專利名稱：不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達的馬達驅(qū)動裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及馬達驅(qū)動裝置，尤其涉及不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達的馬達驅(qū)動裝置。
背景技術(shù)：
一直以來，已知有不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達的馬達驅(qū)動裝置。該馬達驅(qū)動裝置中，利用因轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)而在定子的線圈中發(fā)生的感應電壓檢出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，以取代用霍爾式傳感器檢出轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)位置，基于該檢出結(jié)果向三相線圈施加每錯開120度相位的三相PWM電壓(例如參照日本特開2003-047280號公報)。
若更詳細說明，則這種馬達驅(qū)動裝置中，按預定定時截斷供給位置檢出相的線圈的電流，在經(jīng)過一定的掩蔽期間后檢出位置檢出相的線圈端子電壓的零交越點，基于該檢出結(jié)果向三相線圈施加三相PWM電壓。設(shè)置一定的掩蔽期間是基于以下原因為了檢出線圈端子電壓的零交越點需要將線圈電流設(shè)為0A，但截斷供給線圈的電流其線圈電流也不會立即成為0A。
另一方面，在不降低旋轉(zhuǎn)效率的情況下靜悄地驅(qū)動三相無刷馬達時，需要使一相的通電電角度由120度靠近180度。若一相的通電電角度由120度靠近180度，則可設(shè)定的掩蔽期間變短。而且馬達的線圈常數(shù)變大時，線圈電流的衰減變遲，在檢出零交越點之前不能使線圈電流成為0A。在這種情況下，不能準確檢出零交越點，且難以進行馬達控制。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的主要目的在于提供可準確檢出零交越點的馬達驅(qū)動裝置。
本發(fā)明的馬達驅(qū)動裝置是不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達的馬達驅(qū)動裝置，其中設(shè)有根據(jù)PWM信號，將相位錯開的三相PWM電壓供給各三相無刷馬達的三相線圈端子的輸出電路；比較三相線圈端子的各電壓與三相線圈中點電壓之高低的比較電路；基于比較電路的比較結(jié)果檢出位置檢出相的線圈電流成為0A的電流檢出電路；響應由電流檢出電路檢出的位置檢出相的線圈電流成為0A的情況，基于比較電路的比較結(jié)果檢出位置檢出相的電壓的零交越點的位置檢出電路；由位置檢出電路檢出零交越點后再經(jīng)過預定時間之后截斷流過下個位置檢出相的線圈的電流的電流截斷電路；以及基于位置檢出電路的檢出結(jié)果生成PWM信號的信號發(fā)生電路。
本發(fā)明的馬達驅(qū)動裝置中，在檢出位置檢出相的線圈電流實際成為0A后，檢出位置檢出相的電壓的零交越點，因此無需設(shè)置掩蔽期間，也能準確檢出零交越點。
本發(fā)明的上述以及其它目的、特征、局面及優(yōu)點，通過以下參照


的本發(fā)明相關(guān)的詳細說明，當會更加清晰。

圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的馬達驅(qū)動裝置的結(jié)構(gòu)的電路框圖。
圖2是表示圖1所示的馬達驅(qū)動裝置的動作的時序圖。
圖3是表示圖1所示的電流零安培檢出電路的動作的電路圖。
圖4是表示圖1所示的馬達驅(qū)動裝置的動作的一部分的流程圖。
圖5是表示圖1所示的馬達驅(qū)動裝置的動作的另一部分的流程圖。
圖6是表示圖4和圖5所示的馬達驅(qū)動裝置的動作的時序圖。
圖7是表示本實施例的變更例的電路框圖。
具體實施例方式
圖1是表示本發(fā)明的一個實施例的馬達驅(qū)動裝置1的結(jié)構(gòu)的框圖。圖1中該馬達驅(qū)動裝置1包括輸出電路2、比較電路3、電流零安培(0A)檢出電路7、位置檢出電路8、無感驅(qū)動運算電路9、噪聲降低用電流波形生成電路11、信號合成電路12及輸出晶體管控制電路13，該馬達驅(qū)動裝置1不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達21。馬達驅(qū)動裝置1由一個IC形成。
三相無刷馬達21包括定子22和在其周圍自由旋轉(zhuǎn)地設(shè)置的轉(zhuǎn)子23。定子22包括Y接線的U相、V相及W相的線圈。U相、V相及W相的線圈的一個端分別與U相、V相及W相的線圈端子TU、TV、TW連接，它們的另一端與中點端子TN連接。轉(zhuǎn)子23上沿著旋轉(zhuǎn)方向，N極和P極交替配置多極(圖中為4極)。若將按120度錯開相位的三相PWM電壓分別施加到U相、V相及W相的線圈，則生成旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子23根據(jù)該旋轉(zhuǎn)磁場而旋轉(zhuǎn)。馬達21例如用作使個人計算機的硬盤高速旋轉(zhuǎn)的主軸馬達。
輸出電路2包含N溝道MOS晶體管Q1～Q6及二極管D1～D6。N溝道MOS晶體管Q1和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6分別在電源電壓VCC的導線與接地電壓GND的導線之間串聯(lián)連接。N溝道MOS晶體管Q1和Q2、Q3和Q4、Q5和Q6之間的節(jié)點N1、N3、N5分別與三相無刷馬達21的U相、V相及W相的線圈端子TU、TV、TW連接。二極管D1、D3、D5分別連接在節(jié)點N1、N3、N5與電源電壓VCC的導線之間，二極管D2、D4、D6分別連接在接地電壓GND的導線與節(jié)點N1、N3、N5之間。通過使N溝道MOS晶體管Q1～Q6按預定定時導通/截止，能夠?qū)⒅绷麟妷篤CC變換為三相PWM電壓。還有，可取代N溝道MOS晶體管而使用P溝道MOS晶體管，將與供給N溝道MOS晶體管柵極的信號反相的信號或反轉(zhuǎn)信號供給P溝道MOS晶體管柵極。
比較電路3包括三個比較器4～6。比較器4～6的+端子分別與三相無刷馬達21的線圈端子TU、TV、TW連接，比較器4～6的-端子均與三相無刷馬達21的中點端子TN連接。比較器4的輸出信號φU在線圈端子TU的電壓高于中點端子TN的電壓時成為“H”電平，而線圈端子TU的電壓低于中點端子TN的電壓時成為“L”電平。
比較器5的輸出信號φV在線圈端子TV的電壓高于中點端子TN的電壓時成為“H”電平，而線圈端子TV的電壓低于中點端子TN的電壓時成為“L”電平。比較器6的輸出信號φW在線圈端子TW的電壓高于中點端子TN的電壓時成為“H”電平，而線圈端子TW的電壓低于中點端子TN的電壓時成為“L”電平。
電流零安培檢出電路7基于比較器4～6的輸出信號φU、φV、φW，檢出位置檢出相的線圈電流實際成為0A。這里位置檢出相指的是U相、V相及W相中的位置檢出對象的相，按U相、V相及W相的順序依次變化。
位置檢出電路8響應電流零安培檢出電路7檢出的位置檢出相的線圈電流成為0A的情況，基于比較器4～6的輸出信號φU、φV、φW，檢出位置檢出相的端子TU、TV或TW的電壓的零交越點，輸出表示檢出結(jié)果的位置檢出信號。
無感驅(qū)動運算電路9進行內(nèi)裝的計數(shù)器10的增加、初始值設(shè)定、置位、復位，并基于來自位置檢出電路8的位置檢出信號生成PWM信號。無感驅(qū)動運算電路9控制PWM信號，在最合適的定時截斷位置檢出相的電流。計數(shù)器10被電流零安培檢出電路7、噪聲降低用電流波形生成電路11、信號合成電路12所共用。
噪聲降低用電流波形生成電路11與無感驅(qū)動運算電路9上生成的PWM信號同步，生成用以降低三相無刷馬達21的噪聲的電流波形。信號合成電路12將無感驅(qū)動運算電路9上生成的PWM信號與噪聲降低用電流波形生成電路11上生成的電流波形合成。輸出晶體管控制電路13根據(jù)信號合成電路12的輸出信號，控制輸出電路2的各晶體管Q1～Q6的導通/截止。從而，由輸出電路2向三相無刷馬達21供給三相PWM電壓，轉(zhuǎn)子23旋轉(zhuǎn)。
圖2(a)(b)(c)分別是表示U相、V相及W相的線圈的驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW的波形的時序圖，圖2(d)(e)(f)分別是表示U相、V相及W相的線圈的感應電壓VIU、VIV、VIW的波形的時序圖，圖2(g)(h)(i)分別是表示U相、V相及W相的線圈的驅(qū)動電流IU、IV、IW的波形的時序圖。
圖2(a)～(i)中com1～com6表示在電角度360度中流過三相線圈的驅(qū)動電流的狀態(tài)，com1中驅(qū)動電流由U相的線圈經(jīng)由中點流入V相的線圈，com2中驅(qū)動電流由U相的線圈經(jīng)由中點流入W相的線圈，com3中驅(qū)動電流由V相的線圈經(jīng)由中點流入W相的線圈，com4中驅(qū)動電流由V相的線圈經(jīng)由中點流入U相的線圈，com5中驅(qū)動電流由W相的線圈經(jīng)由中點流入U相的線圈，com6中驅(qū)動電流由W相的線圈經(jīng)由中點流入V相的線圈。這樣，通過改變驅(qū)動電流的路徑來生成旋轉(zhuǎn)磁場。
驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW通過使輸出電路2的各N溝道MOS晶體管Q1～Q6導通/截止來分別供給三相無刷馬達23的三相線圈端子TU、TV、TW。一旦轉(zhuǎn)子23旋轉(zhuǎn)，就在三相線圈發(fā)生感應電壓VIU、VIV、VIW。通過檢出感應電壓VIU、VIV、VIW的零交越點，能夠檢出轉(zhuǎn)子23的位置。由于輸出電路2的電源側(cè)晶體管Q1、Q3、Q5和接地側(cè)晶體管Q2、Q4、Q6均截止時出現(xiàn)的感應電壓VIU、VIV、VIW的相位與驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW的相位相同，通過檢出驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW的零交越點，能夠檢出轉(zhuǎn)子23的位置。按照轉(zhuǎn)子23的位置向三相線圈供給驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW，能夠使轉(zhuǎn)子23旋轉(zhuǎn)。
為檢出驅(qū)動電壓VDU、VDV、VDW的零交越點，有必要在之前截斷驅(qū)動電流IU、IV、IW而設(shè)成0A。例如為了檢出com5中驅(qū)動電壓VDV的零交越點C，停止之前(B部)施加的驅(qū)動電壓VDV截斷驅(qū)動電流IV，需要將驅(qū)動電流IV設(shè)為0A。即使截斷線圈的電流，電流也不會立即成為0A，因此本發(fā)明中用電流零安培檢出電路7檢出位置檢出相的線圈電流成為0A，其后用位置檢出電路8檢出位置檢出相的電壓的零交越點。
接著，就檢出位置檢出相的線圈電流成為0A的方法進行說明。將位置檢出相設(shè)為V相。如圖3(a)所示，在圖2的A部中，輸出電路2的N溝道MOS晶體管Q2、Q3導通，驅(qū)動電流IV由電源電壓VCC的導線經(jīng)由N溝道MOS晶體管Q3、V相線圈端子TV、V相線圈、中點、U相線圈、U相線圈端子TU及N溝道MOS晶體管Q2流入接地電壓GND的導線。這時由于電流IV流入V相線圈，在馬達驅(qū)動電壓內(nèi)動作的比較器5不能檢出零交越點。
于是，如圖2的B部所示，使N溝道MOS晶體管Q2、Q3截止來截斷驅(qū)動電流IV。即便截斷驅(qū)動電流IV的供給，驅(qū)動電流IV也不會立即成為0A，如圖3(b)所示，與在那之前流過的電流相同值的電流，由接地電壓GND的導線經(jīng)由二極管D4、V相線圈端子TV、V相線圈、中點、U相線圈、U相線圈端子TU及二極管D1流入電源電壓VDD的導線。
這時，由中點看的V相線圈端子TV的電壓成為負，比較器5的輸出信號φV成為“L”電平。流入V相線圈的電流I0在靜態(tài)時根據(jù)下式(1)，I＝0A。
I＝[exp(-t·R/L)-1]·E/R+I0·exp(-t·R/L)...(1)其中，R為V相線圈的電阻值、L為V相線圈的阻抗、E為電壓VCC/2。
若該電流I成為0A，則因V相線圈的感應電壓VIV而比較器5的輸出信號成為“H”電平。因而，驅(qū)動電流IV由V相線圈端子TV流入中點時，通過檢出比較器5的輸出信號φV由“L”電平上升為“H”電平的瞬間，能夠檢出電流I成為0A的瞬間。如果V相線圈的電流IV成為0A，就檢出V相電壓的零交越點C。如果檢出V相電壓的零交越點C，如圖3(c)所示，使N溝道MOS晶體管Q1、Q4導通而再開始向V相線圈供電。
另外，若在圖3(c)所示的狀態(tài)下N溝道MOS晶體管Q1、Q4截止，電流由接地電壓GND的導線經(jīng)由二極管D2、U相線圈端子TU、U相線圈、中點、V相線圈、V相線圈端子TV及二極管D3流入電源電壓VCC的導線。這時，從中點看的V相線圈端子TV的電壓成為正，比較器5的輸出信號φV成為“H”電平。流入V相線圈和U相線圈的電流I按照上式(1)衰減。若該電流I成為0A，則因V相線圈的感應電壓VIV而比較器5的輸出信號φV成為“L”電平。因而，在驅(qū)動電流IV由中點流入V相線圈端子TV時，通過檢出比較器5的輸出信號φV由“H”電平下降為“L”電平瞬間，能夠檢出電流I成為0A的瞬間。由于位置檢出相為U相、W相的場合與V相的場合相同，不重復其說明。
圖4和圖5是表示圖1所示的電流零安培檢出電路7、位置檢出電路8及無感驅(qū)動運算電路9的主要動作的流程圖。設(shè)位置檢出相為V相，在圖6示出V相線圈的驅(qū)動電流IV、V相線圈的驅(qū)動電壓VDV及比較器5的輸出信號φV的波形。
圖4～圖6中，步驟S1中，將上次的零交越計數(shù)值(圖6中為電角度60～120度之間的計數(shù)值)設(shè)為Tlast，將當前(圖6中為電角度120度)的計數(shù)值T設(shè)為0，將電流截斷角度的計數(shù)值設(shè)為Icut。步驟S2中判斷計數(shù)器10的計數(shù)值T是否在Tlast-Icut以上，當不是T≥Tlast-Icut時在步驟S3中將計數(shù)值T增加(+1)后返回步驟S2，而當T≥Tlast-Icut時在步驟S4中截斷相位檢出相即V相的驅(qū)動電流IV。
在步驟S5中判斷位置檢出相即V相的線圈電流IV的方向是否為SINK側(cè)(線圈電流IV是否為由中點流入線圈端子TV)，線圈電流IV的方向為SINK側(cè)時進入步驟S6，而線圈電流IV的方向不是SINK側(cè)時進入步驟S9。
在步驟S6中，判斷比較器5的輸出信號φV是否由“H”電平下降為“L”(線圈電流IV是否成為0A)，當信號φV由“H”電平下降為“L”時(線圈電流IV成為0A時)進入步驟S14，當信號φV不從“H”電平下降到“L”電平時(線圈電流IV不為0A時)進入步驟S7。在步驟S7中增加計數(shù)值T，在步驟S8中判斷計數(shù)值T是否大于Tlast，當不是T＞Tlast時返回步驟S6，而T＞Tlast時進入步驟S12。
在步驟S9中，判斷比較器5的輸出信號φV是否由“L”電平上升為“H”電平(線圈電流IV是否為0A)，當信號φV由“L”電平上升為“H”時(線圈電流IV成為0A時)進入步驟S14，信號φV不從“L”電平上升為“H”電平時(線圈電流IV不為0A時)進入步驟S10。步驟S10中增加計數(shù)值T，在步驟S11中判斷計數(shù)值T是否大于Tlast，當不是T＞Tlast時返回步驟S9，而T＞Tlast時進入步驟S12。
在步驟S12中，因某些原因?qū)嶋H未檢出零交越點，但因馬達21的繼續(xù)運轉(zhuǎn)而看成檢出了零交越點。在步驟S13中，將Icut的值維持在θ后進入圖4的步驟S20。
在步驟S14中，判斷計數(shù)值T是否小于Tlast-α，當不是T＜Tlast-α時線圈電流IV過遲成為0A，因此在步驟S15中Icut的值僅增大γ，當T＜Tlast-α時進入步驟S16。在步驟S16中，判斷計數(shù)值T是否大于Tlast-β(其中，Tlast＞＞β＞θ＞α，β＞＞γ)，當不是T＞Tlast-β時，線圈電流IV過早變?yōu)?A，因此在步驟S17中使Icut的值僅減小γ，當T＞Tlast-β時進入步驟S18。通過步驟S14～S17，使截斷線圈電流IV的定時最優(yōu)化，在線圈電流IV自然成為0A的定時，線圈電流IV被截斷。從而，U相和W相的線圈電流IU、IW的變形消失，馬達21的噪聲得到改善。還有，圖6中在線圈電流IV自然成為0A之前截斷線圈電流IV(B)，在線圈電流IV的A部產(chǎn)生變形，發(fā)生噪聲。
在步驟S18中，判斷是否存在線圈驅(qū)動電壓VDV的零交越點(判斷比較器5的輸出信號φV是否由“H”電平下降為“L”電平)，當沒有零交越點時在步驟S19中增加計數(shù)值T后返回步驟S18，在存在零交越點時進入步驟S20。在步驟S20中，當存在零交越點時的計數(shù)值T設(shè)為新的Tlast，將計數(shù)值T復位到0后返回步驟S2。
本實施例中，按預定定時(T＝Tlast-Icut)截斷對位置檢出相的線圈的供電，檢出線圈電流實際成為0A之后，檢出位置檢出相的電壓的零交越點。因而，無需設(shè)置掩蔽期間而能準確地檢出零交越點。
另外，調(diào)整截斷對線圈供電的定時，在線圈電流自然成為0A的定時截斷供電，因此強制截斷供電而在其它相的線圈電流上產(chǎn)生變形，能夠防止發(fā)生噪聲。
圖7是表示本實施例的變更例的電路框圖。圖7中該馬達驅(qū)動裝置30與圖1的馬達驅(qū)動裝置1的不同點在于增加了中點電壓發(fā)生電路31。中點電壓發(fā)生電路31包含相同電阻值的三個電阻元件32～34。電阻元件32～34的一個端子與三相無刷馬達21的3個線圈端子TU、TV、TW分別連接，電阻元件32～34的另一端子共同連接到節(jié)點N31上。節(jié)點N31上發(fā)生與三相線圈的中點相同的電壓。節(jié)點N31與比較器4～6的-端子連接。該變更例中，得到與圖1的馬達驅(qū)動裝置1相同的效果，此外馬達21與馬達驅(qū)動裝置之間的布線數(shù)減少一條也可。
這里公開的實施例所有方面僅為例示并不限制本發(fā)明。本發(fā)明的范圍并不是上述的說明，而由權(quán)利要所表示，其包括與權(quán)利要求相等范圍內(nèi)的所有變更。
權(quán)利要求
1.一種不用霍爾式傳感器而驅(qū)動三相無刷馬達的馬達驅(qū)動裝置，其中設(shè)有根據(jù)PWM信號，將相位錯開的三相PWM電壓供給各所述三相無刷馬達的三相線圈端子的輸出電路；比較所述三相線圈端子的各電壓與三相線圈中點電壓之高低的比較電路；基于所述比較電路的比較結(jié)果檢出位置檢出相的線圈電流成為0A的電流檢出電路；響應由所述電流檢出電路檢出的所述位置檢出相的線圈電流成為0A的情況，基于所述比較電路的比較結(jié)果檢出所述位置檢出相的電壓的零交越點的位置檢出電路；由所述位置檢出電路檢出零交越點后再經(jīng)過預定時間之后截斷流過下個位置檢出相的線圈的電流的電流截斷電路；以及基于所述位置檢出電路的檢出結(jié)果生成所述PWM信號的信號發(fā)生電路。
2.如權(quán)利要求1所述的馬達驅(qū)動裝置，其特征在于所述電流檢出電路，在所述位置檢出相的線圈電流由所述位置檢出相的線圈端子流向所述中點的方向時，用所述電流截斷電路截斷所述位置檢出相的電流后，根據(jù)所述位置檢出相的線圈端子的電壓由低于所述中點電壓的電壓變化到高于所述中點電壓的電壓的情況，判斷所述位置檢出相的線圈電流成為0A，而所述位置檢出相的線圈電流由所述中點流向所述位置檢出相的線圈端子的方向時，用所述電流截斷電路截斷所述位置檢出相的電流后，根據(jù)所述位置檢出相的線圈端子的電壓由高于所述中點電壓的電壓變化到低于所述中點電壓的電壓的情況，判斷所述位置檢出相的線圈電流成為0A。
3.如權(quán)利要求1所述的馬達驅(qū)動裝置，其特征在于還設(shè)有調(diào)整所述預定時間的調(diào)整電路，使由所述電流截斷電路截斷所述位置檢出相的線圈電流的時刻與由所述電流檢出電路檢出所述位置檢出相的線圈電流成為0A的時刻一致。
4.如權(quán)利要求1所述的馬達驅(qū)動裝置，其特征在于所述電流截斷電路在由上次的零交越點經(jīng)過的時間超過上上次的零交越點和上次的交越點之間的時間時，開始所述預定時間的計時。
5.如權(quán)利要求1所述的馬達驅(qū)動裝置，其特征在于還設(shè)有基于所述三相線圈端子的電壓，生成所述中點電壓后供給所述比較電路的中點電壓發(fā)生電路。
全文摘要
本發(fā)明的馬達驅(qū)動裝置(1)中設(shè)有比較三相無刷馬達(21)的三相線圈端子(TU、TV、TW)的電壓和中點端子(TN)的電壓之高低的比較電路(3)；基于比較電路(3)的比較結(jié)果檢出位置檢出相的線圈電流成為0A的電流零安培檢出電路(7)；以及在線圈電流成為0A后基于比較電路(3)的比較結(jié)果檢出位置檢出相的電壓的零交越點的位置檢出電路(8)。因而無需設(shè)置掩蔽其間而能準確檢出零交越點。
文檔編號H02P6/18GK1815872SQ200610003748
公開日2006年8月9日 申請日期2006年2月5日 優(yōu)先權(quán)日2005年2月1日
發(fā)明者鳴海聰, 玉川浩之 申請人:株式會社瑞薩科技