TWI750095B

TWI750095B - 馬達控制器

Info

Publication number: TWI750095B
Application number: TW110118782A
Authority: TW
Inventors: 朱健綸
Original assignee: 致新科技股份有限公司
Priority date: 2021-05-25
Filing date: 2021-05-25
Publication date: 2021-12-11
Also published as: TW202247591A

Abstract

一種馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、以及一脈寬調變信號，其中該脈寬調變信號具有一工作週期。該馬達控制器用以驅動一馬達，其中該馬達具有一線圈。該開關電路用以提供一線圈電流至該線圈。該控制單元用以產生複數個控制信號以控制該開關電路。當該馬達控制器進入一定位初期狀態時，該馬達控制器使得該線圈電流於一電氣週期內達到一預定值。當該線圈電流達到該預定值時，該控制單元記錄該工作週期。該馬達控制器用以提高啟動該馬達之一成功率。

Description

馬達控制器

本發明係關於一種馬達控制器，特別是關於一種可提高啟動一馬達之成功率之馬達控制器。

傳統上馬達之驅動方式可分為兩種。一種是藉由霍爾感測器以切換相位進而驅動馬達運轉。另一種則是無需霍爾感測器而驅動馬達運轉。由於霍爾感測器容易受外界環境之影響而造成感測準確度下降，且設置霍爾感測器會增加系統之體積與成本，因而無感測器之驅動方法便被提出以解決上述之問題。

在無感測器之驅動方法下，設計者會於一特定電源電壓下調整馬達之相關參數。當電源電壓改變時，假如電源電壓太大時，會造成線圈電流太大。假如電源電壓太小時，會造成馬達無法達到應有之轉速而導致啟動失敗。因此，需要一種馬達控制器可於不同電源電壓下保護馬達線圈且提高啟動馬達之成功率。

有鑑於前述問題，本發明之目的在於提供一種可提高啟動一馬達之成功率之馬達控制器。

依據本發明提供該馬達控制器。該馬達控制器用以驅動該馬達，其中該馬達可為一三相馬達。該馬達具有一第一線圈、一第二線圈、以及一第三線圈。該馬達控制器具有一開關電路、一控制單元、以及一偵測單元。該開關電路具有一第一電晶體、一第二電晶體、一第三電晶體、一第四電晶體、一第五電晶體、一第六電晶體、一第一端點、一第二端點、以及一第三端點，其中該開關電路耦合至該馬達以驅動該馬達。該第一端點、該第二端點、以及該第三端點分別提供一第一驅動信號、一第二驅動信號、以及一第三驅動信號以驅動該馬達。該第一電晶體耦合至一第四端點與該第一端點而該第二電晶體耦合至該第一端點與一第五端點。該第三電晶體耦合至該第四端點與該第二端點而該第四電晶體耦合至該第二端點與該第五端點。該第五電晶體耦合至該第四端點與該第三端點而該第六電晶體耦合至該第三端點與該第五端點。系統可經由該第四端點提供一電源電壓至該馬達控制器，使得該馬達控制器能正常地運作。

該第一線圈之一端點耦合至該第一端點。該第二線圈之一端點耦合至該第二端點。該第三線圈之一端點耦合至該第三端點。該第一線圈之另一端點耦合至該第二線圈之另一端點與該第三線圈之另一端點。也就是說，該第一線圈、該第二線圈、以及該第三線圈係以一Y字型之方式配置。該控制單元產生一第一控制信號、一第二控制信號、一第三控制信號、一第四控制信號、一第五控制信號、以及一第六控制信號，用以分別控制該第一電晶體、該第二電晶體、該第三電晶體、該第四電晶體、該第五電晶體、以及該第六電晶體之導通情形。該偵測單元耦合至該第一端點、該第二端點、以及該第三端點，用以產生一第一偵測信號與一第二偵測信號至該控制單元。該偵測單元可用以偵測該第一線圈之一電流與一浮接相之一反電動勢。該開關電路用以提供該第一線圈之該電流至該第一線圈。此外，該馬達控制器更具有一脈寬調變信號，其中該脈寬調變信號具有一工作週期。該控制單元接收該脈寬調變信號以調整該馬達之一轉速。

首先，當該馬達處於一靜止狀態時，該馬達控制器產生一組固定之電壓波形分別至該第一端點、該第二端點、以及該第三端點，使得該第一驅動信號、該第二驅動信號、以及該第三驅動信號可分別為一六步方波信號或一正弦波信號以驅動該馬達。此時該馬達控制器進入一定位初期狀態且使得該脈寬調變信號之該工作週期快速地變化，以利該第一線圈之該電流可於一電氣週期內快速地達到一預定值。當該第一線圈之該電流達到該預定值時，該偵測單元使得該第一偵測信號從一低位準改變成一高位準，用以通知該控制單元記錄該工作週期。接著該馬達控制器使得該工作週期以一個非常緩慢之速率逐漸地減少，以利穩定該馬達。此後該馬達控制器使得該馬達開始加速地運轉。藉由記錄之該工作週期，該馬達控制器可使得該第一線圈之該電流於一啟動程序中小於或等於該預定值之一倍率，其中該倍率可大於或等於1。當該馬達之該轉速達到一預定轉速時，該馬達控制器開啟一浮接相以偵測一換相點，其中該浮接相形成於該第一線圈。當該偵測單元偵測到一反電動勢之一零交越點時，該偵測單元使得該第二偵測信號從該低位準改變成該高位準，用以通知該控制單元進行一換相程序。因此，該馬達控制器可於不同電源電壓下保護該第一線圈且提高啟動該馬達之成功率。

10:馬達控制器

100:開關電路

110:控制單元

120:偵測單元

101:第一電晶體

102:第二電晶體

103:第三電晶體

104:第四電晶體

105:第五電晶體

106:第六電晶體

W:第一端點

U:第二端點

V:第三端點

VCC:第四端點

GND:第五端點

C1:第一控制信號

C2:第二控制信號

C3:第三控制信號

C4:第四控制信號

C5:第五控制信號

C6:第六控制信號

L1:第一線圈

L2:第二線圈

L3:第三線圈

M:馬達

ILW:第一線圈L1之電流

Vp:脈寬調變信號

Vd1:第一偵測信號

Vd2:第二偵測信號

WO:第一驅動信號

UO:第二驅動信號

VO:第三驅動信號

CL:預定值

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器之示意圖。

第2圖係本發明一實施例之時序圖。

下文中之說明將使本發明之目的、特徵、與優點更明顯。茲將參考圖式詳細說明依據本發明之較佳實施例。

第1圖係本發明一實施例之馬達控制器10之示意圖。馬達控制器10用以驅動一馬達M，其中馬達M可為一三相馬達。馬達M具有一第一線圈L1、一第二線圈L2、以及一第三線圈L3。馬達控制器10具有一開關電路100、一控制單元110、以及一偵測單元120。開關電路100具有一第一電晶體101、一第二電晶體102、一第三電晶體103、一第四電晶體104、一第五電晶體105、一第六電晶體106、一第一端點W、一第二端點U、以及一第三端點V，其中開關電路100耦合至馬達M以驅動馬達M。第一端點W、第二端點U、以及第三端點V分別提供一第一驅動信號WO、一第二驅動信號UO、以及一第三驅動信號VO以驅動馬達M。第一電晶體101耦合至一第四端點VCC與第一端點W而第二電晶體102耦合至第一端點W與一第五端點GND。第三電晶體103耦合至第四端點VCC與第二端點U而第四電晶體104耦合至第二端點U與第五端點GND。第五電晶體105耦合至第四端點VCC與第三端點V而第六電晶體106耦合至第三端點V與第五端點GND。系統可經由第四端點VCC提供一電源電壓至馬達控制器10，使得馬達控制器10能正常地運作。第一電晶體101、第三電晶體103、以及第五電晶體105可分別為一P型金氧半電晶體。第二電晶體102、第四電晶體104、以及第六電晶體106可分別為一N型金氧半電晶體。

第一線圈L1之一端點耦合至第一端點W。第二線圈L2之一端點耦合至第二端點U。第三線圈L3之一端點耦合至第三端點V。第一線圈L1之另一端點耦合至第二線圈L2之另一端點與第三線圈L3之另一端點。也就是說，第一線圈L1、第二線圈L2、以及第三線圈L3係以一Y字型之方式配置。控制單元110產生一第一控制信號C1、一第二控制信號C2、一第三控制信號C3、一第四控制信號C4、一第五控制信號C5、以及一第六控制信號C6，用以分別控制第一電晶體101、第二電晶體102、第三電晶體103、第四電晶體104、第五電晶體105、以及第六電晶體106之導通情形。偵測單元120耦合至第一端點W、第二端點U、以及第三端點V，用以產生一第一偵測信號Vd1與一第二偵測信號Vd2至控制單元110。偵測單元120可用以偵測第一線圈L1之電流ILW與一浮接相之反電動勢。開關電路100用以提供第一線圈L1之電流ILW至第一線圈L1。此外，馬達控制器10更具有一脈寬調變信號Vp，其中脈寬調變信號Vp具有一工作週期(Duty Cycle)。控制單元110接收脈寬調變信號Vp以調整馬達M之轉速。

第2圖係本發明一實施例之時序圖。首先，當馬達M處於一靜止狀態時，馬達控制器10產生一組固定之電壓波形分別至第一端點W、第二端點U、以及第三端點V，使得第一驅動信號WO、第二驅動信號UO、以及第三驅動信號VO可分別為一六步方波信號或一正弦波信號以驅動馬達M。此時馬達控制器10進入一定位初期狀態且使得脈寬調變信號Vp之工作週期快速地變化，以利第一線圈L1之電流ILW可於一電氣週期內快速地達到一預定值CL。當第一線圈L1之電流ILW達到預定值CL時，偵測單元120使得第一偵測信號Vd1從一低位準改變成一高位準，用以通知控制單元110記錄工作週期。接著馬達控制器10使得工作週期以一個非常緩慢之速率逐漸地減少，以利穩定馬達M。此後馬達控制器10使得馬達M開始加速地運轉。藉由記錄之工作週期，馬達控制器10可使得第一線圈L1之電流ILW於一啟動程序中小於或等於預定值CL之一倍率，其中倍率可大於或等於1。當馬達M之轉速達到一預定轉速時，馬達控制器10開啟一浮接相以偵測一換相點，其中浮接相形成於第一線圈L1。當偵測單元120偵測到一反電動勢之一零交越點時，偵測單元120使得第二偵測信號Vd2從低位準改變成高位準，用以通知控制單元110進行一換相程序。因此，馬達控制器10可於不同電源電壓下保護第一線圈L1且提高啟動馬達M之成功率。此外，馬達控制器10可額外地設定一預定轉動圈數以決定是否開啟浮接相以偵測換相點。當馬達M轉動達到預定轉動圈數後，馬達控制器10才會允許開啟浮接相以偵測換相點。

為了提高啟動馬達M之成功率，馬達控制器10被設計成能於不同之輸出負載下皆能成功地完成啟動程序。也就是說，一定位初期階段之電氣週期、預定值CL、預定轉速、以及預定轉動圈數皆可為一可變值。舉例來說，當馬達M處於一輕載狀態時，定位初期階段之電氣週期可為一較小值。當馬達M處於一重載狀態時，定位初期階段之電氣週期可為一較大值，如此才能有足夠的時間使馬達M穩定下來。當馬達M處於輕載狀態時，預定轉動圈數可為一較小值。當馬達M處於重載狀態時，預定轉動圈數可為一較大值。

本發明一實施例利用一限電流技術，使得一線圈電流能於一電氣週期內快速地達到一預定值並同時記錄一工作週期。藉由此限電流技術可使得一馬達控制器於不同電源電壓下保護一馬達線圈且提高啟動一馬達之成功率。馬達控制器可應用於一單相馬達或一多相馬達。

雖然本發明業已藉由較佳實施例作為例示加以說明，應瞭解者為：本發明不限於此被揭露的實施例。相反地，本發明意欲涵蓋對於熟習此項技藝之人士而言係明顯的各種修改與相似配置。因此，申請專利範圍應根據最廣的詮釋，以包含所有此類修改與相似配置。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。