驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路和控制電動(dòng)機(jī)的速度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種無刷直流（Brushless Direct Current，BLDC)電動(dòng)機(jī)的技術(shù)，且 明確地說，涉及一種用于驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)的控制電路和一種用于控制BLDC電動(dòng)機(jī)的速度 的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無刷直流（BLDC)電動(dòng)機(jī)為經(jīng)由集成反相器（integrated inverter)/開關(guān)電力供 應(yīng)器以從直流電源（electric source)供電的同步電動(dòng)機(jī)，所述集成反相器/開關(guān)電力供 應(yīng)器產(chǎn)生交流（AC)電信號(hào)以驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。BLDC電動(dòng)機(jī)及其機(jī)械部件通常將隨特定頻率進(jìn) 行共振。這種共振現(xiàn)象將導(dǎo)致電動(dòng)機(jī)的可靠性問題和/或產(chǎn)生噪聲。本發(fā)明的目標(biāo)便是為 了解決此種問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明提供一種用于驅(qū)動(dòng)無刷直流（BLDC)電動(dòng)機(jī)的控制電路。所述控制電路包 括具有存儲(chǔ)器的微控制器和驅(qū)動(dòng)電路，所述驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)配置以根據(jù)所述微控制器的控制而 驅(qū)動(dòng)所述BLDC電動(dòng)機(jī)。所述存儲(chǔ)器包含每分鐘轉(zhuǎn)速（Revolution Per Minute，RPM)表， 且所述微控制器將占空信號(hào)（duty signal)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)所述每分鐘轉(zhuǎn)速 RPM表來改變所述電動(dòng)機(jī)的速度。
[0004] 從另一方面來看，本發(fā)明提供一種用于控制BLDC電動(dòng)機(jī)的速度的方法。所述方法 包含以下步驟：根據(jù)存儲(chǔ)器中的每分鐘轉(zhuǎn)速RPM表而產(chǎn)生控制信號(hào)；根據(jù)所述控制信號(hào)而 驅(qū)動(dòng)所述BLDC電動(dòng)機(jī)；所述控制信號(hào)是由微控制器產(chǎn)生，且所述控制信號(hào)經(jīng)配置以通過驅(qū) 動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)所述BLDC電動(dòng)機(jī)。
【附圖說明】
[0005] 附圖是用以便進(jìn)一步理解本發(fā)明，并且并入本說明書中并構(gòu)成本說明書的一部 分。所述【附圖說明】本發(fā)明的示范性實(shí)施例以及說明書內(nèi)容一起用以解釋本發(fā)明的原理。
[0006] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明用于驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)的控制電路的框圖。
[0007] 圖2為展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明用于BLDC電動(dòng)機(jī)的無傳感器電動(dòng)機(jī)控 制的角度檢測(cè)和PWM操作。
[0008] 圖3為展示說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，其為存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中的每分鐘轉(zhuǎn)速 RPM表（RPM Table)的示意圖。
[0009] 圖4為說明根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明微控制器的控制流程。
[0010] 圖5為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，說明由正弦波產(chǎn)生器產(chǎn)生的波形。
[0011] 附圖標(biāo)記說明：
[0012] 10 :BLDC 電動(dòng)機(jī)；
[0013] 20 :三相橋式驅(qū)動(dòng)器；
[0014] 30 :定序器電路；
[0015] 40 :克拉克變換模塊；
[0016] 45:派克變換模塊；
[0017] 50 :PWM 電路；
[0018] 60 :正弦波信號(hào)產(chǎn)生器；
[0019] 65 :求和單元；
[0020] 80 :角度估計(jì)模塊；
[0021] 100:微控制器；
[0022] 110:存儲(chǔ)器；
[0023] 210、230、250、270、290、295 :步驟；
[0024] A :相位；
[0025] AS :角度移位信號(hào)；
[0026] B :相位；
[0027] C :相位；
[0028] DUTY:占空信號(hào)；
[0029] Hs:信號(hào)；
[0030] ia:相電流；
[0031] ib:相電流；
[0032] ic:相電流；
[0033] ia :二軸正交電流；
[0034] ?β :二軸正交電流；
[0035] Id :信號(hào)；
[0036] Iq :信號(hào)；
[0037] Spwm:信號(hào)；
[0038] VA:3相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)；
[0039] VB:3相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)；
[0040] Ve:3相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)；
[0041] Vin:輸入信號(hào)；
[0042] Θ :角度信號(hào)；
[0043] ΘΑ:角度信號(hào)。
【具體實(shí)施方式】
[0044] 圖1為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，是用于驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10的控制電路的框圖。 控制電路包含三相橋式驅(qū)動(dòng)器（three-phase bridge driver) 20、定序器（sequencer)電 路 30、微控制器（Microcontroller Unit，MCU) 100 和脈寬調(diào)制（Pulse Width Modulation， PffM)電路50。微控制器100具有存儲(chǔ)器110,其包含程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。微控制器 100根據(jù)信號(hào)Hs而產(chǎn)生占空信號(hào)（duty SignaDDUTY(即，控制信號(hào)）和角度信號(hào)θ A。信 號(hào)氏與BLDC電動(dòng)機(jī)的位置和速度相關(guān)。占空信號(hào)DUTY和角度信號(hào)Θ &耦合到PffM電路 50以產(chǎn)生信號(hào)SPWM。信號(hào)Spwm經(jīng)配置以通過定序器電路30來控制三相橋式驅(qū)動(dòng)器20,以驅(qū) 動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10。三相橋式驅(qū)動(dòng)器20接收輸入信號(hào)Vin以驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10。PffM電 路50、三相橋式驅(qū)動(dòng)器20和定序器電路30形成用于驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10的驅(qū)動(dòng)電路。驅(qū) 動(dòng)電路經(jīng)配置以根據(jù)微控制器100的控制而驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10。在本發(fā)明的實(shí)施例中， BLDC 電動(dòng)機(jī) 10 為永磁同步電動(dòng)機(jī)（Permanent Magnet Synchronous Motor，PMSM)。本發(fā) 明的電路和方法可提升電動(dòng)機(jī)的可靠性，降低電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。
[0045] 圖2展不根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的用于BLDC電動(dòng)機(jī)10的無傳感器電動(dòng)機(jī) 控制的角度檢測(cè)和PWM操作。用于角度檢測(cè)和PWM操作的電路包含克拉克變換（Clarke transform)模塊40、派克變換（Park transform)模塊45、正弦波信號(hào)產(chǎn)生器60、角度估 計(jì)模塊80以及求和單元（sum unit) 65?？死俗儞Q模塊40經(jīng)配置以將三軸二維坐標(biāo)系 統(tǒng)（three-axis，two-dimensionalcoordinate system)(參考定子 a、b、c)變換為二車由 坐標(biāo)系統(tǒng)（two-axis coordinatesystem)。換句話說，克拉克變換模塊40接收電動(dòng)機(jī)10 的相電流ia、i b和i。，以產(chǎn)生用于映射電動(dòng)機(jī)的相電流ia、ib和i。的二軸正交（two-axis orthogonal current)電流i a、i β。派克變換模塊45根據(jù)二軸正交電流i α和i β而產(chǎn) 生信號(hào)Id和Iq。角度估計(jì)模塊80根據(jù)信號(hào)Id而產(chǎn)生角度信號(hào)Θ。角度信號(hào)Θ進(jìn)一步反 饋到派克變換模塊45。求和單元65根據(jù)角度信號(hào)Θ和角度移位信號(hào)AS而產(chǎn)生另一角度 信號(hào)θ A。角度移位信號(hào)AS用于適應(yīng)各種BLDC電動(dòng)機(jī)和/或用于弱磁控制（weak-magnet control)。角度信號(hào)Θ包含電動(dòng)機(jī)的位置和速度的信息。
[0046] 角度信號(hào)θ A和占空信號(hào)DUTY耦合到正弦波產(chǎn)生器60以產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號(hào)和3 相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)（相位A、相位B和相位C)。3相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)（相位A、相位B和相 位C)經(jīng)配置以通過三相橋式驅(qū)動(dòng)器20來驅(qū)動(dòng)BLDC電動(dòng)機(jī)10。正弦波產(chǎn)生器60具有兩個(gè) 輸入，包含量值輸入和相位角度輸入。量值輸入耦合到占空信號(hào)DUTY。相位角度輸入耦合 到角度信號(hào)Θ Α。
[0047] 圖5展示根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的由正弦波產(chǎn)生器60產(chǎn)生的波形。3相電動(dòng)機(jī) 電壓信號(hào)V A、VB、Vc的振幅由占空信號(hào)DUTY進(jìn)行編程。3相電動(dòng)機(jī)電壓信號(hào)V A、VB、Vc的角 度由角度信號(hào)ΘΑ確定。
[0048] 圖3說明存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器110中的每分鐘轉(zhuǎn)速RPM表（Rpm Table)的示意圖，其為 根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。RPM(revolution per minute)表示每分鐘電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)幾次，表示 電動(dòng)機(jī)的速度。存儲(chǔ)在RPM Table中的邏輯1表示RPM為被容許的。存儲(chǔ)在Rpm Table中 的邏輯〇表示RPM為被禁止的。圖1中的微控制器100將占空信號(hào)DUTY發(fā)送到驅(qū)動(dòng)電路， 以根據(jù)圖3中的RPM表來改變電動(dòng)機(jī)10的速度。
[0049] 圖4說明微控制器100的控制流程，其為根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。從開始步驟 210開始，在步驟210中，圖1中的MCU 100檢查是否需要改變電動(dòng)機(jī)10的速度，標(biāo)志"是" 表示需要速度的改變。標(biāo)志"否"表示不需要速度的改變。如果標(biāo)志為"是"，那么在步驟 230中，MCU 100將變量X設(shè)置為1，且測(cè)量電動(dòng)機(jī)10的RPM值以產(chǎn)生常數(shù)K。常數(shù)K是通 過式⑴來計(jì)算。
[0051] 參數(shù)Duty_n為產(chǎn)生RPM值RPM_n的占空信號(hào)DUTY的電平。
[0052] 在步驟230后，在步驟250中，MCU 100將根據(jù)三個(gè)參數(shù)來估計(jì)下一 RPM值RPM_ n+x。（1)常數(shù)K ; (2)變量X ;和⑶占空信號(hào)DUTY的下一步的電平（Duty_n+x)。下一 RPM 值RPM_n+x是經(jīng)由式⑵來計(jì)算。
[0053] (RPM_n+x) = kX (Duty_n+x)......... (2)
[0054] 在步驟270中，根據(jù)RPM_n+x，MCU 100將檢查存儲(chǔ)器110中的RPM表（Rpm Table)。 如果Rpm Table展示RPM_n+x為被容許的（邏輯1)，那么在步驟290中，MCU 100將占空信 號(hào)DUTY的電平設(shè)置為Duty_n+x。如果Rpm Table展示RPM_n+x為被禁止的（邏輯0)，那 么在步驟295中，MCU 100將變量設(shè)置為x+1，且轉(zhuǎn)到執(zhí)行步驟250。因此，電動(dòng)機(jī)10可在 并不以電動(dòng)機(jī)10的共振頻率的速度運(yùn)轉(zhuǎn)的情況下操作。
[0055] 最后應(yīng)說明的是：以上各實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對(duì)其限制； 盡管參照前述各實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其 依然可以對(duì)前述各實(shí)施例所記載的技術(shù)方案進(jìn)行修改，或者對(duì)其中部分或者全部技術(shù)特征 進(jìn)行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實(shí)施例技 術(shù)方案的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路，其特征在于，包括： 微控制器，具有存儲(chǔ)器；以及 驅(qū)動(dòng)電路，經(jīng)配置以根據(jù)所述微控制器的控制而驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)； 其中所述存儲(chǔ)器包含每分鐘轉(zhuǎn)速表；所述微控制器將占空信號(hào)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)電路， 以根據(jù)所述每分鐘轉(zhuǎn)速表來改變所述電動(dòng)機(jī)的速度。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，在將新的占空信號(hào)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng) 電路以改變所述電動(dòng)機(jī)的所述速度之前，所述微控制器估計(jì)新的每分鐘轉(zhuǎn)速值；所述新的 每分鐘轉(zhuǎn)速值是根據(jù)所述所存在的占空信號(hào)和當(dāng)前每分鐘轉(zhuǎn)速值來估計(jì)的。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述每分鐘轉(zhuǎn)速表包括禁止每分鐘 轉(zhuǎn)速值。4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制電路，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)的所述速度是通過角度 信號(hào)來檢測(cè)的，其中所述電動(dòng)機(jī)是無傳感器電動(dòng)機(jī)。5. -種控制電動(dòng)機(jī)的速度的方法，其特征在于，包括： 根據(jù)存儲(chǔ)器中的每分鐘轉(zhuǎn)速表而產(chǎn)生控制信號(hào)；以及 根據(jù)所述控制信號(hào)而驅(qū)動(dòng)所述電動(dòng)機(jī)， 其中所述控制信號(hào)是由微控制器產(chǎn)生；所述控制信號(hào)經(jīng)配置以通過驅(qū)動(dòng)電路來驅(qū)動(dòng)所 述無刷直流電動(dòng)機(jī)。6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，在將新的占空信號(hào)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)電路 以改變所述電動(dòng)機(jī)的速度之前，所述微控制器估計(jì)新的每分鐘轉(zhuǎn)速值；所述新的每分鐘轉(zhuǎn) 速值是根據(jù)所存在的占空信號(hào)和當(dāng)前每分鐘轉(zhuǎn)速值來估計(jì)的。7. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述每分鐘轉(zhuǎn)速表包括禁止每分鐘轉(zhuǎn)速 值。8. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述電動(dòng)機(jī)的速度是通過角度信號(hào)來檢 測(cè)的；所述電動(dòng)機(jī)是無傳感器電動(dòng)機(jī)。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種用于驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)的控制電路和一種用于控制電動(dòng)機(jī)的速度的方法，所述控制電路包括微控制器和驅(qū)動(dòng)電路。所述微控制器具有存儲(chǔ)器。所述驅(qū)動(dòng)電路經(jīng)配置以根據(jù)所述微控制器的控制而驅(qū)動(dòng)所述無刷直流電動(dòng)機(jī)。所述存儲(chǔ)器包含RPM表，且所述微控制器將占空信號(hào)發(fā)送到所述驅(qū)動(dòng)電路，以根據(jù)所述RPM表來改變所述電動(dòng)機(jī)的速度。本發(fā)明的電路和方法可提升電動(dòng)機(jī)的可靠性，降低電動(dòng)機(jī)產(chǎn)生的噪聲。
【IPC分類】H02P6/08
【公開號(hào)】CN105099288
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510551857
【發(fā)明人】楊大勇, 康有成, 吳永盛, 強(qiáng)棓瑜
【申請(qǐng)人】臺(tái)灣快捷國際股份有限公司, 快捷半導(dǎo)體(蘇州)有限公司
【公開日】2015年11月25日
【申請(qǐng)日】2015年9月1日
【公告號(hào)】US20150061566