基于空間矢量脈沖調(diào)制的電機驅(qū)動器的制造方法
【專利說明】基于空間矢量脈沖調(diào)制的電機驅(qū)動器
【背景技術(shù)】
[0001] 超聲電機化SM)是引起超聲波在電機的壓電元件中振動的電機類型，運反過來又 引起電機組件的運動。比較于其他類型的電機，USM具有較低的振動。因此，USM可用作在低 振動應(yīng)用(諸如，照相機電機)中的致動器。
[0002] USM可通過交流電（"AC")信號來驅(qū)動。理想情況下，為了提高效率，被施加到USM的 驅(qū)動信號將在頻率、相位和/或幅度調(diào)諧，W匹配USM的操作特性。產(chǎn)生驅(qū)動信號的驅(qū)動電路 通常被設(shè)計W匹配USM的基準特性，例如，USM廠家在他們的數(shù)據(jù)表確定的特性。然而在實踐 中，制造的USM的特征并不總是匹配它們的參考特性。因為制造差異，USM的特點可在不同制 造批次之間在基準特性上有所不同。單個USM特征也可W由于USM老化隨時間變化。傳統(tǒng)的 驅(qū)動器電路經(jīng)常不能調(diào)整其驅(qū)動信號，W補償運些差異。
[0003] 因此，仍然需要一種電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，其動態(tài)響應(yīng)超聲電機的變化工作條件。
【附圖說明】
[0004] 圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的實施例的電機驅(qū)動器。
[0005] 圖2示出根據(jù)本發(fā)明的另一實施例的電機驅(qū)動器。
[0006] 圖3示出根據(jù)本發(fā)明的又一實施例的電機驅(qū)動器。
[0007] 圖4A示出根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于產(chǎn)生正弦信號的示例性方案的理想化正弦信 號的一部分。
[000引圖4B示出根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于產(chǎn)生正弦信號的示例性方案的向量空間。 [0009]圖4C示出根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于產(chǎn)生正弦信號的示例性方案的時序圖。
[0010]圖4D示出根據(jù)本發(fā)明的實施例，用于產(chǎn)生正弦信號的示例性方案的時序圖。
[0011]圖5示出根據(jù)本發(fā)明的實施例，示例性調(diào)制波形的信號時序圖。
[0012 ]圖6示出根據(jù)本發(fā)明實施例的示例性方法。
【具體實施方式】
[0013] 本發(fā)明的實施例提供一種電機驅(qū)動控制系統(tǒng)，其動態(tài)響應(yīng)其相關(guān)聯(lián)電機的改變情 況。該系統(tǒng)可W包括控制器、空間矢量調(diào)制器、轉(zhuǎn)換器和檢測器?？臻g矢量調(diào)制器可W根據(jù) 空間矢量脈寬調(diào)制（"SVPWM")方案在控制器的控制下生成驅(qū)動信號。轉(zhuǎn)換器可驅(qū)動從該空 間矢量調(diào)制器接收到的驅(qū)動信號的AC信號，并且可向USM電機輸出交流信號。檢測器可W產(chǎn) 生表示供給到USM電機的電流和電壓的反饋信號?；跈z測器的測量，控制器可修改空間向 量的估計W控制空間矢量調(diào)制器，用于調(diào)整多個AC信號的頻率、振幅或相位角。
[0014] 圖1示出根據(jù)本發(fā)明實施例的電機驅(qū)動器100。電機驅(qū)動器100可W包括控制器 110、PWM放大器120、轉(zhuǎn)換器130和檢測器HOdPWM放大器120可W根據(jù)SVPWM方案產(chǎn)生在控制 器110的控制下產(chǎn)生驅(qū)動信號。該轉(zhuǎn)換器130可W從PWM放大器120接收的驅(qū)動信號導(dǎo)出交流 信號，并且可W向USM電機190輸出交流信號。檢測器140可W產(chǎn)生表示供給到USM電機190的 電流和電壓的反饋信號。根據(jù)檢測器140的測量，控制器110可W修改空間矢量的估計W控 制PWM放大器120,用于調(diào)整多個AC信號的頻率、振幅或相位角。
[0015] 在實際實施中，電機驅(qū)動器100的組件可被制造為一個或多個集成電路。根據(jù)所使 用的工藝技術(shù)，控制器110和PWM放大器120可制造在共同的集成電路中，和轉(zhuǎn)換器130可通 過分立船上設(shè)備(諸如，電感器和電容器)來實現(xiàn)。例如，假設(shè)單一集成電路的半導(dǎo)體元件被 額定W處理由轉(zhuǎn)換器130輸出的交流信號，運些組件可在單一的集成電路中制造?？商鎿Q 地，控制器110可制造在第一集成電路上，和PWM放大器120和轉(zhuǎn)換器130可制造在第二集成 電路上；該實施例是合適的，其中控制器110的處理技術(shù)沒被額定W處理將被施加到USM 190的驅(qū)動電源。在兩種情況下，電機驅(qū)動器100可W獨立于但連接到所述USM電機190。
[0016] 控制器110可根據(jù)SVP歷方案來操作。SVP麗是一種脈沖寬度調(diào)制r'PWM")方式，使 用AC信號的空間向量表示W(wǎng)計算PWM信號時序序列，用于產(chǎn)生交流波形。控制器110可使用 根據(jù)SVPWM技術(shù)獲得的控制信號的模式而驅(qū)動PWM放大器120。
[0017] SVPWM控制信號可W被定制用于電機驅(qū)動器100正在使用的電機190?？刂破?10可 存儲識別用于控制電機190的一組電機設(shè)置的數(shù)據(jù)。電機設(shè)置可W被預(yù)先存儲在固件或ROM 中，它們可被存儲在可調(diào)節(jié)的存儲器(如RAM，邸PROM或閃存）中，或者它們可W通過外部源 (例如，另一電路、用戶輸入，或者由電機190本身提供的標識)提供給控制器110。運些來源 在圖1中被確定為電機設(shè)置112。電機設(shè)置數(shù)據(jù)可W包括信息，諸如電機的驅(qū)動頻率、工作電 壓范圍和相位偏移，等等。
[0018] 控制器110還可W包括分析器114, W比較檢測器140的測量信號（諸如，電流或電 壓波形)與電機設(shè)置，W調(diào)整SVPWM控制信號。分析器可W分析轉(zhuǎn)換器130的電壓和電流波形 的所測量信號（例如，W確定AC信號的電壓范圍（最大到最小的電壓)或AC信號之間的相位 偏移量等），然后比較分析信息與電機設(shè)置。分析器114可進一步包括存儲器，W存儲測得的 信號和/或相應(yīng)的分析的歷史，W便進一步的輔助分析。分析器114可W從歷史確定：電機驅(qū) 動器是否正在W最佳功率效率驅(qū)動電機（即，最低平均V*I)，并進行調(diào)整(例如，通過嘗試多 個范圍的調(diào)整，W查看哪個取得最佳的功率效率）。分析器114還可W將112的高級別設(shè)置轉(zhuǎn) 換為SVPWM發(fā)生器116的低水平配置。分析器114可W向SVPWM發(fā)生器116發(fā)送調(diào)整設(shè)置，W產(chǎn) 生用于控制所述多個開關(guān)來進行脈沖調(diào)制的控制信號。
[0019] SVP歷發(fā)生器116可W生成各自對應(yīng)于多個AC信號的多個調(diào)制周期之一的空間矢 量。SVPWM發(fā)生器116可通過控制根據(jù)SVPWM生成的輸出信號(Pl，P2，P3和P4)控制PWM放大器 120"SVPWM發(fā)生器的輸出信號180可表示從其中要得到電機驅(qū)動信號的PWM波形。
[0020] 圖1示出控制器110的功能框圖。當(dāng)在集成電路中制造時，控制器110可W包括實現(xiàn) 所示功能的電路系統(tǒng)(未示出）。例如，控制器110可W提供經(jīng)編程W執(zhí)行控制器110的脈沖 數(shù)、頻率和/或相位計算的處理器。處理器可具有存儲為代碼的PWM計算系數(shù)，可替換地查找 表（"LUr) W存儲系數(shù)。用于處理器的程序代碼可W被存儲在伴隨存儲器中?？刂破?10可 進一步包括輸入/輸出接口，諸如高級外設(shè)總線（"APB")或其他，W與其他組件和設(shè)備接口。
[0021] PWM放大器120可提供驅(qū)動信號到轉(zhuǎn)換器130dPWM放大器120可W包括一對橋電路， W產(chǎn)生相應(yīng)的一對驅(qū)動信號P1、P2。開關(guān)可W被設(shè)置為晶體管（例如，MOSFET晶體管）。在一 個實施例中，晶體管可W提供電壓電源(VDD和地面)和陣列輸出Pl、P2、P3和P4之間的直接 連接。在另一個實施例中，PWM放大器120可W包括過濾器或其它電路，W在提供他們到轉(zhuǎn)換 器130之前調(diào)節(jié)電源電壓。放大器的輸出Pl-Pl信號180可表示控制器100的PWM輸出，但處于 適于驅(qū)動電機190的電壓和/或電流水平。
[0022] 轉(zhuǎn)換器130可W包括振蕩器，W從由PWM放大器120供給的脈沖信號產(chǎn)生AC信號。轉(zhuǎn) 換器130可W接收W數(shù)字形式調(diào)制的脈沖信號，并產(chǎn)生近似正弦交流信號的輸出信號。在一 個實施例中，轉(zhuǎn)換器130可包括基于電感器-電容器（"LC")的振蕩器。轉(zhuǎn)換器130還可W包括 隔離設(shè)備，W保持電機190和電機驅(qū)動器100之間的電隔離。另外，該轉(zhuǎn)換器130可W包括過 濾器，W進一步調(diào)節(jié)遞送至電機190的AC信號。在一個實施例中，低通濾波器可W具有頻率 相關(guān)的可變增益特性，W通過改變在轉(zhuǎn)換器130的輸入的數(shù)字脈沖信號的調(diào)制頻率而調(diào)整 AC信號的幅度。
[0023] USM電機通常包括S個輸入節(jié)點(VA，VB，V普通）。在運種實施例中，轉(zhuǎn)換器130可W 連接到電機190,使得輸入電壓Va(其被定義為相關(guān)于V普通)可接收第一交流信號(Ml)。同 樣，Vb的輸入電壓(其被定義為相關(guān)于V普通)可W接收第二AC信號(M2)。所述AC信號m和M2 可近似于正弦波的波形。交流信號Ml和M2可具有相對于彼此大約90度的相位偏移，但相位 偏移可W根據(jù)電機190的性能進行調(diào)整，或者作為在電機設(shè)置112中的標識或響應(yīng)于檢測器 140的反饋信息得到。
[0024] 檢測器140可W測量電機190的操作。例如，檢測器140可W測量轉(zhuǎn)換器130的輸出 端子的電壓和/或電流(信號Ml，M2)，W確定由電機190所消耗的實際電壓和電流。當(dāng)方便 時，檢測器140可被接至轉(zhuǎn)換器130的輸出端（用于信號Ml，M2)或轉(zhuǎn)換器130內(nèi)的內(nèi)部節(jié)點。 在另一個實施例中，檢測器140可W直接連接到電機190中的內(nèi)置電流或電壓傳感器。
[0025] 在一個實施例中，檢測器140可同時測量轉(zhuǎn)換器130的電壓和電流。W運種方式，整 個電機驅(qū)動器100可W被集成到設(shè)備，而無需轉(zhuǎn)換器130和電機之間和檢測器140和電機190 之間的單獨連接190。然而，其它實施例允許檢測器140被連接到電機190, W進行更直接的 測量。
[0026] 考慮在操作中的電機驅(qū)