CN1489279B

CN1489279B - 电动机驱动控制电路和电动机驱动设备

Info

Publication number: CN1489279B
Application number: CN031556965A
Authority: CN
Inventors: 神取大辅
Original assignee: Rohm Co Ltd
Current assignee: Rohm Co Ltd
Priority date: 2002-09-04
Filing date: 2003-09-03
Publication date: 2010-04-28
Anticipated expiration: 2023-09-03
Also published as: KR100552444B1; KR20040021542A; TW200405648A; TWI230501B; JP4010912B2; CN1489279A; US20040056628A1; JP2004104846A; US6946808B2

Abstract

常规的无位置传感器型的电动机驱动控制电路由有缺点的方法起动电动机，电动机不是经常在正向起动，或由电流检测电阻产生功耗的有缺点的方法起动。根据本发明，电动机驱动控制电路用驱动信号控制驱动部分，用驱动电流馈送给电动机的定子线圈的驱动部分有：驱动信号输出电路，在电动机起动前向驱动部分输出转子位置检测驱动信号；检测电路，当驱动信号输出电路输出转子位置检测驱动信号时，接收定子线圈的公共一端子电压，并根据定子线圈的公共一端子电压，检测在电动机起动前转子的位置。

Description

电动机驱动控制电路和电动机驱动设备

技术领域

本发明涉及无位置传感器型的电动机驱动控制电路，涉及具有此电动机驱动控制电路的设备。

背景技术

在常规的无位置传感器型的电动机驱动控制电路中，起动电动机的一种方法是用预先确定的顺序强制振动电动机，这与转子的位置无关(下文中称为“方法I”)。另一种方法是用电流检测电阻，并在电动机起动前用电流脉冲馈送给电动机的定子线圈，因此用电流检测电阻检测定子线圈的激励状态，然后根据检测的结果，确定允许电动机正向起动的起动逻辑状态(下文中称为“方法II”)。

图11显示由以上描述的方法II起动电动机的无位置传感器型的电动机驱动的设备的配置例子。驱动部分1转换驱动电压V_D为三相电压，并将此输出到三相无刷电动机2(下文中称为电动机2)。电流检测电阻R5检测驱动部分1的激励状态。电动机驱动控制电路3′检测在电动机2起动前通过电流检测电阻R5的电流，然后根据检测的电流，确定允许电动机正向起动的起动逻辑状态，然后由基于起动逻辑状态产生的驱动信号控制驱动部分1。

然而，以上描述的方法I有缺点，因为馈送给电动机的三相电压是基于与转子位置无关的起动逻辑状态产生的，电动机不是经常正向起动的。另一方面，方法II有电流检测电阻产生功率损失的缺点。因此，没有适合用于便携装置的常规的电动机驱动设备可利用，如用于磁盘的旋转常常起动和停止的便携的MD(小型磁盘)播放器。

在日本专利申请公开No.H5-268791公开的电动机驱动设备中，由监测处于悬浮状态的线圈中的零交叉电压检测转子的位置。然而，除非电动机旋转，用此检测方法不可能检测转子的位置。因此，当瞬时失去后恢复同步时，用此检测方法可检测转子的位置，但在电动机起动前不可能检测转子的位置。

发明内容

本发明的目的是提供一种电动机驱动控制电路，其运行有稳定的起动特性和低的功耗，电动机驱动设备使用此电动机驱动控制电路，电器使用此电动机驱动设备。

为了获得以上的目的，根据本发明的一个方面，电动机驱动控制电路用驱动信号控制驱动部分，向电动机的定子线圈馈送转子位置检测驱动电流的驱动部分，包括：驱动信号输出电路，在电动机起动前向驱动部分输出转子位置检测驱动信号；检测电路，当驱动信号输出电路输出转子位置检测驱动信号时，接收定子线圈的公共端子电压，并根据定子线圈的公共端子电压，检测电动机起动前转子的位置。

根据本发明的另一个方面，电动机驱动设备包括：电动机；驱动部分，向电动机的定子线圈馈送转子位置检测驱动电流；电动机驱动控制电路，配置为以上所描述的用驱动信号控制驱动部分。

根据本发明的另一个方面，电器包括：配置为以上所描述的电动机驱动设备；由电动机驱动设备驱动的旋转部分。

本发明的电机驱动电路消除了提供检测电动机定子线圈传导状态的电流检测电阻的需要，因此有利于减小在电流检测电阻中的功耗。此外，本发明的电动机驱动设备减小了功耗运行，因此，适合于用电池运行的便携式光盘回放设备。

附图说明

从下面的解释并参考附图的优选实施例，本发明的这些目的和其它目的及其特征会更清晰。

图1是显示表现本发明的电动机驱动设备配置的视图；

图2是在电动机起动前作用为转子位置检测驱动信号的时序图；

图3是在电动机起动前检测转子位置时电动机电压的时序图；

图4是显示存储在图1的电动机驱动设备中提供的寄存器中的寄存值和电动机起动前转子位置的关系视图；

图5是显示在图1的电动机驱动设备中提供的解码器输出的起动逻辑状态和电动机起动前转子位置的关系视图；

图6是显示线圈公共端子变化检测比较器和图1的电动机驱动设备中提供的检测电平产生电路配置的例子的视图；

图7是显示线圈公共端子变化检测比较器和图1的电动机驱动设备中提供的检测电平产生电路配置的另一例子的视图；

图8是显示定子线圈的公共端子电压和在电动机起动前转子位置的关系视图；

图9A是在图1的电动机驱动设备中提供的脉冲发生器输出的脉冲信号的波形的时序图，以及在示于图6的电路中相应点观测的电压的波形的时序图，这是在电动机起动前转子位置在电机角度240°到270°的范围内的情况；

图9B是在示于图1的电动机驱动设备中提供的脉冲发生器输出的脉冲信号输出的波形的时序图，以及在示于图6的电路中相应点观测的电压的波形的时序图，这是在电动机起动前转子位置在电机角度0°到30°的范围内的情况中；

图10是显示表现本发明的光盘重放设备的配置的视图；

图11是显示常规的无位置传感器电动机驱动设备的配置例子的视图。

具体实施方式

图1显示表现本发明的电动机驱动设备配置的例子。这里，也在图11找到的此电路框图和部件由同样的参考数字和符号识别。图1的电动机驱动设备设计为三相电动机，由驱动部分1，电动机2和电动机驱动控制电路3组成。

驱动部分1是三相驱动电路，由n-通道MOSFETs(金属氧化物半导体场效应晶体管)的功率晶体管Q1到Q6组成。功率晶体管Q1到Q3的漏极互相连接，并连接到施加漏电压V_D的端子。功率晶体管Q1的源极连接到功率晶体管Q4的漏极，功率晶体管Q2的源极连接到功率晶体管Q5的漏极，功率晶体管Q3的源极连接到功率晶体管Q36的漏极。功率晶体管Q4到Q6的源极互相连接，并接地。

电动机2有三个定子线圈Lu，Lv和Lw。定子线圈Lu的一端连接到功率晶体管Q1和Q4之间的节点，定子线圈Lv的一端连接到功率晶体管Q2和Q5之间的节点，定子线圈Lw的一端连接到功率晶体管Q3和Q6之间的节点。电动机2的定子线圈Lu，Lv和Lw的另一端互相连接。

电动机驱动控制电路3连接驱动部分1和电动机2之间的各节点，也连接电动机2的定子线圈Lu，Lv和Lw的其它端子(连接在一起)，通过输出驱动信号D₁D到D₆的端子，也连接驱动部分1提供的功率晶体管Q1到Q6的各栅极。

从电动机驱动控制电路3输出的驱动信号D₁到D₆控制驱动部分1。然后，驱动部分1向电动机2馈送驱动电流使之旋转。

下面，描述电动机驱动控制电路3。电动机驱动控制电路3由脉冲发生器4，顺序电路5，模式选择器电路6，线圈公共端子变化检测比较器7，检测电平产生电路8，寄存器9，解码器10，预置电路11，反电动势检测比较器12，开关噪声屏蔽电路13和驱动波形产生电路14组成。此配置消除了提供检测电动机定子线圈传导状态的电流检测电阻的需要，因此有利于减小在电流检测电阻中的功耗。

脉冲发生器4，在接收从未说明的控制电路或此类电路的外部信号(电动机起动请求信号)时，对顺序电路5和寄存器9输出预先确定周期的短周期脉冲信号T₁(例如，有50kHz脉冲的脉冲信号)。

只在接收短周期脉冲信号T₁时，顺序电路5运行。在此周期中，基于短周期脉冲信号T₁，顺序电路5产生信号S₁到S₆，和指出时间点t₁，t₂，…，和t₆的周期开关时序信号T₂(所有的这些信号和时间点示于图2的时序图)，并向模式选择器电路6输出信号S₁到S₆和起动信号K。

信号S₁到S₆只输出短的时段而不致引起电动机开始旋转。在实施例中，从t₀到t₁，从t₁到t₂，…，和从t₅到t₆时段各为600μs。各信号S₁到S₆有保持高的高电平的时段，保持低的低电平的时段，和有与短周期脉冲信号T₁同样的波形的脉冲时段。例如，信号S₁有从t₀到t₂低电平时段，从t₂到t₃高电平的时段，从t₃到t₄脉冲时段，从t₄到t₅高电平的时段，从t₅到t₆低电平的时段。

接收起动信号K时，模式选择器电路6运行在转子位置检测模式；特别是，选择S₁到S₆，并且为了开关驱动部分1提供的功率晶体管Q1到Q6，向驱动部分1输出S₁到S₆为驱动信号D₁到D₆。特别是，在从t₀到t₁时段，功率晶体管Q1，Q5和Q6关，功率晶体管Q2和Q3开，功率晶体管Q4执行开关作用；在从t₁到t₂时段，功率晶体管Q1，Q2和Q6关，功率晶体管Q4和Q5开，功率晶体管Q3执行开关作用；在从t₂到t₃时段，功率晶体管Q2，Q4和Q6关，功率晶体管Q1和Q3开，功率晶体管Q5执行开关作用。同样的，在从t₃到t₄时段，功率晶体管Q2，Q3和Q4关，功率晶体管Q5和Q6开，功率晶体管Q1执行开关作用；在从t₄到t₅时段，功率晶体管Q3，Q4和Q5关，功率晶体管Q1和Q2开，功率晶体管Q6执行开关作用，在从t₅到t₆时段，功率晶体管Q1，Q3和Q5关，功率晶体管Q4和Q6开，功率晶体管Q2执行开关作用。因此，在从t₀到t₆时段，电动机电压V_uout，V_vout和V_wout，即，在驱动部分1和电动机2之间各节点的电压，有示于图3时序图的波形。以此方式，有如短周期脉冲信号T₁同样周期的短周期电流脉冲每次馈送到定子线圈Lu，Lv和Lw之一。

电动机2的转子装有磁体，由磁体产生的磁场引起定子线圈的阻抗变化。这样，定子线圈的阻抗随转子位置变化。因此，当短周期脉冲信号馈送给定子线圈时，它们的公共端子电压CT随转子位置变化。对馈送给定子线圈的电流脉冲用短周期的目的是增加定子线圈的阻抗，因此增加它们的公共端子电压CT的变化宽度。

线圈公共端子变化检测比较器7对定子线圈的公共端子电压CT与从检测电平产生电路8输出的检测电平作比较，并向寄存器9输出它们的差分信号Co。

检测电平产生电路8接收电动机电压V_uout，V_vout和V_wout和从顺序电路5输出的周期开关时序信号T₂，并产生相应于不同时段(即，时段从t₀到t₁，从t₁到t₂，…，和从t₅到t₆)的不同的检测电平。确定适合于电动机2的馈送短周期电流脉冲的次数，短周期电流脉冲的频率和检测电平。

寄存器9接收短周期脉冲信号T₁，并在各短周期脉冲信号T₁的后沿锁存差分信号Co。此外，寄存器9接收周期开关时序信号T₂，并分别顺序的存储在时间点t₁到t₆锁存的差分信号Co为寄存值R₁到R₆。然后寄存器9向解码器10输出寄存值R₁到R₆。如果，当存储的差分信号Co是高，存储值“1”为相应于此时间点的寄存值，如果当存储的差分信号Co是低，存储值“0”为相应于此时间点的寄存值。

在此实施例中，寄存值R₁到R₆与在电动机起动前转子位置的关系示于图4。在图4中，转子位置“1”到“12”分别相应于电机角度范围从0°到30°，从30°到60°，…，和330°到360°。在前面的解码器10中存储示于图4的寄存值R₁到R₆与在电动机起动前转子位置的关系，因此基于从寄存器9输出的寄存值R₁到R₆，解码器10检测在电动机起动前转子位置。在前面解码器10中也存储示于图5的不同转子位置的不同起动逻辑状态，因此解码器10向预置电路11馈送起动逻辑状态，在各逻辑状态Y₁到Y₃的组合形式中，这相当于电动机起动前检测到的转子位置。在图5中，转子位置“1”到“12”与显示在图4中的一样；此外，“H”要求相应的电动机电压是在高电平(＝电压V_D)时段，“M”要求相应的电动机电压是在高阻抗时段，“L”要求相应的电动机电压是在低电平(＝地电位)时段；此外，各逻辑状态Y₁，Y₂和Y₃分别指各电动机电压V_uout，V_vout和V_wout的逻辑状态。

以完备的运行顺序，顺序电路5向预置电路11馈送预置信号PR。在接收预置信号PR时，预置电路11向驱动波形产生电路14馈送起动逻辑状态Y₁到Y₃。

根据起动逻辑状态Y₁到Y₃，驱动波形产生电路14产生信号MTX1到MTX6，并把它们馈送到模式选择器电路6。当模式选择器电路6停止从顺序电路5接收起动信号K时，模式选择器电路6开始运行在无传感器驱动模式；选择信号MTX1到MTX6，并且它们向驱动部分1馈送为驱动信号D₁到D₆。

上面描述的操作使得保证在正向起动电动机成为可能。电动机起动后，反电动势检测比较器12根据电动机电压V_uout，V_vout和V_wou和定子线圈的公共端子电压CT，检测出现在悬浮状态的定子线圈的反电动势，并向开关噪声屏蔽电路13输出这些反电动势的检测信号。在接收反电动势的检测信号时，开关噪声屏蔽电路13在此去除由功率晶体管Q1到Q6的开关操作产生的开关噪声，并向驱动波形产生电路14输出。驱动波形产生电路14根据反电动势的检测信号，已检测电动机旋转时转子位置，并根据转子位置产生信号MTX1到MTX6。这里，模式选择器电路6运行在无传感器驱动模式，因此向驱动部分1输出信号MTX1到MTX6为驱动信号D₁到D₆。

图6显示线圈公共端子变化检测比较器7和检测电平产生电路8的配置的例子。电动机电压V_uout馈送到电阻R₁的一端，V_vout馈送到电阻R₂的一端，V_wou馈送到电阻R₃的一端。电阻R₁到R₃的另一端互相连接，并连接到差分放大器15的非反向输入端。输出端和差分放大器15的反向输入端连接到电阻R₄的一端。恒电压V_cc作用端通过恒流源16连接到电阻R₄的另一端和比较器18的反向输入端，然后通过恒流源17接地。在比较器18非反向输入端接收定子线圈的公共端子电压CT。比较器18输出差分信号Co。

如上面描述配置的电路运行在下面的模式。电阻R₁到R₃从电动机电压V_uout，V_vout和V_wou产生有效的公共端子电压。差分放大器15缓存有效的公共端子电压。

电阻R₄，恒流源16，恒流源17从有效的公共端子电压的偏移产生检测电平。由基于周期开关时序信号T₂的信号T₂′开和关恒流源16和17。在从t₀到t₁，从t₂到t₃，和从t₄到t₅时段，恒流源16关，恒流源17开。这使得电流I₂从电阻R₄流出，因此公共端子电压向下偏移。在此实施例中，电平偏移负40mV。另一方面，在从t₁到t₂，从t₃到t₄，和从t₅到t₆时段，恒流源16开，恒流源17关。这使得电流I₁供给电阻R₄，因此公共端子电压向上偏移。在此实施例中，电平偏移正40mV。

比较器18相当于示于图1的公共端子变化检测比较器7。当电动机线圈公共端子电压CT高于检测电平，比较器18使差分信号Co转为高，当电动机线圈公共端子电压CT不高于检测电平，使差分信号Co转为低。

图9A和图9B是显示从脉冲发生器4输出的短周期脉冲信号T₁，和示于图6的电路中在时间点t₁前后相应点观测的电压波形的时序图。这里，CT_o代表在电阻R₁到R₃之间节点的电压，即，有效的公共端子电压，LV代表馈送给比较器18反向输入端的电压，即，有电平偏移的有效的公共端子电压。图9A显示当电动机起动前电动机位置是“9”(电机角度在240°到270°的范围内)时观测的电压波形，图9B显示当电动机起动前电动机位置是“1”(电机角度在0°到30°的范围内)时观测的电压波形。

现在，描述为什么有效的公共端子电压电平偏移。图8显示在短周期脉冲信号T₁的后沿，在示于图3的从t₅到t₆时段作用在电动机2电动机电压V_uout，V_vout和V_wou，检测的定子线圈的公共端子电压CT和在电动机起动前转子位置电机角度的关系。定子线圈的公共端子电压CT约在电机角度45°有小的峰值，约在电机角度225°有大的峰值。如果检测电平低于约在电机角度45°的小峰值，不可能正确的检测转子位置。因为此原因，偏移有效的公共端子电压电平使得检测电平不再低于约在电机角度45°的小峰值。

代替示于图6的配置，可使用示于图7的配置。示于图7的电路不同于示于图6的电路，省略了示于图6电路的差分放大器15和电阻R₄，代替电阻R₁到R₄之间的节点是直接连接到恒流源16和17和比较器18之间的节点。

在示于图6和图7的电路中可附加提供另外两个串行恒流源对，各对有两个串行连接的恒流源。在此情况中，各串行恒流源对设置为输出差分电流，提供从三对恒流源中选择一个恒流源的选择器电路。使得有可能在不同的时段从t₀到t₁，从t₁到t₂，…，和从t₅到t₆偏移不同数量的电平。这增加了电平偏移模式数目到六，而在图6和图7显示的电路中是二。根据实际使用的电动机类型确定电平偏移模式数目。

下面，作为表现本发明的电器的例子，参考图10描述光盘回放设备。光学拾波设备22用激光照射光盘23，如小型磁盘，然后从光盘23反射的激光读信号，然后读得的信号馈送给微计算机20。

驱动器电路21根据微计算机20的指令驱动光学拾波设备22。由步进电机(无说明)的合作，光学拾波设备22在光盘23的径向步进偏移，因此定位于读出信号的轨道。

此外，驱动器电路24根据从微计算机20的指令驱动主轴电机25。光盘23通过主轴电机25的主轴旋转。

这里，用作为驱动器电路24和主轴电机25是显示在图1的电动机驱动设备。主轴电机25用作为电动机2，驱动器电路24用作为由驱动部分1和电动机驱动控制电路3组成的电路。显示在图1的电动机驱动设备从不在反方向起动电动机，因此不再需要过长时间起动主轴电机25。此外，显示在图1的电动机驱动设备减小功耗运行，因此适合于用电池运行的便携式光盘回放设备。

在电动机起动前检测转子位置，然后根据在上面描述的实施例中称为“灵敏起动”的实践的检测的结果起动电动机。上文中描述的实施例涉及驱动部分1和电动机驱动控制电路3由分离IC形成的情况。然而，驱动部分1和电动机驱动控制电路3由单个IC形成也是可能的。

Claims

1.一种电动机驱动控制电路，用驱动信号控制驱动部分，驱动部分向电动机的定子线圈馈送转子位置检测驱动电流，包括：

驱动信号输出电路；

检测电路，

其中，在电动机起动前驱动信号输出电路向驱动部分输出转子位置检测驱动信号，

其中，当驱动信号输出电路输出转子位置检测驱动信号时，检测电路接收定子线圈的公共端子电压，并根据定子线圈的公共端子电压，检测电动机起动前转子的位置。

2.根据权利要求1所述的电动机驱动控制电路，其特征在于转子位置检测驱动信号是控制驱动部分的信号，因此在电动机起动前，驱动部分用转子位置检测驱动电流馈送给定子线圈，这引起定子线圈的公共端子电压随转子位置变化，但不引起电动机开始旋转。

3.根据权利要求1所述的电动机驱动控制电路，其特征在于检测电路包括多个电阻器、检测电平产生电路和比较器，根据比较器的输出，检测在电动机起动前转子的位置，

其中，多个电阻器，在它们的一端分别接收电动机和驱动部分之间节点的电压，另一端互相连接，

其中，检测电平产生电路，通过将多个电阻器另一端的电压转换到对应转子位置检测驱动信号的电平产生检测电平，

其中，比较器比较检测电平与定子线圈的公共端子电压。

4.根据权利要求3所述的电动机驱动控制电路，其特征在于检测电平产生电路包括具有两个串联连接的恒流源的串行电路，多个电阻器的另一端直接或通过缓冲器和电阻连接到两个恒流源之间的节点。

5.一种电动机驱动设备，包括：

电动机；

驱动部分，向电动机的定子线圈馈送转子位置检测驱动电流；

电动机驱动控制电路，用驱动信号控制驱动部分，

其中，电动机驱动控制电路包括驱动信号输出电路和检测电路，

其中，驱动信号输出电路向驱动部分输出在电动机起动前转子位置检测驱动信号，

其中，当驱动信号输出电路输出转子位置检测驱动信号时，检测电路接收定子线圈的公共端子电压，并根据定子线圈的公共端子电压，检测在电动机起动前转子的位置。

6.根据权利要求5所述的电动机驱动设备，其特征在于转子位置检测驱动信号是控制驱动部分的信号，因此，在电动机起动前驱动部分把转子位置检测驱动电流馈送给定子线圈，这引起了定子线圈的公共端子电压随转子位置变化，但不引起电动机旋转。

7.根据权利要求5所述的电动机驱动设备，其特征在于检测电路包括多个电阻器、检测电平产生电路和比较器，根据比较器的输出，检测在电动机起动前转子的位置，

其中，比较器比较检测电平与定子线圈的公共端子电压。

8.根据权利要求7所述的电动机驱动设备，其特征在于检测电平产生电路包括具有两个串联连接的恒流源的串行电路，多个电阻器的另一端直接或通过缓冲器和电阻连接到两个串联恒流源之间的节点。

9.一种电器，包括电动机驱动设备和旋转部件，所述电动机驱动设备包括：

电动机；

电动机驱动控制电路，用驱动信号控制驱动部分；

所述旋转部件由电动机驱动设备驱动，

10.根据权利要求9所述的电器，其特征在于转子位置检测驱动信号是控制驱动部分的信号，因此，在电动机起动前驱动部分把转子位置检测驱动电流馈送给定子线圈，这引起了定子线圈的公共端子电压随转子位置变化，但不引起电动机旋转。

11.根据权利要求9所述的电器，其特征在于检测电路包括多个电阻器、检测电平产生电路和比较器，根据比较器的输出，检测在电动机起动前转子的位置，

其中，比较器比较检测电平与定子线圈的公共端子电压。

12.根据权利要求11所述的电器，其特征在于检测电平产生电路包括具有两个串联连接的恒流源的串行电路，多个电阻器的另一端直接或通过缓冲器和电阻连接到两个串联恒流源之间的节点。

13.根据权利要求9所述的电器，其特征在于电器是光盘回放设备，电动机是主轴电机。

14.根据权利要求10所述的电器，其特征在于电器是光盘回放设备，电动机是主轴电机。

15.根据权利要求11所述的电器，其特征在于电器是光盘回放设备，电动机是主轴电机。

16.根据权利要求12所述的电器，其特征在于电器是光盘回放设备，电动机是主轴电机。