專利名稱：用于為一個多相直流電動機、鎖定檢測器、驅動裝置和盤驅動器產生驅動信號的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種裝置，用于產生提供給一個多相直流電動機的多個繞組的驅動信號，包括一個多相逆變器，該逆變器把驅動信號提供給電動機的繞組，以致于以給定的順序由驅動信號循環(huán)地激勵這些繞組，至少在預定的固有周期期間至少一個繞組沒有被提供驅動信號；一個相位檢測器，在沒有給所述繞組提供驅動信號的多個所述固有周期期間，該相位檢測器在所述多相逆變器的控制下把這些繞組的反電動勢信號多路調制，以便獲得一個相位誤差信號；一個第一低通濾波器，該低通濾波器根據相位誤差信號來產生一個控制信號；和一個可控振蕩器，該振蕩器產生一個頻率信號，該頻率信號的頻率取決于控制信號，多相逆變器給繞組提供驅動信號的時間取決于頻率信號，該裝置還包括一個由多相逆變器，相位檢測器，第一低通濾波器和振蕩器構成的鎖相環(huán)。
本發(fā)明也涉及一種適合用在上述裝置中的鎖定檢測器、一種由一個多相直流電動機和上述裝置構成的驅動裝置和一種用于在一個信息載體上存儲信息和/或從該信息載體上播放信息并且包括上述驅動系統(tǒng)的系統(tǒng)。
利用一個由逆變器驅動的無刷直流電動機通常使用一個反饋環(huán)來維持在一個繞組被激勵時在轉子與定子的位置之間一個希望的相角關系。例如，可以選擇該相角關系以致于電動機能夠產生一個最大力矩。
一個繞組的固有周期通常存在于另一個繞組的驅動周期之內，或與另一個繞組的驅動周期一致，在該固有周期中另一個繞組接收驅動信號。一個繞組的固有周期的開始與結束通常也與其它繞組的的驅動周期的開始或結束相一致。例如，在一個三相電動機的情況下，這意味著在任何時刻一個驅動信號被提供給兩個繞組(在兩個彼此移相120°的驅動周期期間)，而沒有驅動信號被提供給第三個繞組(在一個固有周期期間，該固有周期的長度等于驅動周期長度的一半)。這個第三繞組保持“浮動”并且產生一個反電動勢信號，這實際上是已知的。
在美國專利4,928,043中公開了上述這種裝置。這個已知的裝置包括一個反饋環(huán)，該反饋環(huán)由相位檢測器、低通濾波器和可控振蕩器構成。因此該反饋環(huán)是一個鎖相環(huán)(PLL)。相位檢測器把由一個或多個繞組來的連續(xù)的反電動勢信號結合起來，以便形成相位誤差信號，其中所有的反電動勢信號給定相同的極性。低通濾波器構成一個積分器，該積分器把一個繞組的反電動勢電壓與一個基準值相比較并且對它們的差值進行積分，以便獲得一個用于振蕩器的控制信號。該控制信號控制VCO類型的振蕩器，它也控制多相變換器的轉換時刻。如果由逆變器確定的電動機轉子的希望位置偏離了轉子的實際位置，那么控制信號的電壓由此將改變并且將使VCO來校正逆變器的轉換時刻，以便抵消偏離。反電動勢信號的電壓具有使一個電動機產生一個最大力矩的最佳值。借助于PLL這個電壓的偏離導致控制信號的一個變化，以便抵消該偏離。
在已知的裝置中存在的問題在于提供給電動機的驅動信號不總是使電動機沿著正確的方向旋轉。由此，電動機失速或沿著相反的方向轉動。本發(fā)明的一個目的是提供能夠使上述裝置的不正確操作至少被檢測和當需要時消除該不正確操作的裝置。為了此目的，根據本發(fā)明的一種裝置的特征在于該裝置還包括一個鎖定檢測器，該鎖定檢測器確定反電動勢信號是否與頻率信號同相，該鎖定檢測器根據與相位誤差信號的頻率和相位相關的信息和與頻率信號的頻率和相位相關的信息來進行上述確定。
該裝置是以下列的認識為基礎產生所述的問題實際上是由于反電動勢信號與頻率信號不同相，并且根據與誤差信號的頻率和相位相關的信息和與頻率信號的頻率和相位相關的信息，能夠確定反電動勢信號和頻率信號是否被同相鎖定。如果反電動勢信號和頻率信號沒有被同相鎖定，那么這意味著反電動勢信號被鎖定但是不同相(例如，隨后頻率信號被鎖定到一個反電動勢信號的諧波頻率而不是反電動勢信號的基波頻率)。相反地，如果反電動勢信號和頻率信號沒有被同相鎖定，那么這也意味著在這些信號之間沒有相位關系。在上述兩種情況下，能夠產生電動機失速或在一個錯誤的方向上轉動。鎖定檢測器能夠把上述兩種情況與所述信號被同相鎖定的情況區(qū)分出來。
事實上，利用一個用于檢測一個單個鎖相環(huán)狀態(tài)的鎖定檢測器是已知的。例如，立體聲解碼器也利用一個鎖定檢測器，該鎖定檢測器包括一個相位檢測器，相位誤差信號和一個90°的移相的VCO信號被提供給該相位檢測器。如果相位誤差信號與VCO信號同相，那么已知的鎖定檢測器提供一個直流電壓。如果鎖相環(huán)沒有被鎖相，那么已知的鎖定檢測器提供一個沒有直流分量的電壓。然而，這涉及了一個包括鎖相環(huán)和鎖定檢測器的已知裝置，該鎖相環(huán)是單相型的鎖相環(huán)。相反，本發(fā)明涉及一種由多相鎖相環(huán)構成的裝置，該多相鎖相環(huán)由多相逆變器、相位檢測器、低通濾波器和振蕩器構成。實際上相位誤差信號由多個不同相位的反電動勢信號組成。這意味著鎖定檢測器檢測多相鎖相環(huán)的狀態(tài)，即檢測是否被鎖相、是否被鎖定但不同相或根本沒有被鎖定。
在該裝置的一種特殊的實施例中，鎖定檢測器把相位誤差信號與頻率信號結合起來進行處理，以便確定反電動勢信號是否與頻率信號同相。該裝置的優(yōu)點在于相位誤差信號與頻率信號結合起來被處理，對這些信號本身沒有求導數，其結果是使該裝置簡單化。最好鎖定檢測器包括用于把相位誤差信號與頻率信號彼此相乘的裝置，以便獲得一個鎖定信號。特別是鎖定檢測器包括用于以頻率信號的節(jié)奏使誤差信號交替地反相和不反相以便獲得鎖定信號的裝置。如果這樣獲得的鎖定信號沒有一個直流分量，那么這意味著鎖相環(huán)被同相鎖定。相反，如果該鎖定信號具有一個直流分量，那么這意味著即可以是鎖相環(huán)被鎖定而反電動勢信號與頻率信號不同相，或者是鎖相環(huán)沒有鎖定，即在反電動勢信號與頻率信號之間根本沒有相位關系。
特別是該裝置包括由鎖定信號控制的裝置，例如用于重新起動該裝置、產生一個誤差信號，或用于當鎖定信號表示反電動勢信號與頻率信號不同相的狀態(tài)時增加第一低通濾波器的帶寬。這就使得能夠檢測一個失速的電動機或檢測一個以相反方向旋轉的電動機。通過重新起動該裝置或增加所示濾波器的帶寬，能夠假設多相鎖相環(huán)一個正確的鎖定狀態(tài)，其結果是該電動機將以需要的方式旋轉。
具有一個鎖相環(huán)的已知電路也具有這樣的問題當電動機被起動時該電動機不能正確的操作。在根據本發(fā)明的一種特殊的實施例中，這個問題被解決了，其原因是該裝置還包括一個掩蔽電路，用于至少在相位誤差信號中存在一個回掃脈沖期間暫時抑制由第一低通濾波器和/或鎖定電路進一步處理相位誤差信號，由此抑制處理在相位誤差信號中出現的回掃脈沖。
因此，掩蔽電路從相位誤差信號中，即從提供給第一低通濾波器和/或鎖定電路的取樣的反電動勢信號中消除回掃脈沖。
回掃脈沖在一個變換(逆變器的轉換時刻)之后出現。一個回掃脈沖的持續(xù)時間取決于電動機電流和自感效應。因此，當電動機被起動并且以低速度旋轉時，一個回掃脈沖的持續(xù)時間長。相反，當電動機被起動并且以低速度旋轉時，反電動勢信號小。這意味著通?；貟呙}沖克服了反電動勢信號。其結果是由一個積分器和鎖定檢測器構成的第一低通濾波器的正確操作將被干擾。一個偏離控制信號意味著在一個理想的時刻上不影響變換。由于根據本發(fā)明，已經消除了回掃脈沖，所以借助于多相鎖相環(huán)電路能夠直接地起動。此外，它保障在理想的時刻以任何速度，即也以低速度產生變換，并且在低速度上也能夠借助于鎖定檢測器來確定多相鎖相環(huán)電路的狀態(tài)。
下面參照附圖來詳細地描述本發(fā)明。


圖1示出了根據本發(fā)明的一種裝置的實施例；圖2示出了在圖1中所示裝置的電源電路的一個例子；圖3示出了一個表，該表解釋了在圖1中所示裝置的操作；圖4示出了由圖1所示的裝置連續(xù)地提供給一個電動機的圖表解釋的驅動信號；圖5A示出了用于解釋在圖1中所示裝置的操作波形圖；圖5B示出了用于解釋在圖1中所示裝置的操作波形圖；圖6示出了在圖1中所示裝置的一個鎖定檢測器的例子；圖7示出了在圖1中所示裝置的一個掩蔽電路的例子；和圖8示出了一個盤驅動器的例子，該盤驅動器包括一個如在圖1中所示的裝置。
在圖1中，符號1表示一個裝置，該裝置用于給一個三相無刷直流電動機8的三個繞組2,4,6提供驅動信號。以給定的順序循環(huán)地給電動機8的定子繞組提供驅動信號，以致于電動機8的磁轉子開始轉動，在預定的固有周期期間至少一個繞組沒有被提供驅動信號。在該實施例中，在預定的固有周期期間，所有的三個繞組循環(huán)地但不同時地不接收信號。裝置1包括一個多相逆變器10，該逆變器10實際上是已知的，它以上述的方法給電動機8的繞組2,4,6提供驅動信號。由多相逆變器10產生的驅動信號借助于導線12,14,16提供給繞組2,4,6。
在該實施例中，多相逆變器10是一個三相逆變器，因為在該情況下一個三相直流電動機將被驅動。在該實施例中，多相逆變器10包括一個電源電路18和一個定序器20。定序器20借助于導線22.1-22.6順序地驅動電源電路18，以致于電源電路18按一個順序方式，例如以一個給定的順序循環(huán)地給繞組2,4,6提供驅動信號。圖2示出了一個電源電路18的實施例。電源電路18包括一個常規(guī)的三重半H橋路。電源電路18包括在一個電源線26與一個零電位線28之間設置的三個串聯電流通路24,24’,24”。在該實施例中，一個電源電壓Vo被提供給電源線26而零電位線與地連接。
每個電流通路24,24’,24”包括兩個串聯連接的晶體管30,32,30’,32,30”,32”。晶體管30,30’,30”,32,32’,32”每個例如可以包括一個實際上已知的FET或任何其它開關裝置。此外每個晶體管30,30’,30”,32,32’,32”具有一個相關的回掃二極管34,34’,34”,36,36’,36”。每個回掃二極管與相關的晶體管反向并聯連接。在該繞組的一個固有周期之間由在一個繞組中產生的反電動勢所產生的回掃信號流過該回掃二極管。導線12,14,16與在晶體管30,32,30’,32’,30”,32”之間的節(jié)點A,B,C分別地連接。
下面參照在圖3中的表和參照圖4來詳細地描述電源電路18的操作，其中圖4示出了電動機8。繞組2,4,6的端子在圖4中表示為節(jié)點A,B,C,并且與在圖1至3中的節(jié)點A,B,C相對應。通常認為在操作中一個節(jié)點(例如節(jié)點A)與電源線26連接，另一個節(jié)點(例如節(jié)點B)與零電位線28連接，最后一個節(jié)點(例如節(jié)點C)保持浮動。因此，六個不同的相是可以得到的。例如，在第一相位F中，借助于導線22.3來控制電源電路以便使晶體管30關斷，由此，把節(jié)點A把與電源線26連接。在第一相位F中，晶體管32’借助于導線22.5同時被驅動，以致于把節(jié)點B與零電位線28連接。在第一相位F中，另一個晶體管被關斷。其結果是在第一相位F期間產生一個驅動電流，該電流借助于晶體管30從電源線26流入到節(jié)點A中、借助于繞組2和4從節(jié)點A流入到節(jié)點B中、和借助于晶體管32’從節(jié)點B流入到零電位線28中。節(jié)點C保持浮動。在圖3和4中示出了第一相。圖3中的第一線表示一個電流從節(jié)點A流入到節(jié)點B，而節(jié)點C保持浮動。在圖4中，由被圈起來的符號1表示的箭頭來表示這個電流。利用完全類似的方式，在相位2中，一個電流從節(jié)點A流入到節(jié)點C，而節(jié)點B保持浮動。利用類似的方式，在圖3和4中示出了其它的相位3到相位6。此外，一個驅動周期Pa能夠被限定，在該周期中驅動信號被提供給一個電動機的一個繞組。一個固有周期Pv能夠被限定為一個周期，在該周期中，沒有驅動信號被提供給一個繞組。圖3也給出了驅動周期Pa和固有周期Pv。這個圖表示在給定的驅動周期Pa期間，驅動信號被提供給電動機繞組，以致于在該實施例中在兩個繞組的驅動周期Pa不給一個繞組提供驅動信號。因此，一個固有周期的開始和結束與一個驅動周期的開始或結束重合，每個驅動周期是一個固有周期的兩倍。
如上所述，在固有周期Pv期間，節(jié)點A,B或C中的一個節(jié)點保持浮動。然而，如果例如節(jié)點C在第一相位中保持浮動，那么電動機的轉子的轉動將在繞組6中產生一個感應電壓。該感應電壓在節(jié)點C和三個繞組的星形點S之間可以得到，并且在此后該感應電壓被稱為反電動勢信號。類似地，在第二相位F中，在節(jié)點B和星形點S之間產生一個反電動勢信號，在第三相位F中，在節(jié)點C和星形點S之間產生一個反電動勢信號等等。
定序器20是一個已知類型的定序器并且以在此后限定的一個頻率信號的節(jié)奏來操作，該頻率信號包括一個時鐘信號并且借助于一個導線38來提供該頻率信號，該定序器20在導線22.1-22.6上產生信號，該信號以在圖3中的表給定的順序循環(huán)地使30,30’,30”,32,32’,32”導通。定序器20例如可以包括一個公知的移位寄存器，該移位寄存器在電動機轉動一圈期間移位六次。因此，在該實施例中，導線38上的時鐘信號具有一個頻率，該頻率是轉子的旋轉頻率的六倍。
分別在繞組2,4,6中產生的上述反電動勢信號包含關于電動機的轉子的實際位置的信息。因此，這些信號被用于把一個實際的轉子位置與一個希望的轉子位置相比較，以便如果需要，允許校正實際的轉子位置。為了該目的，該裝置包括一個反饋回路，該反饋回路包括一個相位檢測器40、一個低通濾波器42和一個振蕩器44。代表實際轉子位置的反電動勢信號借助于導線12,14,16被提供給相位檢測器40。借助于在此后將被描述一個檢測器48，利用定序器20從在導線22.1-22.6上產生的輸出信號能夠獲得希望的轉子位置，并且借助于導線50,52,54把相關的信號提供給相位檢測器39。在該實施例中，可控振蕩器44是一個VCO(電壓控制的振蕩器)。該裝置還包括一個脈寬調制器56，該脈寬調制器56產生一個電源電壓Vo，該電源電壓Vo提供給電源電路18。通過改變電源電壓Vo的脈沖寬度能夠控制電動機的速度。為了這個目的，該裝置包括一個速度控制器58，該速度控制器58控制脈寬調制器56。振蕩器44的輸出信號是電動機速度的度量值并且借助于一個導線60被提供給速度控制器58。速度控制器58把由導線60上的信號表示的實際速度與希望的速度相比，其中希望的速度例如是借助于一個導線62提供給速度控制器58的。如果在借助于導線62輸入的希望的速度與根據導線60上的信號表示的實際速度之間具有一個差值，那么速度控制器58借助于導線64能夠控制脈寬調制器56，以便把速度差減小到零。
利用脈沖寬度控制來控制電動機速度的優(yōu)點是能夠獲得高效率。脈寬調制在反電動勢上產生了寄生的分量。然而，由于所述反饋回路是一個多相鎖相環(huán)(在本實施例中為一個三相鎖相環(huán))，所以這些寄生分量對轉子的瞬時位置的控制沒有影響。低通濾波器42把由脈寬調制產生的高頻寄生分量消除。因此，多相鎖相環(huán)維持在轉子與定子之間所需要的相位角關系，即使當利用脈寬調制來控制電動機的速度時也能維持該相位角的關系。在此，一個多相鎖相環(huán)可以被理解為一個反饋電路，該電路形成了一個用于電動機的每個繞組的鎖相環(huán)并因此反饋多個相位信號(反電動勢信號)。
可控振蕩器44產生包括一個時鐘信號的上述頻率信號，并且借助于導線38對定序器18計時。
該裝置還包括一個鎖定檢測器70，關于頻率信號的頻率和相位的信息借助于一個導線60提供給該鎖定檢測器70。此外，關于相位誤差信號的頻率和相位的信息借助于一個導線72提供給該鎖定檢測器70。根據該信息，鎖定檢測器70確定反電動勢信號是否與頻率信號同相，即它確定反電動勢信號是否與頻率信號同相或在所述信號之間沒有相位關系。當頻率信號被鎖定到一個諧波頻率而不是反電動勢信號的基波頻率時產生一個不希望的相位關系。然后，多相鎖相環(huán)被鎖定但是不同相。如果沒有任何相位關系，那么多相鎖相環(huán)完全沒有鎖定。因此，鎖定檢測器確定多相鎖相環(huán)的狀態(tài)，即它確定是否被鎖相或沒有被鎖相。
在本實施例中，相位誤差信號和頻率信號都被提供給檢測器。鎖定檢測器70把這些信號結合起來進行處理，以便確定多相鎖相環(huán)的所述狀態(tài)。鎖定檢測器70在導線70上產生一個在以后將被描述的鎖定信號。該信號代表多相鎖相環(huán)的這種狀態(tài)。為了這個目的，多相鎖相環(huán)可以包括用于使頻率信號和相位誤差信號彼此相乘的裝置。這樣獲得的鎖定信號被提供給導線74以便進一步處理。在本實施例中，如將在下面描述的，鎖定檢測器包括用于使相位誤差信號交替地反相和不反相的裝置，以便獲得鎖定信號。
下面借助于圖5A和5B來描述該裝置的操作，特別是該裝置的反饋回路和鎖定檢測器的操作。
在圖5A和5B中由F表示的第一行給出了六個不同的相位區(qū)，當電動機轉動一整圈時連續(xù)的產生這些相位區(qū)，行A,B,C對于電動機的節(jié)點A,B,C分別給出了作為一個時間的函數的電壓。例如，它表示在第一和第二相位區(qū)期間，在節(jié)點A上的電壓等于電源電壓Vo。在第三相位區(qū)期間，節(jié)點A是浮動的并且在繞組2中產生反電動勢信號。在第四相位區(qū)的開始時節(jié)點A上的電壓變?yōu)榈扔诹泓c上的電壓，因為節(jié)點A與零電位線28連接。在第四和第五相位區(qū)期間維持這種情況。在第六相位區(qū)期間，節(jié)點A變?yōu)樵俅胃硬⑶耶a生另一個反電動勢信號。在節(jié)點B中產生與在節(jié)點A中相同的信號，在節(jié)點B中的信號相對于在節(jié)點A中的信號移相了120°。類似地，在節(jié)點C中產生的信號相對于節(jié)點A移相了240°。
如上所述，反電動勢信號包括與電動機轉子的位置相關的信號。為了能夠使所有的信息被使用，在節(jié)點A,B,C中出現的反電動勢信號被取樣、當需要時被反向并且被結合以便形成一個相位誤差信號(FF)，如在圖5B中示出的。利用一個多路調制器來形成相位檢測器40，該多路調制器本身是公知的。為了正確地結合反電動勢信號以便形成相位誤差信號，該裝置還包括解調器48，定序器20的輸出信號提供給該解調器48。利用一種已知的方法，定序器20的輸出信號這樣地被處理以致于解調器48在導線50,52,54上分別地產生開關信號S1、S2和S3。開關信號S1、S2和S3借助于導線50,52,54提供給相位檢測器40。當開關信號S1假設值為1時，導線12(節(jié)點A上的信號)上的信號不變地被傳送。如果開關信號S1假設值為0，那么導線12上的信號被中斷，如果開關信號S1假設為-1，那么導線12上的信號被反向。它也適合于與開關信號S2和S3相關的導線14和16上的信號。結果，在導線66上的相位檢測器40的輸出端上產生如在圖5B中所示相位誤差信號。因此，相位檢測器40把所有可獲得的反電動勢信號結合起來并且給這些信號相同的極性。其優(yōu)點是在相位誤差信號(FF)中出現所有獲得的反電動勢信號。如果隨后相位誤差信號直接地提供給低通濾波器42，那么例如由脈寬調制器56可以產生任何寄生分量，并且由濾波器來消除在相位誤差信號的第二相位中示出的寄生分量。因此，低通濾波器產生一個控制信號，在該控制信號中由脈寬調制器引起的抖動被抑制。借助于一個導線68，控制信號被提供給振蕩器44，該振蕩器44響應該控制信號在導線38上產生一個頻率信號(V)，如在圖5中所示的。利用該頻率信號(V)使定序器20計時。
然而，相位誤差信號(FF)包括回掃脈沖(p)，該回掃脈沖(p)不包含與時間轉子位置相關的信息并且局部地掩蔽反電動勢信號。換句話說，在把一個驅動信號提供給相關的繞組被中止并且該繞組保持浮動之后，用于一個給定繞組的回掃脈沖立即啟動?；貟呙}沖的持續(xù)時間取決于電動機的電流、自感效應和反電動勢。由于有用的反電動勢信號是比較小的，而回掃脈沖是比較大的，所以起動一個電動機是困難的。其結果是低通濾波器42產生一個輸出信號，該輸出信號不僅依賴于反電動勢信號也依賴于回掃脈沖。由于回掃脈沖與瞬時的轉子位置無關，所以低通濾波器的輸出信號呈現了一個誤差，該誤差的幅值取決于回掃脈沖的幅值。然后利用鎖相環(huán)來較正地控制轉子位置。
為了減輕回掃脈沖的問題，在圖1中所示的裝置還包括一個掩蔽電路76。該掩蔽電路76抑制在相位誤差信號(FF)中的回掃脈沖，以便獲得一個較正的信號(FF’)。在本實施例中，回掃脈沖甚至可以從相位誤差信號中完全地被消除。
如上所述，較正的相位信號(FF’)借助于導線72被提供給鎖定檢測器70。該鎖定檢測器70包括將在后面描述的裝置，在頻率信號V產生一個下降沿的時刻上該裝置使相位誤差信號翻轉。在圖5B中示出了這樣獲得的鎖定信號L1。在圖中所述的情況下，其中多相鎖相環(huán)處于正確的鎖定狀態(tài)，即，頻率信號V與由繞組2,4,6來的反電動勢信號同相，鎖定信號L1具有一個與Vref對應的直流分量。這個直流分量的出現意味著多相鎖相環(huán)同相地被鎖定。如果鎖相環(huán)沒有正確地被鎖定，即如果在頻率信號V與繞組2,4,6的反電動勢信號之間具有一個異常的相位關系或沒有相位關系，在一個失速的電動機或一個沿反方向轉動的電動機的情況下能夠引起鎖相環(huán)沒有被正確地鎖定，那么在鎖定信號L1中的直流分量將消失。因此，鎖定信號L1代表鎖相環(huán)不正確的鎖定狀態(tài)。
圖6示出了鎖定檢測器70的一種特殊的實施例。該鎖定檢測器70包括一個運算放大器78，該運算放大器78借助于電阻器80和82設置成一個反相器電路。鎖定檢測器70還包括開關裝置84，該開關裝置84具有一個第一輸入86和一個第二輸入88，相位誤差信號和反相的相位誤差信號分別地被提供給第一輸入86和第二輸入88。開關裝置84還具有一個輸出90，該輸出90在一個第一開關狀態(tài)下與第一輸入86連接和在第二開關狀態(tài)下與第二輸入88連接。在該實施例中，開關裝置84包括一個第一可控開關91該第一開關91被設置在第二輸入88與輸出90之間。利用導線38上的頻率信號來控制第一開關91。開關裝置84還包括一個第二可控開關92，該第二開關92被設置在第一輸入86和輸出90之間。借助于一個反相器94利用由導線38來的反相頻率信號來控制第二開關92，該第二開關92也構成了開關裝置84的一部分。在輸出90上的信號被提供給一個低通濾波器96。最后，低通濾波器96的輸出信號提供給一個比較器98，該比較器98在導線74上也產生鎖定信號。該比較器也接收基準信號Vref。
鎖定檢測器工作如下。當一個負電壓被提供給第一開關91的控制輸入C時，第一開關91閉合。當一個正電壓被提供給第一開關91的控制輸入C時，第一開關91打開。類似地，當一個負電壓被提供給第二開關的控制輸入C時，第二開關92閉合。當一個正電壓被提供給第二開關92的控制輸入C時，第二開關92打開。在頻率信號V為正的那一時刻上，第二開關92閉合而第一開關91打開。然后相位誤差信號FF’以非反相的形式提供給輸出90。隨后當頻率信號V變?yōu)樨摃r，第一開關91被閉合而第二開關92被打開。這意味著反相的相位誤差信號FF’被提供給輸出90。在輸出90上它產生一個在圖5B所示的參照信號L1。當信號L1提供給低通濾波器96時，它導致在低通濾波器96的輸出上產生一個在圖5B中所示的參照信號L2。在如圖5B所示的情況下，多相鎖相環(huán)正確地被鎖定。因此，信號L1將包括一個與Vref對應的直流分量。因此，信號L2包括一個與Vref不對應的電壓。當該信號被提供給比較器98時，它導致在比較器98的輸出上產生一個不等于0的信號L3。
當鎖相環(huán)不處在正確的穩(wěn)定狀態(tài)時，即當在頻率信號V與電動機的繞組2,4,6的反電動勢信號之間沒有或具有一個偏離的相位關系時，在相位誤差信號FF’與頻率信號V之間沒有一個預定相位關系。其結果是信號L1是在Vref上交變的一種電壓形式。這意味著信號L2等于Vref。在圖5B中，這種情況由L2’標出。然后信號L3是零。在圖5B中，這種情況由L3’標出。因此，當導線74上的信號是零時，多相鎖相環(huán)處于一種不正確的鎖定狀態(tài)，當該信號不等于零時，多相鎖相環(huán)處于一種正確的鎖定狀態(tài)。應該指出的是信號L1,L2以及L3能夠起代表多相鎖相環(huán)的狀態(tài)的鎖定信號的作用。然而，在本實施例中，信號L3被用作為鎖定信號，是因為這個信號能夠適合兩個預定的狀態(tài)，該兩個預定狀態(tài)能夠容易地被解釋。利用一個A/D轉換器可以代替比較器98，而不影響鎖定檢測器的操作。
為了產生一個誤差信息，例如能夠利用鎖定信號L3來增加低通濾波器42的帶寬，或當鎖定信號L3代表多相鎖相環(huán)不處在正確的鎖定狀態(tài)時，即當鎖定信號L3是0時，重新啟動該裝置。為了這個目的，低通濾波器42具有一個可變電阻器100，該電阻器100與一個電阻器102一起來確定低通濾波器42的帶寬。低通濾波器42還包括一個控制電路，該電路控制電阻器100的電阻值。鎖定信號L3被提供給控制電路104。當鎖定信號L3是0時，控制電路104將控制電阻器100，以致于該電阻器100的電阻值減小，其結果是低通濾波器42的帶寬增加。借助于導線106也能夠把鎖定信號提供給速度控制器58。如果鎖定信號L3變?yōu)?，那么速度控制器58例如能夠使電動機停止并且使該裝置被重新啟動。鎖定信號的這些和其它的明顯用途都被認為是在本發(fā)明的保護范圍之內。
為了完整性的緣故，應該指出的是如果需要，掩蔽電路76也可以被省略。在這種情況下，導線76直接地與導線72連接。然后，在輸出90上的信號將是在圖5B中由L1”標出的形式。電動機再次啟動，在信號L1”中回掃脈沖P的寬度將減小。其結果是當鎖相環(huán)處于正確的鎖定狀態(tài)時，信號L1”也將包括一個與Vref對應的直流分量。顯然，當鎖相環(huán)不處于正確的鎖定狀態(tài)時，信號L1”將不包括一個與Vref對應的直流分量。這意味著借助于信號L1”能夠檢測一個靜止的電動機或一個以反向方向旋轉的電動機。因此，回掃脈沖P能夠僅經驗這樣一個寬度，以致于在電動機正在被啟動，即電動機非常慢地轉動的那一時刻上信號L1”不提供需要的信息。然而，利用如上所述的一個掩蔽單元能夠解決這個問題。
為了完整性的緣故，也應該指出的是另一方面掩蔽單元能夠僅僅與一個鎖定檢測器結合起來被使用，或僅與低通濾波器42結合起來被使用，或如在圖1中所示的與鎖定檢測器和低通濾波器結果起來被使用。這些變型被認為是在本發(fā)明的保護范圍之內。
最后，為了完整性的緣故，參照圖7將描述掩蔽電路76的一個實施例。
掩蔽電路76包括第一可控開關裝置108，該第一開關裝置108具有至少一個打開狀態(tài)和一個閉合狀態(tài)。在閉合狀態(tài)中，導線66上的相位誤差信號借助于導線72直接地提供給低通濾波器42。掩蔽電路76還包括第二開關裝置110，該第二開關裝置110具有至少一個打開狀態(tài)和一個閉合狀態(tài)。當第二開關裝置110處于閉合狀態(tài)時，導線72與一個基準電壓(Vref)連接。然后導線72傳送一個由基準電壓確定的第一基準信號，該信號被提供給低通濾波器42。利用一個觸發(fā)器112的Q輸出和Q輸出分別地控制第一開關裝置108和第二開關裝置110。利用在導線38上的振蕩器的輸出信號來對觸發(fā)器112計時。掩蔽電路76還包括一個以一個比較器114形式的檢測電路，該比較器114具有一個與導線66連接的第一輸入端和具有一個提供有直流電壓的第二輸入端。因此，一個第二基準信號被提供給第二輸入端，在本實施例中，第二基準信號與第一基準信號是相同的。比較器114的輸出與一個“或”運算電路116的輸入連接。在導線38上的頻率信號也提供給一個第一定時器118和一個第二定時器120。第一定時器118的輸出與“或”運算電路116的一個第二輸入連接。第二定時器120的輸出與第三開關裝置122連接，以便控制這些開關裝置?！盎颉边\算電路116的輸出借助于第三開關裝置122與觸發(fā)器112的輸入連接。
掩蔽電路76操作如下。一旦振蕩器44起動一個轉換，觸發(fā)器借助于導線38就被復位。這意味著觸發(fā)器控制第一開關裝置108，以便將它們打開，和控制第二開關裝置110，以便將它們閉合。因此，觸發(fā)器形成一個特別的起動電路，用于起動抑制反電動勢信號。其結果是在這種情況下由基準電壓Vref形成的第一基準信號被提供給低通濾波器42的輸入端和鎖定檢測器76。在本實施例中，基準電壓Vref等于電源電壓Vo的一半。只要在導線66上出現一個回掃脈沖，在該導線上的電壓將接近為0。然而，一旦回掃脈沖停止，導線66上的電壓將增加。在導線66上的電壓等于基準電壓Vref的那一時刻比較器114將產生一個等于0的輸出信號。當假設第三開關裝置122被閉合時，這導致了觸發(fā)器被設置到另一個狀態(tài)，這將使第一開關裝置108被閉合，第二開關裝置110被打開。其結果是；導線66上的相位誤差信號不再被中斷并且借助于導線72被提供給低通濾波器42的輸入端和鎖定檢測器76。
利用振蕩器44起動的一個轉換也起動第一定時器118。第一定時器118的一個特征是該第一定時器提供一個信號，該信號在定時器被起動的那一時刻不等于0。第一定時器118維持這個信號直到一個預定的最小周期結束為止。當再次假設第三開關裝置122被閉合時，這意味著在至少所述的最小周期觸發(fā)器保持在它的原始狀態(tài)，以致于在這個最小周期期間第一開關裝置108保持打開，并且在這個最小周期期間第二開關裝置110保持閉合。裝置1中固有延時的結果是實際的轉換，即反相器對由振蕩器來的頻率信號的響應將稍后地出現。這在取樣的反電動勢信號中產生干擾。由于所有這些干擾出現在所述的最小周期之內，所以它們將不提供給低通濾波器。在預定的最小周期結束時第一定時器將為0。從這時起，觸發(fā)器的狀態(tài)將取決于比較器114的輸出信號。
在振蕩器起動一個轉換的那一時刻第二定時器120也被復位。從該時刻起，第二定時器120的輸出信號將假設是一個非零值。一旦第二定時器120的輸出信號不是零，第三開關裝置122被閉合。然而，第三開關裝置122將被打開，其原因是在一個預定的最大周期之后第二定時器120的輸出信號變?yōu)?。該最大周期比所述最小周期長并且比固有周期短，在該固有周期中能夠產生電動勢信號。如果回掃脈沖不出現或由于任何原因由比較器沒有檢測到回掃脈沖，那么第二定時器將保證在最大周期終止之后使第三開關裝置被打開。結果，第一開關裝置108將被再次閉合而第二定時器120借助于觸發(fā)器112將被打開。由于在其中能夠產生一個反電動勢信號的周期的持續(xù)時間取決于電動機速度，所以最好使第二定時器120的所述最大周期依賴于電動機的瞬時速度。電動機的速度越高，該最大周期能夠越小。例如，借助于由振蕩器44在導線38上產生的頻率信號，通過設置第二定時器120能夠實現上述情況。
在本實施例中，低通濾波器包括一個積分器，該積分器對在相位誤差信號與一個第三基準信號之間的差值進行積分，以便獲得提供給振蕩器44的控制信號。在該實施例中，第三基準信號由基準電壓Vref構成。它的優(yōu)點在于當掩蔽電路把第一基準信號提供給低通濾波器時，在積分器的輸入端上出現相同的電壓。然而，顯然，它也能夠使用其它類型的低通濾波器，例如無源RC濾波器。
應該強調的是本發(fā)明的保護范圍不限于上述描述的實施例。
根據相同的原理，本發(fā)明也能夠被用于2相、3相、4相、5相、…、n相電動機。此外，本發(fā)明不限于與三相電動機結合起來使用，該電動機具有設置一個Y結構的繞組。其它的結構也可以想像到。一個由一個多相直流電動機和一個根據本發(fā)明的裝置構成的驅動裝置最好被用在盤驅動器中，例如計算機硬盤驅動器、CD-ROM驅動器、軟盤驅動器和類似的驅動器。圖8示出了這樣一個盤驅動器124。該盤驅動器124包括一個信息載體，在本實施例中該信息載體是以三個可磁化的盤126的組合形式。該盤驅動器還包括一個讀和性單元128，用于把數字信息寫入到可轉動的盤126上，并且用于從盤126上讀出數字信息。利用如在圖1中所示的裝置1和電動機8來驅動轉盤126。盤驅動器124的優(yōu)點在于盤驅動器124的起動是非常可靠的。這意味著當起動時盤驅動器124在一個不希望的方向上開始旋轉也不存在危險，盡管如此，盤驅動器將非?？煽康仄饎?。這個優(yōu)點是由于鎖相環(huán)與掩蔽電路76結合使用的結果所產生的。如果由于某種原因盤驅動器以錯誤的方向開始旋轉或失速，那么利用鎖定檢測器來檢測這種情況，并且能夠采取適當的措施。因此，根據本發(fā)明的盤驅動器將非?？煽康夭僮?。
然而，該裝置也適合于與其它的驅動器結合起來使用。所有這些變型都屬于本發(fā)明的保護范圍之內。
權利要求
1．一種裝置，用于產生提供給一個多相直流電動機(8)的多個繞組(2,4,6)的驅動信號，包括一個多相逆變器(10)，該逆變器(10)把驅動信號提供給電動機的繞組，以致于以給定的順序由驅動信號循環(huán)地激勵這些繞組，至少在預定的固有周期(Pv)期間至少一個繞組沒有被提供驅動信號；一個相位檢測器(10)，在沒有給所述繞組提供驅動信號的多個所述固有周期期間，該相位檢測器(10)在所述多相逆變器的控制下把這些繞組的反電動勢信號多路調制，以便獲得一個相位誤差信號(FF)；一個第一低通濾波器(42)，該低通濾波器根據相位誤差信號來產生一個控制信號；和一個可控振蕩器(44)，該振蕩器產生一個頻率信號(V)，該頻率信號的頻率取決于控制信號，多相逆變器給繞組提供驅動信號的時間取決于頻率信號，該裝置還包括一個由多相逆變器，相位檢測器，第一低通濾波器和振蕩器構成的鎖相環(huán)，其特征是該裝置還包括一個鎖定檢測器(70)，該鎖定檢測器確定反電動勢信號是否與頻率信號(V)同相，該鎖定檢測器根據與相位誤差信號(FF)的頻率和相位相關的信息和與頻率信號的頻率和相位相關的信息來進行上述確定。
2．根據權利要求1的裝置，其特征是鎖定檢測器把相位誤差信號與頻率信號結合起來進行處理，以便確定反電動勢信號是否與頻率信號同相。
3．根據權利要求1或2的裝置，其特征是鎖定檢測器產生一個鎖定信號，該鎖定信號代表反電動勢信號是否與頻率信號同相。
4．根據權利要求3的裝置，其特征是鎖定檢測器包括用于把相位誤差信號與頻率信號彼此相乘的裝置。
5．根據權利要求4的裝置，其特征是鎖定檢測器包括用于以頻率信號的節(jié)奏使誤差信號交替地反相和不反相以便獲得鎖定信號的裝置。
6．根據權利要求5的裝置，其特征是鎖定檢測器包括一個用于使相位誤差信號反相的反相電路和開關裝置，利用頻率信號使該開關裝置在一個第一開關狀態(tài)與一個第二開關狀態(tài)之間進行轉換，該開關裝置在第一開關狀態(tài)中傳送相位誤差信號并且在第二開關狀態(tài)中傳送由反相電路產生的反相的相位誤差信號。
7．根據權利要求6的裝置，其特征是開關裝置具有一個第一輸入和一個第二輸入，相位誤差信號和反相的相位誤差信號分別地被提供給第一輸入和第二輸入，和一個輸出，該輸出在一個第一開關狀態(tài)下與第一輸入連接和在第二開關狀態(tài)下與第二輸入連接。
8．根據權利要求6或7的裝置，其特征是鎖定檢測器還包括一個第二低通濾波器，由開關裝置的輸出來的輸出信號提供給該第二低通濾波器。
9．根據權利要求8的裝置，其特征是鎖定檢測器還包括一個比較器或一個A/D轉換器，第二低通濾波器的輸出信號提供給該比較器，以便獲得一個數字鎖定信號。
10．根據權利要求6-9中任一種裝置，其特征是開關裝置利用與頻率信號的頻率和相位對應的一個頻率和相位在第一開關狀態(tài)與第二開關狀態(tài)之間交替地轉換。
11．根據權利要求3-10中任一種裝置，其特征是該裝置包括由鎖定信號控制的裝置，用于重新起動該裝置、用于產生一個誤差信號，或用于當鎖定信號表示反電動勢信號與頻率信號不同相的狀態(tài)時增加第一低通濾波器的帶寬。
12．根據上述權利要求中任一種裝置，其特征是該裝置還包括一個掩蔽電路，用于至少在相位誤差信號中存在一個回掃脈沖期間暫時抑制由第一低通濾波器和/或鎖定電路進一步處理相位誤差信號，由此抑制處理在相位誤差信號中出現的回掃脈沖。
13．根據權利要求12的裝置，其特征是掩蔽電路還包括開關裝置，用于中斷提供給第一低通濾波器和/或鎖定電路的相位誤差信號，以便阻止進一步處理回掃脈沖。
14．根據權利要求13的裝置，其特征是當提供給第一低通濾波器和/或鎖定電路的相位誤差信號被中斷時，掩蔽電路把一個第一基準信號提供給第一低通濾波器和/或鎖定電路。
15．一種適合用在前面任一權利要求所述裝置中的鎖定電路。
16．一種包括一個多相直流電動機和權利要求1-14中任一權利要求所述裝置的驅動裝置。
17．一種用于在/從一個信息載體上存儲和/或從該信息載體上再產生信息的系統(tǒng)，包括一個用于從/在信息載體上讀出信息和/或把信息寫到信息載體上的頭部和一個在權利要求16中所述的驅動裝置，該驅動裝置相對信息載體相對地移動頭部。
全文摘要
一種裝置,用于產生提供給一個多相直流電動機(8)的多個繞組(2,4,6)的驅動信號,包括:一個多相逆變器(10),該逆變器(10)把驅動信號提供給電動機的繞組(2,4,6),以致于以給定的順序由驅動信號循環(huán)地激勵這些繞組。至少在預定的固有周期(Pv)期間至少一個繞組沒有被提供驅動信號。該裝置還包括一個相位檢測器(40),該相位檢測器(40)在所述多相逆變器的控制下對這些繞組的反電動勢信號進行取樣,以便獲得一個相位誤差信號;一個低通濾波器(42),該低通濾波器根據相位誤差信號來產生一個控制信號;和一個可控振蕩器(44),該振蕩器產生一個頻率信號,該頻率信號的頻率取決于控制信號。多相逆變器給繞組(2,4,6)提供驅動信號的時間取決于頻率信號,該裝置還包括一個由多相逆變器、相位檢測器、第一低通濾波器和振蕩器構成的鎖相環(huán)。該裝置還包括一個鎖定檢測器(70),該鎖定檢測器根據與相位誤差信號(FF)的頻率和相位相關的信息和與頻率信號的頻率和相位相關的信息來確定鎖相環(huán)是否被同相鎖定。
文檔編號H02P6/18GK1214812SQ97193460
公開日1999年4月21日 申請日期1997年11月10日 優(yōu)先權日1996年12月3日
發(fā)明者H·C·J·比斯克 申請人:皇家菲利浦電子有限公司