为-1，那么导线12上的信号被反向。它也适合于与开关信号S2和S3相关的导线14和16上的信号。结果，在导线66上的相位检测器40的输出端上产生如在图5B中所示相位误差信号。因此，相位检测器40把所有可获得的反电动势信号结合起来并且给这些信号相同的极性。其优点是在相位误差信号(FF)中出现所有获得的反电动势信号。如果随后相位误差信号直接地提供给低通滤波器42，那么例如由脉宽调制器56可以产生任何寄生分量，并且由滤波器来消除在相位误差信号的第二相位中示出的寄生分量。因此，低通滤波器产生一个控制信号，在该控制信号中由脉宽调制器引起的抖动被抑制。借助于一个导线68，控制信号被提供给振荡器44，该振荡器44响应该控制信号在导线38上产生一个频率信号(V)，如在图5中所示的。利用该频率信号(V)使定序器20计时。
然而，相位误差信号(FF)包括回扫脉冲(p)，该回扫脉冲(p)不包含与时间转子位置相关的信息并且局部地掩蔽反电动势信号。换句话说，在把一个驱动信号提供给相关的绕组被中止并且该绕组保持浮动之后，用于一个给定绕组的回扫脉冲立即启动。回扫脉冲的持续时间取决于电动机的电流、自感效应和反电动势。由于有用的反电动势信号是比较小的，而回扫脉冲是比较大的，所以起动一个电动机是困难的。其结果是低通滤波器42产生一个输出信号，该输出信号不仅依赖于反电动势信号也依赖于回扫脉冲。由于回扫脉冲与瞬时的转子位置无关，所以低通滤波器的输出信号呈现了一个误差，该误差的幅值取决于回扫脉冲的幅值。然后利用锁相环来较正地控制转子位置。
为了减轻回扫脉冲的问题，在图1中所示的装置还包括一个掩蔽电路76。该掩蔽电路76抑制在相位误差信号(FF)中的回扫脉冲，以便获得一个较正的信号(FF’)。在本实施例中，回扫脉冲甚至可以从相位误差信号中完全地被消除。
如上所述，较正的相位信号(FF’)借助于导线72被提供给锁定检测器70。该锁定检测器70包括将在后面描述的装置，在频率信号V产生一个下降沿的时刻上该装置使相位误差信号翻转。在图5B中示出了这样获得的锁定信号L1。在图中所述的情况下，其中多相锁相环处于正确的锁定状态，即，频率信号V与由绕组2,4,6来的反电动势信号同相，锁定信号L1具有一个与Vref对应的直流分量。这个直流分量的出现意味着多相锁相环同相地被锁定。如果锁相环没有正确地被锁定，即如果在频率信号V与绕组2,4,6的反电动势信号之间具有一个异常的相位关系或没有相位关系，在一个失速的电动机或一个沿反方向转动的电动机的情况下能够引起锁相环没有被正确地锁定，那么在锁定信号L1中的直流分量将消失。因此，锁定信号L1代表锁相环不正确的锁定状态。
图6示出了锁定检测器70的一种特殊的实施例。该锁定检测器70包括一个运算放大器78，该运算放大器78借助于电阻器80和82设置成一个反相器电路。锁定检测器70还包括开关装置84，该开关装置84具有一个第一输入86和一个第二输入88，相位误差信号和反相的相位误差信号分别地被提供给第一输入86和第二输入88。开关装置84还具有一个输出90，该输出90在一个第一开关状态下与第一输入86连接和在第二开关状态下与第二输入88连接。在该实施例中，开关装置84包括一个第一可控开关91该第一开关91被设置在第二输入88与输出90之间。利用导线38上的频率信号来控制第一开关91。开关装置84还包括一个第二可控开关92，该第二开关92被设置在第一输入86和输出90之间。借助于一个反相器94利用由导线38来的反相频率信号来控制第二开关92，该第二开关92也构成了开关装置84的一部分。在输出90上的信号被提供给一个低通滤波器96。最后，低通滤波器96的输出信号提供给一个比较器98，该比较器98在导线74上也产生锁定信号。该比较器也接收基准信号Vref。
锁定检测器工作如下。当一个负电压被提供给第一开关91的控制输入C时，第一开关91闭合。当一个正电压被提供给第一开关91的控制输入C时，第一开关91打开。类似地，当一个负电压被提供给第二开关的控制输入C时，第二开关92闭合。当一个正电压被提供给第二开关92的控制输入C时，第二开关92打开。在频率信号V为正的那一时刻上，第二开关92闭合而第一开关91打开。然后相位误差信号FF’以非反相的形式提供给输出90。随后当频率信号V变为负时，第一开关91被闭合而第二开关92被打开。这意味着反相的相位误差信号FF’被提供给输出90。在输出90上它产生一个在图5B所示的参照信号L1。当信号L1提供给低通滤波器96时，它导致在低通滤波器96的输出上产生一个在图5B中所示的参照信号L2。在如图5B所示的情况下，多相锁相环正确地被锁定。因此，信号L1将包括一个与Vref对应的直流分量。因此，信号L2包括一个与Vref不对应的电压。当该信号被提供给比较器98时，它导致在比较器98的输出上产生一个不等于0的信号L3。
当锁相环不处在正确的稳定状态时，即当在频率信号V与电动机的绕组2,4,6的反电动势信号之间没有或具有一个偏离的相位关系时，在相位误差信号FF’与频率信号V之间没有一个预定相位关系。其结果是信号L1是在Vref上交变的一种电压形式。这意味着信号L2等于Vref。在图5B中，这种情况由L2’标出。然后信号L3是零。在图5B中，这种情况由L3’标出。因此，当导线74上的信号是零时，多相锁相环处于一种不正确的锁定状态，当该信号不等于零时，多相锁相环处于一种正确的锁定状态。应该指出的是信号L1,L2以及L3能够起代表多相锁相环的状态的锁定信号的作用。然而，在本实施例中，信号L3被用作为锁定信号，是因为这个信号能够适合两个预定的状态，该两个预定状态能够容易地被解释。利用一个A/D转换器可以代替比较器98，而不影响锁定检测器的操作。
为了产生一个误差信息，例如能够利用锁定信号L3来增加低通滤波器42的带宽，或当锁定信号L3代表多相锁相环不处在正确的锁定状态时，即当锁定信号L3是0时，重新启动该装置。为了这个目的，低通滤波器42具有一个可变电阻器100，该电阻器100与一个电阻器102一起来确定低通滤波器42的带宽。低通滤波器42还包括一个控制电路，该电路控制电阻器100的电阻值。锁定信号L3被提供给控制电路104。当锁定信号L3是0时，控制电路104将控制电阻器100，以致于该电阻器100的电阻值减小，其结果是低通滤波器42的带宽增加。借助于导线106也能够把锁定信号提供给速度控制器58。如果锁定信号L3变为0，那么速度控制器58例如能够使电动机停止并且使该装置被重新启动。锁定信号的这些和其它的明显用途都被认为是在本发明的保护范围之内。
为了完整性的缘故，应该指出的是如果需要，掩蔽电路76也可以被省略。在这种情况下，导线76直接地与导线72连接。然后，在输出90上的信号将是在图5B中由L1”标出的形式。电动机再次启动，在信号L1”中回扫脉冲P的宽度将减小。其结果是当锁相环处于正确的锁定状态时，信号L1”也将包括一个与Vref对应的直流分量。显然，当锁相环不处于正确的锁定状态时，信号L1”将不包括一个与Vref对应的直流分量。这意味着借助于信号L1”能够检测一个静止的电动机或一个以反向方向旋转的电动机。因此，回扫脉冲P能够仅经验这样一个宽度，以致于在电动机正在被启动，即电动机非常慢地转动的那一时刻上信号L1”不提供需要的信息。然而，利用如上所述的一个掩蔽单元能够解决这个问题。
为了完整性的缘故，也应该指出的是另一方面掩蔽单元能够仅仅与一个锁定检测器结合起来被使用，或仅与低通滤波器42结合起来被使用，或如在图1中所示的与锁定检测器和低通滤波器结果起来被使用。这些变型被认为是在本发明的保护范围之内。
最后，为了完整性的缘故，参照图7将描述掩蔽电路76的一个实施例。
掩蔽电路76包括第一可控开关装置108，该第一开关装置108具有至少一个打开状态和一个闭合状态。在闭合状态中，导线66上的相位误差信号借助于导线72直接地提供给低通滤波器42。掩蔽电路76还包括第二开关装置110，该第二开关装置110具有至少一个打开状态和一个闭合状态。当第二开关装置110处于闭合状态时，导线72与一个基准电压(Vref)连接。然后导线72传送一个由基准电压确定的第一基准信号，该信号被提供给低通滤波器42。利用一个触发器112的Q输出和Q输出分别地控制第一开关装置108和第二开关装置110。利用在导线38上的振荡器的输出信号来对触发器112计时。掩蔽电路76还包括一个以一个比较器114形式的检测电路，该比较器114具有一个与导线66连接的第一输入端和具有一个提供有直流电压的第二输入端。因此，一个第二基准信号被提供给第二输入端，在本实施例中，第二基准信号与第一基准信号是相同的。比较器114的输出与一个“或”运算电路116的输入连接。在导线38上的频率信号也提供给一个第一定时器118和一个第二定时器120。第一定时器118的输出与“或”运算电路116的一个第二输入连接。第二定时器120的输出与第三开关装置122连接，以便控制这些开关装置。“或”运算电路116的输出借助于第三开关装置122与触发器112的输入连接。
掩蔽电路76操作如下。一旦振荡器44起动一个转换，触发器借助于导线38就被复位。这意味着触发器控制第一开关装置108，以便将它们打开，和控制第二开关装置110，以便将它们闭合。因此，触发器形成一个特别的起动电路，用于起动抑制反电动势信号。其结果是在这种情况下由基准电压Vref形成的第一基准信号被提供给低通滤波器42的输入端和锁定检测器76。在本实施例中，基准电压Vref等于电源电压Vo的一半。只要在导线66上出现一个回扫脉冲，在该导线上的电压将接近为0。然而，一旦回扫脉冲停止，导线66上的电压将增加。在导线66上的电压等于基准电压Vref的那一时刻比较器114将产生一个等于0的输出信号。当假设第三开关装置122被闭合时，这导致了触发器被设置到另一个状态，这将使第一开关装置108被闭合，第二开关装置110被打开。其结果是；导线66上的相位误差信号不再被中断并且借助于导线72被提供给低通滤波器42的输入端和锁定检测器76。
利用振荡器44起动的一个转换也起动第一定时器118。第一定时器118的一个特征是该第一定时器提供一个信号，该信号在定时器被起动的那一时刻不等于0。第一定时器118维持这个信号直到一个预定的最小周期结束为止。当再次假设第三开关装置122被闭合时，这意味着在至少所述的最小周期触发器保持在它的原始状态，以致于在这个最小周期期间第一开关装置108保持打开，并且在这个最小周期期间第二开关装置110保持闭合。装置1中固有延时的结果是实际的转换，即反相器对由振荡器来的频率信号的响应将稍后地出现。这在取样的反电动势信号中产生干扰。由于所有这些干扰出现在所述的最小周期之内，所以它们将不提供给低通滤波器。在预定的最小周期结束时第一定时器将为0。从这时起，触发器的状态将取决于比较器114的输出信号。
在振荡器起动一个转换的那一时刻第二定时器120也被复位。从该时刻起，第二定时器120的输出信号将假设是一个非零值。一旦第二定时器120的输出信号不是零，第三开关装置122被闭合。然而，第三开关装置122将被打开，其原因是在一个预定的最大周期之后第二定时器120的输出信号变为0。该最大周期比所述最小周期长并且比固有周期短，在该固有周期中能够产生电动势信号。如果回扫脉冲不出现或由于任何原因由比较器没有检测到回扫脉冲，那么第二定时器将保证在最大周期终止之后使第三开关装置被打开。结果，第一开关装置108将被再次闭合而第二定时器120借助于触发器112将被打开。由于在其中能够产生一个反电动势信号的周期的持续时间取决于电动机速度，所以最好使第二定时器120的所述最大周期依赖于电动机的瞬时速度。电动机的速度越高，该最大周期能够越小。例如，借助于由振荡器44在导线38上产生的频率信号，通过设置第二定时器120能够实现上述情况。
在本实施例中，低通滤波器包括一个积分器，该积分器对在相位误差信号与一个第三基准信号之间的差值进行积分，以便获得提供给振荡器44的控制信号。在该实施例中，第三基准信号由基准电压Vref构成。它的优点在于当掩蔽电路把第一基准信号提供给低通滤波器时，在积分器的输入端上出现相同的电压。然而，显然，它也能够使用其它类型的低通滤波器，例如无源RC滤波器。
应该强调的是本发明的保护范围不限于上述描述的实施例。
根据相同的原理，本发明也能够被用于2相、3相、4相、5相、…、n相电动机。此外，本发明不限于与三相电动机结合起来使用，该电动机具有设置一个Y结构的绕组。其它的结构也可以想像到。一个由一个多相直流电动机和一个根据本发明的装置构成的驱动装置最好被用在盘驱动器中，例如计算机硬盘驱动器、CD-ROM驱动器、软盘驱动器和类似的驱动器。图8示出了这样一个盘驱动器124。该盘驱动器124包括一个信息载体，在本实施例中该信息载体是以三个可磁化的盘126的组合形式。该盘驱动器还包括一个读和性单元128，用于把数字信息写入到可转动的盘126上，并且用于从盘126上读出数字信息。利用如在图1中所示的装置1和电动机8来驱动转盘126。盘驱动器124的优点在于盘驱动器124的起动是非常可靠的。这意味着当起动时盘驱动器124在一个不希望的方向上开始旋转也不存在危险，尽管如此，盘驱动器将非常可靠地起动。这个优点是由于锁相环与掩蔽电路76结合使用的结果所产生的。如果由于某种原因盘驱动器以错误的方向开始旋转或失速，那么利用锁定检测器来检测这种情况，并且能够采取适当的措施。因此，根据本发明的盘驱动器将非常可靠地操作。
然而，该装置也适合于与其它的驱动器结合起来使用。所有这些变型都属于本发明的保护范围之内。
权利要求
1．一种装置，用于产生提供给一个多相直流电动机(8)的多个绕组(2,4,6)的驱动信号，包括一个多相逆变器(10)，该逆变器(10)把驱动信号提供给电动机的绕组，以致于以给定的顺序由驱动信号循环地激励这些绕组，至少在预定的固有周期(Pv)期间至少一个绕组没有被提供驱动信号；一个相位检测器(10)，在没有给所述绕组提供驱动信号的多个所述固有周期期间，该相位检测器(10)在所述多相逆变器的控制下把这些绕组的反电动势信号多路调制，以便获得一个相位误差信号(FF)；一个第一低通滤波器(42)，该低通滤波器根据相位误差信号来产生一个控制信号；和一个可控振荡器(44)，该振荡器产生一个频率信号(V)，该频率信号的频率取决于控制信号，多相逆变器给绕组提供驱动信号的时间取决于频率信号，该装置还包括一个由多相逆变器，相位检测器，第一低通滤波器和振荡器构成的锁相环，其特征是该装置还包括一个锁定检测器(70)，该锁定检测器确定反电动势信号是否与频率信号(V)同相，该锁定检测器根据与相位误差信号(FF)的频率和相位相关的信息和与频率信号的频率和相位相关的信息来进行上述确定。
2．根据权利要求1的装置，其特征是锁定检测器把相位误差信号与频率信号结合起来进行处理，以便确定反电动势信号是否与频率信号同相。
3．根据权利要求1或2的装置，其特征是锁定检测器产生一个锁定信号，该锁定信号代表反电动势信号是否与频率信号同相。
4．根据权利要求3的装置，其特征是锁定检测器包括用于把相位误差信号与频率信号彼此相乘的装置。
5．根据权利要求4的装置，其特征是锁定检测器包括用于以频率信号的节奏使误差信号交替地反相和不反相以便获得锁定信号的装置。
6．根据权利要求5的装置，其特征是锁定检测器包括一个用于使相位误差信号反相的反相电路和开关装置，利用频率信号使该开关装置在一个第一开关状态与一个第二开关状态之间进行转换，该开关装置在第一开关状态中传送相位误差信号并且在第二开关状态中传送由反相电路产生的反相的相位误差信号。
7．根据权利要求6的装置，其特征是开关装置具有一个第一输入和一个第二输入，相位误差信号和反相的相位误差信号分别地被提供给第一输入和第二输入，和一个输出，该输出在一个第一开关状态下与第一输入连接和在第二开关状态下与第二输入连接。
8．根据权利要求6或7的装置，其特征是锁定检测器还包括一个第二低通滤波器，由开关装置的输出来的输出信号提供给该第二低通滤波器。
9．根据权利要求8的装置，其特征是锁定检测器还包括一个比较器或一个A/D转换器，第二低通滤波器的输出信号提供给该比较器，以便获得一个数字锁定信号。
10．根据权利要求6-9中任一种装置，其特征是开关装置利用与频率信号的频率和相位对应的一个频率和相位在第一开关状态与第二开关状态之间交替地转换。
11．根据权利要求3-10中任一种装置，其特征是该装置包括由锁定信号控制的装置，用于重新起动该装置、用于产生一个误差信号，或用于当锁定信号表示反电动势信号与频率信号不同相的状态时增加第一低通滤波器的带宽。
12．根据上述权利要求中任一种装置，其特征是该装置还包括一个掩蔽电路，用于至少在相位误差信号中存在一个回扫脉冲期间暂时抑制由第一低通滤波器和/或锁定电路进一步处理相位误差信号，由此抑制处理在相位误差信号中出现的回扫脉冲。
13．根据权利要求12的装置，其特征是掩蔽电路还包括开关装置，用于中断提供给第一低通滤波器和/或锁定电路的相位误差信号，以便阻止进一步处理回扫脉冲。
14．根据权利要求13的装置，其特征是当提供给第一低通滤波器和/或锁定电路的相位误差信号被中断时，掩蔽电路把一个第一基准信号提供给第一低通滤波器和/或锁定电路。
15．一种适合用在前面任一权利要求所述装置中的锁定电路。
16．一种包括一个多相直流电动机和权利要求1-14中任一权利要求所述装置的驱动装置。
17．一种用于在/从一个信息载体上存储和/或从该信息载体上再产生信息的系统，包括一个用于从/在信息载体上读出信息和/或把信息写到信息载体上的头部和一个在权利要求16中所述的驱动装置，该驱动装置相对信息载体相对地移动头部。
全文摘要
一种装置,用于产生提供给一个多相直流电动机(8)的多个绕组(2,4,6)的驱动信号,包括:一个多相逆变器(10),该逆变器(10)把驱动信号提供给电动机的绕组(2,4,6),以致于以给定的顺序由驱动信号循环地激励这些绕组。至少在预定的固有周期(Pv)期间至少一个绕组没有被提供驱动信号。该装置还包括一个相位检测器(40),该相位检测器(40)在所述多相逆变器的控制下对这些绕组的反电动势信号进行取样,以便获得一个相位误差信号;一个低通滤波器(42),该低通滤波器根据相位误差信号来产生一个控制信号;和一个可控振荡器(44),该振荡器产生一个频率信号,该频率信号的频率取决于控制信号。多相逆变器给绕组(2,4,6)提供驱动信号的时间取决于频率信号,该装置还包括一个由多相逆变器、相位检测器、第一低通滤波器和振荡器构成的锁相环。该装置还包括一个锁定检测器(70),该锁定检测器根据与相位误差信号(FF)的频率和相位相关的信息和与频率信号的频率和相位相关的信息来确定锁相环是否被同相锁定。
文档编号H02P6/18GK1214812SQ97193460
公开日1999年4月21日 申请日期1997年11月10日 优先权日1996年12月3日
发明者H·C·J·比斯克 申请人:皇家菲利浦电子有限公司