TWI876597B

TWI876597B - 直流無刷馬達單線控制裝置

Info

Publication number: TWI876597B
Application number: TW112139732A
Authority: TW
Inventors: 彭勝銪; 胡昇明
Original assignee: 晶炫半導體股份有限公司
Priority date: 2023-10-18
Filing date: 2023-10-18
Publication date: 2025-03-11
Also published as: TW202518830A

Abstract

一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於一直流無刷馬達的一控制器與一預驅動級之間，包括一編碼調變單元(encoding modulation unit)、一傳輸線(transmission wire)、以及一解調解碼單元(demodulation decoding unit)；其中，該編碼調變單元係連接於該控制器，用以接收來自該控制器的控制訊號，並將該控制訊號進行編碼與調變，以產生一調變訊號；該傳輸線係連接於該編碼調變單元，用以將該調變訊號傳至該解調解碼單元；該解調解碼單元係連接於該傳輸線，用以將所接收的該調變訊號進行解調與解碼，以產生原始的控制訊號，再傳遞給該預驅動級。

Description

直流無刷馬達單線控制裝置

本發明是有關一種直流無刷馬達單線控制裝置。

無刷直流馬達（Brushless DC Motor，BLDC），是一種沒有電刷和整流子的電動機，根據轉子永久磁鐵位置調整定子電流以產生轉矩。之所以被稱為「無刷直流電機」是因為在許多應用中該電機可以替換有刷直流電機。

BLDC馬達係利用控制器偵測轉子的位置和速度的變化，適時送出換相控制訊號到馬達，使馬達開始旋轉。換言之，係以切換直流電源開關來控制電流通過線圈組的方向，而得到力矩使轉子轉動。傳統上，以方波驅動的稱為BLDC；而以正弦波驅動的稱為PMSM。常見的BLDC有單相直流無刷馬達(single phase brushless DC motor，SBLDC)、以及三相直流無刷馬達。

一般SBLDC的驅動控制器、預驅動級與功率級之間需要四條接線來傳輸控制訊號。圖1所示為習知SBLDC控制器與預驅動級之間的控制訊號之示意圖，如圖1所示，左側顯示為控制器101輸出四個控制訊號，分別為AH、AL、BH、BL至預驅動級102，然後預驅動級102將接收的控制訊號AH、AL、BH、BL轉變成S1、S2、S3、S4輸出用以控制功率級103的四個電晶體；其中，M為馬達、PH1及PH2為馬達M的狀態、V _A與V _B分別表示A與B點的電位。

同樣地，三相BLDC的驅動控制器、預驅動級與功率級之間需要六條接線來傳輸控制訊號。圖2所示為習知三相BLDC的控制器與預驅動器之間的控制訊號之示意圖，如圖1所示，左側顯示為控制器201輸出六個控制訊號，分別為AH、AL、BH、BL、CH、CL至預驅動級202，然後預驅動級202將接收的控制訊號AH、AL、BH、BL、CH、CL轉變成S1、S2、S3、S4、S5、S6輸出用以控制功率級203的六個電晶體；其中，M為馬達、其引腳(pin)分別接至A、B、及C三點。

然而，習知的技術中所用的接腳數目大，並且占用電路板的面積，因此減少接腳使用數目將有助於BLDC的進一步微小化。

本發明的主要目的在於提供一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於直流無刷馬達的控制器與預驅動級之間，使得控制器與預驅動級之間能夠以單一傳輸線傳送控制訊號。

為了達成前述的目的，本發明提供一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於一直流無刷馬達的一控制器與一預驅動級之間，包括一編碼調變單元(encoding modulation unit)、一傳輸線(transmission wire)、以及一解調解碼單元(demodulation decoding unit)；其中，該編碼調變單元係連接於該控制器，用以接收來自該控制器的控制訊號，並將該控制訊號進行編碼與調變，以產生一調變訊號；該傳輸線係連接於該編碼調變單元，用以將該調變訊號傳至該解調解碼單元；該解調解碼單元係連接於該傳輸線，用以將所接收的該調變訊號進行解調與解碼，以產生原始的控制訊號，再傳遞給該預驅動級。

在一較佳實施例中，該直流無刷馬達係為單相直流無刷馬達，該控制訊號為四個，分別是AH、AL、BH、BL。

在一較佳實施例中，當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、0、0、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH_OFF狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為0；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[1、0、0、X]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、X、1、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH_OFF分別表示該單相直流無刷馬達的三種狀態； MAL與MBL分別為調變後的AL與BL訊號。

在一較佳實施例中，該AL的調變函數係為 MAL=0.3xAL+0.7xVDD，而該BL的調變函數係為 MBL=0.3xBL+0.2xVDD，其中VDD為一電壓源。

在一較佳實施例中，解調解碼單元更包含一比較模組與一組合邏輯電路；該比較模組將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號，該組合邏輯電路再將PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號映射成AL、AH、BL、BH等四個原始控制訊號。

在一較佳實施例中，該比較程序的運算如下：當調變訊號＞VDDx85%，PH2HL=1，否則PH2HL=0；當調變訊號＞VDDx60%，PH2=1，否則PH2=0；當調變訊號＜VDDx15%，PHOFF=1，否則PHOFF=0；當調變訊號＞VDDx35%， PH1HL =1，否則 PH1HL =0。

在一較佳實施例中，該組合邏輯電路運作如下： AL = PH2HL ∧ BH； BH = PH2 ∧ ¬ (PHOFF)； AH =¬ (PH2 ∨ PHOFF)； BL = AH ∧ PH1HL；其中，∧、∨、¬分別為邏輯運算符號 AND、OR、NOT。

在一較佳實施例中，該直流無刷馬達係為三相直流無刷馬達，該控制訊號為六個，分別是AH、AL、BH、BL、CH、CL。

在一較佳實施例中，當該控制訊號[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且一基礎電壓為0V；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、X、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.8；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、0、X、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH3狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.5；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、0、0、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH4狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.8；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、1、0、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH5狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.5；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、1、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH6狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且該基礎電壓為VDDx0.8；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6分別表示該三相直流無刷馬達的六種狀態，該基礎電壓為完成調變前加到調變訊號的電壓值，其中VDD為一電壓源。

在一較佳實施例中，該AL、BL、CL的調變函數係為 MAL=0.2xAL+該基礎電壓，MBL=0.2xBL+該基礎電壓，MCL=0.2xCL+該基礎電壓。

在一較佳實施例中，解調解碼單元更包含一比較模組與一組合邏輯電路；該比較模組將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35等五個訊號，然後該PH246訊號經過一波緣偵測器(edge detector)後與PH1訊號經過一狀態計數器(state counter)，然後輸出PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等五個訊號，且，該組合邏輯電路再將PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等十個訊號映射成AL、AH、BL、BH、CH、CL等六個原始控制訊號。

在一較佳實施例中，該比較程序的運算如下：當調變訊號＞VDDx95%，PH246HL=1，否則PH246HL=0；當調變訊號＞VDDx60%，PH35HL=1，否則PH35HL=0；當調變訊號＞VDDx10%，PH1HL=1，否則PH1HL=0；當調變訊號＞VDDx75%，PH246=1，否則PH246=0；當調變訊號＜VDDx30%，PH1=1，否則PH1=0。

在一較佳實施例中，該組合邏輯電路運作如下： AH = PH1 ∨ PH2； BH = PH5 ∨ PH6； CH = PH3 ∨ PH4； AL = (PH246HL ∧ PH4) ∨ (PH35HL ∧ PH5)； BL = (PH246HL ∧ PH2) ∨ (PH35HL ∧ PH3)； CL = (PH246HL ∧ PH6) ∨ (PH1HL ∧ PH1)；其中，∧、∨分別為邏輯運算符號 AND、OR。

在一較佳實施例中，該編碼調變單元係整合於該直流無刷馬達的該控制器中；且該解調解碼單元係整合於該直流無刷馬達的該預驅動級中；或一併整合解調解碼單元、預驅動級與功率級。

本發明的功效在於，本發明的直流無刷馬達單線控制裝置可將原本需要4-6條傳輸線來傳輸控制器與預驅動級之間的控制訊號的設計，透過調變設計，有效降低為單一傳輸線可傳送的調變訊號；再者，該直流無刷馬達單線控制裝置更可進一步整合至控制器與預驅動級，達到降低占用電路板面積的目的。

以下配合圖式及元件符號對本發明的實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。

圖3所示本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的結構方塊圖。如圖3 所示，本發明之一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於一直流無刷馬達的一控制器301與一預驅動級302之間，包括一編碼調變單元(encoding modulation unit)3011、一傳輸線(transmission wire)3012、以及一解調解碼單元(demodulation decoding unit)3021；其中，該編碼調變單元3011係連接於該控制器301，用以接收來自該控制器的控制訊號，並將該控制訊號進行編碼與調變，以產生一調變訊號；該傳輸線(圖中標示為SWP)3012係連接於該編碼調變單元3011，用以將該調變訊號傳至該解調解碼單元3021；該解調解碼單元3021係連接於該傳輸線3012，用以將所接收的該調變訊號進行解調與解碼，以產生原始的控制訊號，再傳遞給該預驅動級302。

值得說明的是，雖然在圖3中，該編碼調變單元3011係獨立於該控制器301之外，但在一較佳實施例中，該編碼調變單元3011可以整合於該直流無刷馬達的該控制器301，如圖中虛線方框所示。同樣的，該解調解碼單元3021也可以整合於該直流無刷馬達的該預驅動級302，或者一併整合解調解碼單元3021、預驅動級302與前述圖1功率級103。如此，可更進一步降低占用電路板的面積，因此減少接腳使用數目將有助於BLDC的進一步微小化。

圖4所示為當本發明之直流無刷馬達單線控制裝置應用於一單相直流無刷馬達時的結構示意圖；如圖4所示，該控制訊號為四個，分別是AH、AL、BH、BL。再者，編碼調變單元4011係整合於該直流無刷馬達的該控制器401，且解調解碼單元4021也整合於該直流無刷馬達的該預驅動級402中，而該調變後的控制訊號則是經由一傳輸線4012傳送。

參考圖5A-5C，圖5A所示為單相直流無刷馬達之功率級的電路結構示意圖；圖5B所示為單相直流無刷馬達之功率級的相位波形示意圖；圖5C所示為單相直流無刷馬達之功率級的控制訊號AL、AL、BH、BL與驅動訊號S1、S2、S3、S4之間的真假值表(Truth Table)。圖5A所示之單相直流無刷馬達之功率級的狀態係處於PH2，而電流I之流向如箭頭所示係由V _B點流向V _A點；PH1、PH2、及PH_OFF所對應的V _A點、V _B點之電位之波形則如圖5B所示；其中， V _A= H、V _B= L時，狀態為PH1；V _A= L、V _B= H時，狀態為PH2；V _A= L、V _B= L時，狀態為PH_OFF。

由於單相直流無刷馬達的控制訊號必須達成的只有PH1、PH2、及PH_OFF三種狀態，因此本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元4011必須透過編碼、以及調變方式達到控制單相直流無刷馬達在PH1、PH_OFF、PH2、PH_OFF之間循環輪流的狀態。

圖6所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元的第一實施例的示意圖。如圖6左側的真假值表所示為輸入(AH、AL、BH、BL)及輸出(SWP、狀態)的對應關係；換言之，當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、0、0、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH_OFF狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為0；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[1、0、0、X]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、X、1、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH_OFF分別表示該單相直流無刷馬達的三種狀態； MAL與MBL分別為調變後的AL與BL訊號。

圖6右側的電路示意圖，係表示在一較佳實施例中，該控制訊AL可經過一調變函數，將該AL訊號調變為 MAL=0.3xAL+0.7xVDD，其中VDD為一電壓源。換言之，先將AL訊號降幅、再加上電壓位移，完成調變功能。同樣地，該BL的調變函數係為 MBL=0.3xBL+0.2xVDD。值得注意的是，雖然AL、BL訊號都經過降幅，但是兩者之電壓位移的基礎電壓分別為0.7、0.2；這些參數的設計可以足夠區分辨識經過降幅與調變後的控制訊號MAL、MBL。最後，在經過多工器MUX決定輸出訊號經單一傳輸線SWP輸出。

圖7所示為對應於圖6的各訊號的波形圖。如圖7所示，原始的控制訊號AH、AL、BH、BL的波形經過降幅與調變後的SWP訊號波形；尤其是用於輸出狀態PH1、PH2的AL、BL 訊號經過電壓位移可清楚區分辨識。

圖8所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的解調解碼單元的第一實施例的示意圖，係對應於圖6的編碼調變單元。由於，解調解碼單元的功能係在於將由SWP傳輸線所傳來經過調變的訊號解調解碼為原始的控制訊號，因此可視為編碼調變的反函數，或是編碼調變單元的反向工程運算。

如圖8所示，解調解碼單元更包含一比較模組8021A與一組合邏輯電路8021B；其中，該比較模組8021A係將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號，該組合邏輯電路8021B再將PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號映射成AL、AH、BL、BH等四個原始控制訊號。

在一較佳實施例中，該比較程序的運算如下：當調變訊號＞VDDx85%，PH2HL=1，否則PH2HL=0；當調變訊號＞VDDx60%，PH2=1，否則PH2=0；當調變訊號＜VDDx15%，PHOFF=1，否則PHOFF=0；當調變訊號＞VDDx35%， PH1HL =1，否則PH1HL =0。

同樣地，該組合邏輯電路運作如下： AL = PH2HL ∧ BH； BH = PH2 ∧ ¬ (PHOFF)； AH =¬ (PH2 ∨ PHOFF)； BL = AH ∧ PH1HL；其中，∧、∨、¬分別為邏輯運算符號 AND、OR、NOT。

換言之，該調變訊號(SWP)經過該解調解碼單元的處理後，可回復成原始的控制訊號AH、AL、BH、BL，亦即，回復如圖7中的波形。

值得說明的是，在本實施例中所用的各數值，係為用來解釋說明本發明之可實施性，但本發明並不限於此；其他適當數值的選用亦在本發明的涵蓋範圍之內。

圖9所示為當本發明之直流無刷馬達單線控制裝置應用於一三相直流無刷馬達時的結構示意圖；如圖9所示，該控制訊號為六個，分別是AH、AL、BH、BL、CH、CL。再者，編碼調變單元9011係整合於該三相直流無刷馬達的控制器901，且解調解碼單元9021也整合於直流無刷馬達的該預驅動級902中，或者一併整合解調解碼單元9021、預驅動級902與前述圖2功率級203，而該調變後的控制訊號則是經由一傳輸線9012傳送。

由於三相直流無刷馬達的控制訊號必須達成的只有PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等六種狀態，因此本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元9011必須透過編碼、以及調變方式達到控制三相直流無刷馬達在PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6之間循環輪流的狀態。

參考圖10A-10C，圖10A所示為三相直流無刷馬達之功率級的六種狀態下的電流流向結構示意圖，可同時參考圖2中之功率級203的電路；圖10B所示為三相直流無刷馬達之功率級的相位波形示意圖；圖10C所示為單相直流無刷馬達之功率級的控制訊號AL、AL、BH、BL、CH、CL與驅動訊號S1、S2、S3、S4、S5、S6之間的真假值表(Truth Table)。圖10A所示之三相直流無刷馬達之功率級的電流I之流向如箭頭1、2、3、4、5、6標示所示；分別對應圖10B中A、B、C三點電位在PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6在六種狀態下的電位波形。

圖11所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元的第二實施例的示意圖。如圖11左側的真假值表所示為輸入(AH、AL、BH、BL、CH、CL)及輸出(狀態、SWP、基礎電壓)的對應關係，其中基礎電壓係為一種完成調變前加到調變訊號的電壓值；換言之，根據該真假值表的呈現，當該控制訊號[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且一基礎電壓為0V；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、X、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.8；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、0、X、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH3狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.5；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、0、0、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH4狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.8；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、1、0、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH5狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.5；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、1、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH6狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且該基礎電壓為VDDx0.8；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6分別表示該三相直流無刷馬達的六種狀態，其中VDD為一電壓源。

圖11右側的電路示意圖，係表示在一較佳實施例中，該控制訊AL可經過一調變函數，將該AL訊號調變為 MAL=0.2xAL+基礎電壓。換言之，先將AL訊號降幅、再加上電壓位移，完成調變功能。同樣地，該B、CLL的調變函數分別為MBL=0.2xBL+該基礎電壓，MCL=0.2xCL+該基礎電壓。值得注意的是，雖然AL、BL、CL訊號都經過降幅，但是三者之電壓位移的基礎電壓分別為0.8VDD、0.5VDD、0V；這些參數的設計可以足夠區分辨識經過降幅與調變後的控制訊號MAL、MBL、MCL。所以，先經過多工器MUX決定輸出訊號，再加上降幅與調變成為調變後控制訊號，最後經由單一傳輸線SWP輸出。

圖12所示為對應於圖11的各訊號的波形圖。如圖12所示，原始的控制訊號AH、AL、BH、BL、CH、CL的波形經過降幅與調變後的SWP訊號波形。

圖13所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的解調解碼單元的第二實施例的示意圖，係對應於圖11的編碼調變單元。如第一實施例所述，解調解碼單元的功能係在於將由SWP傳輸線所傳來經過調變的訊號解調解碼為原始的控制訊號，因此可視為編碼調變的反函數，或是編碼調變單元的反向工程運算。

如圖13所示，解調解碼單元更包含一比較模組13021A與一組合邏輯電路13021B；該比較模組13021A將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35等五個訊號，然後該PH246訊號經過一波緣偵測器(edge detector)13021C後與PH1訊號經過一狀態計數器(state counter)13021D，然後輸出PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等五個訊號，且，該組合邏輯電路再將PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等十個訊號映射成AL、AH、BL、BH、CH、CL等六個原始控制訊號。

同樣地，該組合邏輯電路運作如下： AH = PH1 ∨ PH2； BH = PH5 ∨ PH6； CH = PH3 ∨ PH4； AL = (PH246HL ∧ PH4) ∨ (PH35HL ∧ PH5)； BL = (PH246HL ∧ PH2) ∨ (PH35HL ∧ PH3)； CL = (PH246HL ∧ PH6) ∨ (PH1HL ∧ PH1)；其中，∧、∨分別為邏輯運算符號 AND、OR。

換言之，該調變訊號(SWP)經過該解調解碼單元的處理後，可回復成原始的控制訊號AH、AL、BH、BL、CH、CL，亦即，回復如圖12中的波形。

綜而言之，本發明的直流無刷馬達單線控制裝置可將原本需要4-6條傳輸線來傳輸控制器與預驅動級之間的控制訊號的設計，透過調變設計，有效降低為單一傳輸線可傳送的調變訊號；再者，該直流無刷馬達單線控制裝置更可進一步整合至控制器與預驅動級，達到降低占用電路板面積的目的。

以上所述者僅為用以解釋本發明的較佳實施例，並非企圖據以對本發明做任何形式上的限制，是以，凡有在相同的發明精神下所作有關本發明的任何修飾或變更，皆仍應包括在本發明意圖保護的範疇。

101:控制器 102:預驅動級 103:功率級 201:控制器 202:預驅動級 203:功率級 301:控制器 3011:編碼調變單元 3012:傳輸線(SWP) 3021:解調解碼單元 302:預驅動級 401:控制器 4011:編碼調變單元 4012:傳輸線(SWP) 4021:解調解碼單元 402:預驅動級 8021A:比較模組 8021B:組合邏輯電路 901:控制器 9011:編碼調變單元 9012:傳輸線(SWP) 9021:解調解碼單元 902:預驅動級 13021A:比較模組 13021B:組合邏輯電路 13021C:波緣偵測器 13021D:狀態計數器

圖1所示為習知SBLDC控制器與預驅動級之間的控制訊號之示意圖。圖2所示為習知三相BLDC控制器與預驅動級之間的控制訊號之示意圖。圖3所示本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的結構方塊圖。圖4所示為當本發明之直流無刷馬達單線控制裝置應用於一單相直流無刷馬達時的結構示意圖。圖5A所示為單相直流無刷馬達之功率級的電路結構示意圖。圖5B所示為單相直流無刷馬達之功率級的相位波形示意圖。圖5C所示為單相直流無刷馬達之功率級的控制訊號AL、AL、BH、BL與驅動訊號S1、S2、S3、S4之間的真假值表(Truth Table)。圖6所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元的第一實施例的示意圖。圖7所示為對應於圖6的各訊號的波形圖。圖8所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的解調解碼單元的第一實施例的示意圖。圖9所示為當本發明之直流無刷馬達單線控制裝置應用於一三相直流無刷馬達時的結構示意圖。圖10A所示為三相直流無刷馬達之功率級的六種狀態下的電流流向結構示意圖。圖10B所示為三相直流無刷馬達之功率級的相位波形示意圖。圖10C所示為單相直流無刷馬達之功率級的控制訊號AL、AL、BH、BL、CH、CL與驅動訊號S1、S2、S3、S4、S5、S6之間的真假值表。圖11所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的編碼調變單元的第二實施例的示意圖。圖12所示為對應於圖11的各訊號的波形圖。圖13所示為本發明之直流無刷馬達單線控制裝置的解調解碼單元的第二實施例的示意圖。

301:控制器

3011:編碼調變單元

3012:傳輸線

302:預驅動級

3021:解調解碼單元

Claims

一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於一直流無刷馬達的一控制器與一預驅動級之間，包括：一編碼調變單元(encoding modulation unit)、一傳輸線(transmission wire)、以及一解調解碼單元(demodulation decoding unit)；其中，該編碼調變單元係連接於該控制器，用以接收來自該控制器的控制訊號，並將該控制訊號進行編碼與調變，以產生一調變訊號；該傳輸線係連接於該編碼調變單元，用以將該調變訊號傳至該解調解碼單元；該解調解碼單元係連接於該傳輸線，用以將所接收的該調變訊號進行解調與解碼，以產生原始的控制訊號，再傳遞給該預驅動級，其中，該直流無刷馬達係為單相直流無刷馬達，該控制訊號為四個，分別是AH、AL、BH、BL，其中：當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、0、0、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH_OFF狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為0；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[1、0、0、X]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL；當該控制訊號[AH、AL、BH、BL]=[0、X、1、0]時，該單相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH_OFF分別表示該單相直流無刷馬達的三種狀態； MAL與MBL分別為調變後的AL與BL訊號。
如請求項1所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該AL的調變函數係為 MAL=0.3xAL+0.7xVDD，而該BL的調變函數係為 MBL=0.3xBL+0.2xVDD，其中VDD為一電壓源。
如請求項1所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該解調解碼單元更包含一比較模組與一組合邏輯電路；該比較模組將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號，該組合邏輯電路再將PH1HL、PH2、PH2HL、PHOFF等四個訊號映射成AL、AH、BL、BH等四個原始控制訊號。
如請求項3所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該比較程序的運算如下：當調變訊號＞VDDx85%，PH2HL=1，否則PH2HL=0；當調變訊號＞VDDx60%，PH2=1，否則PH2=0；當調變訊號＜VDDx15%，PHOFF=1，否則PHOFF=0；當調變訊號＞VDDx35%，PH1HL=1，否則PH1HL=0。
如請求項3所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該組合邏輯電路運作如下： AL = PH2HL ∧ BH； BH = PH2 ∧ ¬ (PHOFF)； AH =¬ (PH2 ∨ PHOFF)； BL = AH ∧ PH1HL；其中，∧、∨、¬分別為邏輯運算符號 AND、OR、NOT。
一種直流無刷馬達單線控制裝置，適用於一直流無刷馬達的一控制器與一預驅動級之間，包括：一編碼調變單元(encoding modulation unit)、一傳輸線(transmission wire)、以及一解調解碼單元(demodulation decoding unit)；其中，該編碼調變單元係連接於該控制器，用以接收來自該控制器的控制訊號，並將該控制訊號進行編碼與調變，以產生一調變訊號；該傳輸線係連接於該編碼調變單元，用以將該調變訊號傳至該解調解碼單元；該解調解碼單元係連接於該傳輸線，用以將所接收的該調變訊號進行解調與解碼，以產生原始的控制訊號，再傳遞給該預驅動級，其中，該直流無刷馬達係為三相直流無刷馬達，該控制訊號為六個，分別是AH、AL、BH、BL、CH、CL 其中：當該控制訊號[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH1狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且一基礎電壓為0V； [AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[1、0、0、X、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH2狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.8； [AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、0、X、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH3狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MBL，且該基礎電壓為VDDx0.5； [AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、0、0、1、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH4狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.8； [AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、X、1、0、0、0]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH5狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MAL，且該基礎電壓為VDDx0.5；[AH、AL、BH、BL、CH、CL]=[0、0、1、0、0、X]時，該三相直流無刷馬達係處於一PH6狀態，該編碼調變單元所輸出的調變訊號為MCL，且該基礎電壓為VDDx0.8；其中，X表示訊號位準0、1無差別，PH1、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6分別表示該三相直流無刷馬達的六種狀態，該基礎電壓為完成調變前加到調變訊號的電壓值，其中VDD為一電壓源。
如請求項6所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該AL、BL、CL的調變函數係為 MAL=0.2xAL+該基礎電壓，MBL=0.2xBL+該基礎電壓，MCL=0.2xCL+該基礎電壓，MAL、MBL、MCL分別為AL、BL、CL之調變後訊號。
如請求項6所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該解調解碼單元更包含一比較模組與一組合邏輯電路；該比較模組將該調變訊號經過一比較程序運算，產生PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35等五個訊號，然後該PH246訊號經過一波緣偵測器(edge detector)後與PH1訊號經過一狀態計數器(state counter)，然後輸出PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等五個訊號，且，該組合邏輯電路再將PH1、PH1HL、PH246、PH246HL、PH35、PH2、PH3、PH4、PH5、PH6等十個訊號映射成AL、AH、BL、BH、CH、CL等六個原始控制訊號。
如請求項8所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該比較程序的運算如下：當調變訊號＞VDDx95%，PH246HL=1，否則PH246HL=0；當調變訊號＞VDDx60%，PH35HL=1，否則PH35HL=0；當調變訊號＞VDDx10%，PH1HL=1，否則PH1HL=0；當調變訊號＞VDDx75%，PH246=1，否則PH246=0；當調變訊號＜VDDx30%，PH1=1，否則PH1=0。
如請求項8所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該組合邏輯電路運作如下： AH = PH1 ∨ PH2； BH = PH5 ∨ PH6； CH = PH3 ∨ PH4； AL = (PH246HL ∧ PH4) ∨ (PH35HL ∧ PH5)； BL = (PH246HL ∧ PH2) ∨ (PH35HL ∧ PH3)； CL = (PH246HL ∧ PH6) ∨ (PH1HL ∧ PH1)；其中，∧、∨分別為邏輯運算符號 AND、OR。
如請求項1或6所述的直流無刷馬達單線控制裝置，其中，該編碼調變單元係整合於該直流無刷馬達的該控制器中；且該解調解碼單元係整合於該直流無刷馬達的該預驅動級中，或該解調解碼單元一併整合於該直流無刷馬達的該預驅動級與功率級中。