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TWI822105B - 馬達相位角自動控制系統 - Google Patents

馬達相位角自動控制系統 Download PDF

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TWI822105B
TWI822105B TW111121794A TW111121794A TWI822105B TW I822105 B TWI822105 B TW I822105B TW 111121794 A TW111121794 A TW 111121794A TW 111121794 A TW111121794 A TW 111121794A TW I822105 B TWI822105 B TW I822105B
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劉宜政
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Abstract

本發明公開一種馬達相位角自動控制系統。電流偵測電路偵測馬達的電流訊號，以輸出電流偵測訊號。控制電路依據電流偵測訊號所指出的電流訊號到達零值的時間點，以輸出控制訊號。驅動電路依據控制訊號以輸出驅動訊號。輸出電路依據驅動訊號運作以輸出馬達運轉調整訊號至馬達，以調整馬達的運轉狀態。

Description

馬達相位角自動控制系統
本發明涉及馬達，特別是涉及一種馬達相位角自動控制系統。
在電子設備中，風扇馬達用於冷卻處理器等發熱元件。在風扇馬達冷卻發熱元件的過程中，需精準地控制馬達的運轉，才能使風扇馬達表現出最適當的冷卻性能，適當地冷卻發熱元件。然而，現有馬達控制器驅動馬達的方式無法適用於不同風扇，所驅動的風扇馬達運轉效率差，且馬達運轉時發出高噪音。
本發明所要解決的技術問題在於，針對現有技術的不足提供一種馬達相位角自動控制系統，包含電流偵測電路、控制電路、驅動電路以及輸出電路，適用於馬達。電流偵測電路配置以偵測馬達的電流訊號，以輸出電流偵測訊號。控制電路連接電流偵測電路。控制電路配置以依據電流偵測訊號所指出的電流訊號的電流值到達零值的時間點，判斷是否需要調整馬達的運轉狀態，以輸出控制訊號。驅動電路連接控制電路。驅動電路配置以依據控制訊號以輸出驅動訊號。輸出電路連接驅動電路以及馬達。輸出電路配置以依據驅動訊號運作以輸出馬達運轉調整訊號至馬達，以調整馬達的運轉狀態。
在本實施例中，控制電路判斷馬達的電流訊號的電流值到達零值的時間點是否落入死區時間，以決定是否調整馬達的運轉狀態，使電流訊號到達零值的時間點落入死區時間。
在本實施例中，當控制電路判斷馬達的電流訊號的電流值到達零值的時間點落在死區時間之前時，控制電路控制驅動電路驅動輸出電路，以將馬達的電流訊號的相位角減少。
在本實施例中，當控制電路判斷馬達的電流訊號的電流值到達零值的時間點落在死區時間之後時，控制電路控制驅動電路驅動輸出電路，以將馬達的電流訊號的相位角增加。
在本實施例中，控制電路依據電流偵測訊號所指出的電流訊號的波形，以決定是否調整馬達的運轉狀態。
在本實施例中，當控制電路依據電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷電流訊號的相位角不符合預測相位角時，控制電路決定調整馬達的運轉狀態。
在本實施例中，當控制電路依據電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷電流訊號的相位角大於預測相位角時，控制電路決定減少馬達的相位角以輸出控制訊號。
在本實施例中，當控制電路依據電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷電流訊號的相位角小於預測相位角時，控制電路決定增加馬達的相位角以輸出控制訊號。
在本實施例中，輸出電路包含多個上橋開關以及多個下橋開關。控制電路控制驅動電路驅動各上橋開關以及各下橋開關在死區時間內同時關閉。
在本實施例中，在死區時間之後的一反電動勢偵測時間內，控制電路偵測馬達的反電動勢以判斷馬達的轉子的位置，據以控制驅動電路驅動輸出電路。
在本實施例中，馬達為單相馬達或三相馬達。
如上所述，本發明提供一種馬達相位角自動控制系統，其可偵測各種電子裝置例如風扇的馬達的電流訊號的電流值，以依據馬達的電流訊號的電流值到達零點的時間點，來決定是否自動校正馬達的相位角，以降低馬達的振動噪音。
為使能更進一步瞭解本發明的特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明的詳細說明與圖式，然而所提供的圖式僅用於提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
以下是通過特定的具體實施例來說明本發明的實施方式，本領域技術人員可由本說明書所公開的內容瞭解本發明的優點與效果。本發明可通過其他不同的具體實施例加以施行或應用，本說明書中的各項細節也可基於不同觀點與應用，在不背離本發明的構思下進行各種修改與變更。另外，本發明的附圖僅為簡單示意說明，並非依實際尺寸的描繪，事先聲明。以下的實施方式將進一步詳細說明本發明的相關技術內容，但所公開的內容並非用以限制本發明的保護範圍。另外，本文中所使用的術語“或”，應視實際情況可能包含相關聯的列出項目中的任一個或者多個的組合。
請參閱圖1，其為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統的方塊圖。如圖1所示，本發明實施例的馬達相位角自動控制系統可包含電流偵測電路10、控制電路20、驅動電路30以及輸出電路40，可應用於馬達MT例如單相馬達或三相馬達。
電流偵測電路10可連接控制電路20以及驅動電路30。輸出電路40可連接驅動電路30以及馬達MT。
電流偵測電路10可偵測馬達MT的電流訊號，以輸出一電流偵測訊號。控制電路20可依據從電流偵測電路10接收電流偵測訊號，並依據此電流偵測訊號所指出的馬達MT的電流訊號的電流值到達零值的時間點，判斷是否需要調整馬達MT的運轉狀態，以輸出控制訊號。
驅動電路30可從控制電路20接收控制訊號，並依據此控制訊號，以輸出驅動訊號。輸出電路40可依據從驅動電路30接收到的驅動訊號，並依據此驅動訊號運作，以輸出一馬達運轉調整訊號至馬達MT，以調整馬達MT的運轉狀態。
請參閱圖1和圖2，其中圖1為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統的方塊圖，圖2為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統與馬達配置的示意圖。
如圖1所示的輸出電路40可包含多個上橋開關例如圖2所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3，以及多個下橋開關例如圖2所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2、第三下橋開關LD3。這些上橋開關以及下橋開關可為各種形態的電晶體，本發明不以此為限。
第一上橋開關HD1的第一端可耦接第一輸入電壓VINU。第一上橋開關HD1的第二端可連接第一下橋開關LD1的第一端。第一下橋開關LD1的第二端可耦接第一參考電壓VGU，例如接地。第一上橋開關HD1的第二端與第一下橋開關LD1的第一端之間的節點NU可連接馬達MT例如三相馬達的U相的第一線圈CLU的第一端。第一線圈CLU的第二端可連接馬達MT的共用端COM。
第二上橋開關HD2的第一端可耦接第二輸入電壓VINV。第二上橋開關HD2的第二端可連接第二下橋開關LD2的第一端。第二下橋開關LD2的第二端可耦接第二參考電壓VGV，例如接地。第二上橋開關HD2的第二端與第二下橋開關LD2的第一端之間的節點NV可連接馬達MT例如三相馬達的V相的第二線圈CLV的第一端。第二線圈CLV的第二端可連接馬達MT的共用端COM。
第三上橋開關HD3的第一端可耦接第三輸入電壓VINW。第三上橋開關HD3的第二端可連接第三下橋開關LD3的第一端。第三下橋開關LD3的第二端可耦接第三參考電壓VGW，例如接地。第三上橋開關HD3的第二端與第三下橋開關LD3的第一端之間的節點NW可連接馬達MT例如三相馬達的W相的第三線圈CLW的第一端。第三線圈CLW的第二端可連接馬達MT的共用端COM。
電流偵測電路10可電性連接或電性接觸馬達MT例如三相馬達的U相的第一線圈CLU的第一端、V相的第二線圈CLV的第一端以及W相的第三線圈CLW的第一端。電流偵測電路10可偵測流經馬達MT例如三相馬達的U相的第一線圈CLU、V相的第二線圈CLV以及W相的第三線圈CLW中的任一者或每一者的電流訊號。
或者，電流偵測電路10可連接電性連接或電性接觸第一上橋開關HD1的第二端與第一下橋開關LD1的第一端之間的節點NU、第二上橋開關HD2的第二端與第二下橋開關LD2的第一端之間的節點NV以及第三上橋開關HD3的第二端與第三下橋開關LD3的第一端之間的節點NW。電流偵測電路10可偵測流經節點NU、節點NV以及節點NW中的任一者或每一者的電流訊號。
電流偵測電路10可依據偵測到的電流訊號，以輸出電流偵測訊號至控制電路20。值得注意的是，控制電路20可依據電流偵測訊號所指示的馬達MT的任一相的電流訊號的電流值到達零值的時間點，判斷是否需要調整馬達MT的運轉狀態，以輸出多個控制訊號至驅動電路30。
驅動電路30可連接第一上橋開關HD1的控制端、第一下橋開關LD1的控制端、第二上橋開關HD2的控制端、第二下橋開關LD2的控制端、第三上橋開關HD3的控制端以及第三下橋開關LD3的控制端。
驅動電路30可分別依據從控制電路20接收到的多個控制訊號，以分別輸出多個驅動訊號至輸出電路40的第一上橋開關HD1的控制端、第一下橋開關LD1的控制端、第二上橋開關HD2的控制端、第二下橋開關LD2的控制端、第三上橋開關HD3的控制端以及第三下橋開關LD3的控制端，以控制輸出電路40的運作，進而調整馬達MT的運轉狀態。
請參考閱圖1至圖5，其中圖3為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角剛好的電流訊號的示意圖；圖4為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角不夠的電流訊號的示意圖；圖5為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角太多的電流訊號的示意圖。
如圖1所示的控制電路20可控制驅動電路以驅動輸出電路40的各上橋開關（例如圖2所示的第一上橋開關HD1、第二上橋開關HD2以及第三上橋開關HD3）以及各下橋開關（例如圖2所示的第一下橋開關LD1、第二下橋開關LD2、第三下橋開關LD3）在如圖3所示的死區時間（dead time）T1內同時關閉。
控制電路20可判斷馬達MT的電流訊號的電流值到達零值的時間點是否落入馬達MT的死區時間T1，以決定是否調整馬達MT的運轉狀態，以使馬達MT的任一相的電流訊號到達零值的時間點落入死區時間T1。
當控制電路20判斷馬達MT的電流訊號的電流值到達零值的時間點落在死區時間T1之前時，控制電路20可輸出具有一減少相位角指示訊息的控制訊號，以控制驅動電路30驅動輸出電路40調整馬達MT的運轉狀態，以將馬達MT的電流訊號的相位角減少。
相反地，當控制電路20判斷馬達MT的電流訊號的電流值到達零值的時間點落在死區時間T1之後時，控制電路20輸出具有一增加相位角指示訊息的控制訊號，以控制驅動電路30驅動輸出電路40調整馬達MT的運轉狀態，以將馬達MT的電流訊號的相位角增加。
控制電路20也可依據電流偵測訊號所指出的馬達MT的電流訊號的波形在多個時間點的電流值，以決定是否調整馬達MT的運轉狀態。
當控制電路20依據電流訊號的波形在多個時間點的電流值以判斷馬達MT的電流訊號的相位角不符合一預測相位角時，控制電路20決定調整馬達MT的運轉狀態。
舉例而言，如圖4所示，馬達MT的電流訊號IL01的相位角不夠，此時馬達MT的振動噪音大，容易造成誤判馬達MT的換相點。當控制電路20依據馬達MT的電流訊號IL01的波形在多個時間點的電流值，以判斷電流訊號IL01的相位角小於預測相位角時，控制電路20決定輸出具有一增加相位角指示訊息的控制訊號至驅動電路30。驅動電路30依據此控制訊號以驅動輸出電路40，使馬達MT產生如圖3所示的相位剛好的電流訊號IL。
相反地，如圖5所示，馬達MT的電流訊號IL02的相位角太多，此時馬達MT的振動噪音大、運轉效率差。當控制電路20依據馬達MT的電流訊號IL02的波形在多個時間點的電流值以判斷電流訊號IL02的相位角大於預測相位角時，控制電路20輸出具有一減少相位角指示訊息的控制訊號至驅動電路30。驅動電路30依據此控制訊號以驅動輸出電路40，使馬達MT產生如圖3所示的相位剛好的電流訊號IL。
在死區時間T1結束後的一反電動勢偵測時間T2內，控制電路20或其他偵測電路可偵測馬達MT的每一相的反電動勢，以判斷馬達MT的轉子的位置。控制電路20可依據偵測到的馬達MT的轉子位置，以控制驅動電路30驅動輸出電路40運作，進而控制馬達MT的運轉。
綜上所述，本發明提供一種馬達相位角自動控制系統，其可偵測各種電子裝置例如風扇的馬達的電流訊號的電流值，以依據馬達的電流訊號的電流值到達零點的時間點，來決定是否自動校正馬達的相位角，以降低馬達的振動噪音。
以上所公開的內容僅為本發明的優選可行實施例，並非因此侷限本發明的申請專利範圍，所以凡是運用本發明說明書及圖式內容所做的等效技術變化，均包含於本發明的申請專利範圍內。
10:電流偵測電路 20:控制電路 30:驅動電路 40:輸出電路 MT:馬達 HD1:第一上橋開關 HD2:第二上橋開關 HD3:第三上橋開關 LD1:第一下橋開關 LD2:第二下橋開關 LD3:第三下橋開關 VINU:第一輸入電壓 VGU:第一參考電壓 VINV:第二輸入電壓 VGV:第二參考電壓 VINW:第三輸入電壓 VGW:第三參考電壓 NU:節點 NV:節點 NW:節點 CLU:第一線圈 CLV:第二線圈 CLW:第三線圈 COM:共用端 IL、IL01、IL02:電流訊號 T1:死區時間 T2:反電動勢偵測時間
圖1為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統的方塊圖。
圖2為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統與馬達配置的示意圖。
圖3為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角剛好的電流訊號的示意圖。
圖4為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角不夠的電流訊號的示意圖。
圖5為本發明實施例的馬達相位角自動控制系統所控制的馬達的相位角太多的電流訊號的示意圖。
10:電流偵測電路
20:控制電路
30:驅動電路
40:輸出電路
MT:馬達

Claims (10)

  1. 一種馬達相位角自動控制系統，適用於一馬達，並包含：一電流偵測電路，配置以偵測該馬達的一電流訊號，以輸出一電流偵測訊號；一控制電路，連接該電流偵測電路，配置以依據該電流偵測訊號所指出的該電流訊號的電流值到達零值的時間點，判斷是否需要調整該馬達的運轉狀態，以輸出一控制訊號；一驅動電路，連接該控制電路，配置以依據該控制訊號，以輸出一驅動訊號；以及一輸出電路，連接該驅動電路以及該馬達，配置以依據該驅動訊號運作以輸出一馬達運轉調整訊號至該馬達，以調整該馬達的運轉狀態；其中，當該控制電路判斷該馬達的該電流訊號的電流值到達零值的時間點落在一死區時間之前時，該控制電路控制該驅動電路驅動該輸出電路，以將該馬達的該電流訊號的相位角減少。
  2. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中該控制電路判斷該馬達的該電流訊號的電流值到達零值的時間點是否落入該死區時間，以決定是否調整該馬達的運轉狀態，使該電流訊號到達零值的時間點落入該死區時間。
  3. 如請求項2所述的馬達相位角自動控制系統，其中該輸出電路包含多個上橋開關以及多個下橋開關，該控制電路控制該驅動電路驅動各該上橋開關以及各該下橋開關在該死區時間內同時關閉。
  4. 如請求項2所述的馬達相位角自動控制系統，其中在該死區時間之後的一反電動勢偵測時間內，該控制電路偵測該馬達的反電動勢以判斷該馬達的轉子的位置，據以控制該驅動電 路驅動該輸出電路。
  5. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中，當該控制電路判斷該馬達的該電流訊號的電流值到達零值的時間點落在該死區時間之後時，該控制電路控制該驅動電路驅動該輸出電路，以將該馬達的該電流訊號的相位角增加。
  6. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中該控制電路依據該電流偵測訊號所指出的該電流訊號的波形，以決定是否調整該馬達的運轉狀態。
  7. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中，當該控制電路依據該電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷該電流訊號的相位角不符合一預測相位角時，該控制電路決定調整該馬達的運轉狀態。
  8. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中，當該控制電路依據該電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷該電流訊號的相位角大於該預測相位角時，該控制電路決定減少該馬達的相位角以輸出該控制訊號。
  9. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中，當該控制電路依據該電流訊號的波形上在多個時間點的電流值以判斷該電流訊號的相位角小於該預測相位角時，該控制電路決定增加該馬達的相位角以輸出該控制訊號。
  10. 如請求項1所述的馬達相位角自動控制系統，其中該馬達為單相馬達或三相馬達。
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