TWI290415B - Phase-shifting circuit without a sensor for a three-phase brushless DC motor - Google Patents

Description

1290415 九、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種無感測器換相電路及三相換相信號 檢測方法，尤指一種三相無刷直流馬達之無感測器換相電 路，係以更精簡簡單電路設計，實現非感測式換相偵測功 能0 【先前技術】 目别應用在二相無刷直流馬達的換相電路概分為感應 式及非感應式，其中感應式係主要於馬達驅動電路中使用 三顆霍爾感測器，該霍爾感測器係檢測馬達線圈換相時的 電磁變化，進而將檢測信號予以輸出至馬達驅動〗c，供 馬達驅動I C依照換相信號’而提供電流予下一個線圈， 令馬達能順利運轉。另-種非感應式換相電路即是不採用 霍爾感測器，藉由抓取馬達三相線圈的端電壓及反電動勢 的變化:配合相關電路的設計，取得三相線圈的換相信號， 意即’藉由取得反電動勢的^士雜 电勁労的k唬，取代霍爾感測訊號；特 別是在感測到反電動勢盘中松h _ 士 另/、τ性點相父處，使用零交越點來 偵測出馬達轉子的區間位置’其中只要零交越點之相位只 要延遲3 0度，即為有效的換相信號。 =應式換相電路因採用三顆單價高的霍爾感測 故成本上相較該非感應換相電路會較高，而且還有安 :環境的限制。某些特殊場合下馬達在長時 生高溫’會影響霍爾感測器換相檢知的可靠度 式換相電路雖較感應式換相電路來得便宜，但其電路= 1290415 亦隹度亦相對變得更高，並且有轉速範圍限制。 明茶閱第五圖所示，係為目前常見的非感應式換相電 . 路，其包含有： 三比較器； • 三組三級濾波電路，各組三級濾波電路係包含有一移 相電路、一直流濾波器及一切換頻率濾波器，其中三組三 j濾波電路的移相濾波器分別連接至三相馬達線圈的端電 _ 壓，而二組切換頻率濾波器的輸出端則連接至對應比較器 - 的正輪入端；及 • 中性點電壓產生電路，係提供一固定電壓，作為中 性點電壓之用，係共同連接至該比較器的負輸入端。 上述換相電路需取得三相線圈的端電壓，並且產生一 中性點電壓，其中該中性點電麼並非馬達本體標準的輸入 輸出介面，因此必需要另外經過處理才能取得，至於線圈 電t要配合中性點電壓換异出換相脈波信號前，由於線 鲁圈端電壓信號包含有脈寬調變信號，所以為消除該脈寬調 變信號對於換相信號的影響而降低相角誤差，需分別經過 三道濾波器，將其濾除後再輸入至比較器，以與中性點電 壓進行換相信號的比較。然而，也因為採用了三級濾波器， 而使得估測出的換相脈波信號易受到馬達轉速的影響，而 且由於該中性點電壓為固定電壓，故僅能應用低速比的無 刷馬達上，較適合固定轉速的無刷馬達使用。 【發明内容】 本發明的主要發明目的係提供一種三相無刷i流馬達 1290415 之無感測it換相電路及三相換相信號檢測方法，係以精簡 勺包路σ又计，藉由取得三線圈的端電壓，不需額外的中性 點電壓’即能取得相位延遲3〇度的有效換相信號。 '、達述目的所使用的主要技術手段係令該無感測器 換相電路包含有： β、三組低通濾波器，係分別連接至三相線圈的對應端電 壓’各低通濾波器係為一 R C濾波器，以取得各線圈的平 均端電壓；及 。。三比較器，各比較器係包含有正、負輸入端，各比較 器的正輸入端係連接至對應的尺C濾波器，而負輸入端則 分別與相鄰R C濾波器輸出端連接。 二相無刷馬達係由一馬達驅動電路對三相線圈順序驅 動’因此相鄰線圈的端電壓係包含有與反電動勢相差12〇 ，相位差的特徵，本發明藉由此—㈣，令各比較器係取 得三相線圈中的兩相鄰線圈的平均端電壓，進行比較後， 即可取付-脈波信號’而此—脈波信號即會落後反電動勢 又相位由方、萑爾感測知號所感應出的換相信號與反電 動勢同樣落後30度相位差，因&，本發明所預估的脈波 ^號即可作為有用的換相信號。 【實施方式】 首先請參閱第一圖所示 路（1 0 )的一較佳實施例 二組低通濾波器（1 1 接至三相線圈的對應端電壓 ’係為本發明無感測器換相電 其包含有： 3 )〜（1 1 C )，係分別連 (V a〜V C )，各低通濾波 1290415 叩（1 1 a )〜（1 1 c )係為一 r ◦濾波器，以取得各 線圈的平均端電壓；請配合參閱第二圖，係於馬達驅動電 路輸出100%及50%週期（DUTY CYCLE)的脈寬調變信號下， 三相線圈的各線圈端電壓（V a、v b〜v c )波形變化； 及 比季交器 C, di )

V丄乙 C a )〜（1 2 c )係包含有正、負輸入端，各比較器（丄 =3 )〜（1 2。）的正輸人端係連接至對應的低通滤波 益（1 1 a )〜（1 1 c ) ’而負輸人端則分別與相鄰低 通濾波器（1 1 a )〜（i丄c )輸出端連接。 由於馬達驅動電路係順序驅動三相線圈，因此相鄰線 圈的端電壓係包含有與反電動勢相差3〇度相位差的特 :’而本發明即是藉由此-特徵，令各比較器（12a) (1 2 C )係、取得三相線圈中的兩相鄰線圈的平均端電 i(Va)(Vc)，如第三圖B、 « u D υ所不，進行比較後， 即可取得一落後反電動勢（ 男〔如弟二圖A所示）30度相位的 、波仏5虎（V a —V c )，如第三圖D所示。 請再配合第四圖A〜E所干，戸卩头-得的1 * 11所不，即為第三圖實際量測而 于的电壓波形圖，其中第四圖D、£ 仕山十 係為本發明最後預 出來的換相脈波信號，與直接使用 脈寬信號相同。 &應«所私知的 由上述說明可知，本發明吝 係包含有： …產生換相脈波信號的方法， 取传二相線圈平均端電壓· 1290415 對三組平均端電壓中各兩兩相鄰線圈的平均端電壓相 減，取得三組脈波信號；及 令二組脈波信號為三相換相信號。 是以，本發明係為一種非感應式的換相電路，相較於 目前常用的換相電路不僅完全省去中性點電壓的產生電 路，對於處理一組端電壓亦僅只需要一組低通濾波器，相 較之下，對於馬達轉速對換相電路的影響可大幅減低，確 實為一相當精簡電路，有助於簡化非感應式換相電路，降 低製作成本。 【圖式簡單說明】 第一圖·係本發明換相電路一較佳實施例的電路圖。 第二圖：係三相無刷馬達之三線圈端電壓波形示意 圖。 〜 第三圖A〜D :係本發明應用於三相無刷馬達，所量 測而得的反電動勢、二相鄰線圈之端電壓及一預估換相信 號的示意波形。 第四圖A〜E ·係本發明第三圖B〜D的實際量測波 形圖。 第五圖：係既有一非感應式換相電路的電路圖。 【主要元件符號說明】 (1 0 )無感測器換相電路 (1 1 a )〜（1 1 C )低通濾波器 (1 2 a )〜（1 2 c )比較器 (5 〇 )非感應式換相電路 1290415 (51a)〜（51c)比較器 • (52a)〜（52c)移相電路 . (5 3 a )〜（5 3 c )直流濾波器 (5 4 a )〜（5 4 c )切換頻率濾波器 (5 5 )中性點電壓產生電路

Claims (1)

1. 1290415 十、申請專利範圍： 1 . 一種三相無刷直流馬達之無感測器換相電路，盆 包含有： β 一組低通濾波器，係分別連接至三相線圈的對應端電 壓’以取得各線圈的平均端電壓；及 三比較器，各比較器係包含有正、負輸入端，各比較 器的正輸入端係連接至對應的低通濾波器，而負輸入端則 分別與相鄰低通濾波器輸出端連接。 2 ·如申請專利範圍第1項所述三相無刷直流馬達之 热感測器換相電路，各低通濾波器係為一 R C濾波器。 3 · —種三相換相信號檢測方法，其包含有： 取得三相線圈平均端電壓； 對三組平均端電壓中各兩兩相鄰線圈的平均端電壓相 減，取得三組脈波信號；及 令二組脈波信號為三相換相信號。 4 如申凊專利範圍第3項所述三相換相信號檢測方 法’該平均端電壓取得方式係將三相無刷直流馬達之三相 線圈端電壓的低頻濾除。 5 ·如申請專利範圍第3或4項所述三相換相信號檢 測方法’該取得三組脈波信號的方式係將兩兩相鄰線圈的 平均端電壓輸入比較器的兩輸入端，而求得之。 十一、圖式： 如次頁 1290415

   ο 1290415 五、中文發明摘要： 本發明係一種三相無刷直流馬 及三相換相信號檢測方法，係包含有…感測15換相電路 此 有三組分別連接至三相 、、泉圈之端電壓的低通濾波器，以及— 一 鲈哭总—人 及二個比較器；其中各比 車乂 -係包含有正、負輸入端，各比 至對應的RC濾波H，而貞輸人s ^端係連接 而則分別與相鄰R C濾、、古 =出端連接。由於馬達驅動電路係順序驅動三相線圈' 口此相鄰線圈的端電壓係包含有與反電動勢相i 12 位差的特徵，故令各比較器係 ^ 柳& m 行—相線圈中的特定兩相 ㈣圈的平均端電壓’進行比較後 動勢”相位的脈波信號，作為有二取：―洛後反電 的換相信號。 作為有效檢知馬達實際轉動 六、英文發明摘要： 七、指定代表圖： (一） 本案指定代表圖為··第（一）圖。 (二) 本代表圖之元件符號簡單說明： (1 0 )無感測器換相電路 (1 1 a )〜（1 1 C )低通濾波器 (1 2 a )〜（工2 c )比較器 八、本案若有化學柄，請揭示最錢示發a鱗徵的化學式: