阅读说明：本技术 马达驱动电路及方法 (Motor drive circuit and method ) 是由 杨家泰 陈昆民 于 2018-06-06 设计创作，主要内容包括：本发明公开一种马达驱动电路及方法,该马达驱动电路包括：霍尔传感器,产生霍尔信号组；偏移量侦测电路,侦测霍尔信号组的第一换相点；驱动电路,依据霍尔信号组在预运转模式下产生初始换相信号,以使马达根据初始换相信号运作；及反电动势零点侦测器。在校正模式下,驱动电路停止输出初始换相信号,反电动势零点侦测器侦测反电动势零点,并输出反电动势零点信号,偏移量侦测电路侦测第一换相点及反电动势零点之间的相位差,并判断相位差与预定相位差之间的差异值,再依据差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组。该马达驱动电路能依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量。(It includes: Hall sensor that the present invention, which discloses a kind of motor drive circuit and method, the motor drive circuit, generates hall signal group；Offset circuit for detecting detects the first commutation point of hall signal group；Driving circuit generates initial commutation signal according to hall signal group, so that motor is operated according to initial commutation signal under elimination run mode；And counter electromotive force zero point detection device.Under correction mode, driving circuit stops exporting initial commutation signal, counter electromotive force zero point detection device detects counter electromotive force zero point, and export counter electromotive force zero signal, offset circuit for detecting detects the phase difference between the first commutation point and counter electromotive force zero point, and judge the difference value between phase difference and predetermined phase difference, then adjust the phase of hall signal group according to difference value to generate correction hall signal group.The motor drive circuit can eliminate Hall subassembly offset according to counter electromotive force zero point and the phase difference adjust automatically hall signal phase of hall signal.)

马达驱动电路及方法

技术领域

本发明涉及一种马达驱动电路及方法，特别是涉及一种能依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量的马达驱动电路及方法。

背景技术

直流无刷马达最大的特征为无刷构造的关系，原理上不会产生噪声。此为不只机械性的噪声，也有使不会发生电气性噪声。更因无接触部份，故较易制作高速旋转型的电动机。

在驱动直流无刷马达时，多以霍尔组件输出的霍尔信号作为弦波起始位置。在理想状况下，当霍尔组件无安装公差时，反电动势、驱动电压与霍尔信号是没有相位差的，且驱动电流与霍尔信号也没有相位差。

然而，在实际制造过程中，霍尔组件的摆放位置公差会造成马达大量生产时质量受影响，例如，霍尔信号与驱动电压是同相位，但由于霍尔组件的安装公差造成反电动势领先驱动电压相位，造成回授电流增加，进而导致直流无刷马达的功率消耗，使得直流无刷马达的效率变低。

故，如何通过电路设计的改良，使马达驱动电路能自动调整来消除霍尔组件偏移量，来克服上述的缺陷，已成为所述项事业所欲解决的重要课题之一。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于，针对现有技术的不足提供一种马达驱动电路，电性连接于马达，马达驱动电路包括霍尔传感器、偏移量侦测电路、驱动电路及反电动势零点侦测器。霍尔传感器侦测马达的转子位置并产生霍尔信号组。偏移量侦测电路接收霍尔信号组并侦测霍尔信号组的第一换相点。驱动电路电性连接偏移量侦测电路，且通过反向器电路连接马达，驱动电路接收霍尔信号组，并依据霍尔信号组产生初始换相信号，其中，驱动电路经配置以在预运转模式下通过反向器电路输出初始换相信号，以控制马达的相变状态以使马达根据初始换相信号运作。反电动势零点侦测器电性连接偏移量侦测电路及马达，以接收马达的反电动势信号组。其中在校正模式下，驱动电路经配置以在预运转模式之后停止输出初始换相信号，反电动势零点侦测器经配置以侦测反电动势信号组的反电动势零点，并输出反电动势零点信号，其中在校正模式下，偏移量侦测电路进一步根据第一换相点及反电动势零点信号侦测第一换相点及反电动势零点之间的相位差，并判断相位差与预定相位差之间的差异值，再依据差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组输出至驱动电路，其中驱动电路根据校正霍尔信号组产生校正换相信号以驱动马达。

优选地，所述马达为一三相马达。

优选地，所述霍尔信号组包括一第一霍尔信号、一第二霍尔信号及一第三霍尔信号，所述偏移量侦测电路接收所述霍尔信号组并侦测所述第一霍尔信号的所述第一换相点，且所述反电动势信号组包括分别对应所述第一霍尔信号、所述第二霍尔信号及所述第三霍尔信号的一第一反电动势信号、一第二反电动势信号及一第三反电动势信号，且所述反电动势零点对应于所述第三反电动势信号。

优选地，所述马达为一单相马达。

优选地，所述霍尔信号组包括一霍尔信号，所述偏移量侦测电路接收所述霍尔信号并侦测所述霍尔信号的所述第一换相点。

为了解决现有技术的不足，本发明另外提供一种马达驱动方法，用于驱动马达，其包括：配置霍尔传感器以侦测马达的转子位置并产生霍尔信号组；配置偏移量侦测电路接收霍尔信号组并侦测霍尔信号组的第一换相点；配置驱动电路接收霍尔信号组，并依据霍尔信号组产生初始换相信号；配置驱动电路以在预运转模式下通过反向器电路输出初始换相信号，以控制马达的相变状态以使马达根据初始换相信号运作；配置反电动势零点侦测器接收马达的反电动势信号组；配置驱动电路以在预运转模式之后的校正模式下，停止输出初始换相信号，且配置反电动势零点侦测器侦测反电动势信号组的反电动势零点，并输出反电动势零点信号；配置偏移量侦测电路根据第一换相点及反电动势零点信号侦测第一换相点及反电动势零点之间的相位差；配置偏移量侦测电路判断相位差与预定相位差之间的差异值，再依据差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组输出至驱动电路，配置驱动电路根据校正霍尔信号组产生校正换相信号以驱动马达。

优选地，所述马达为一三相马达。

优选地，所述霍尔信号组包括一第一霍尔信号、一第二霍尔信号及一第三霍尔信号，所述偏移量侦测电路接收所述霍尔信号组并侦测所述第一霍尔信号的所述第一换相点，且所述反电动势信号组包括分别对应所述第一霍尔信号、所述第二霍尔信号及所述第三霍尔信号的一第一反电动势信号、一第二反电动势信号及一第三反电动势信号，且所述反电动势零点对应于所述第三反电动势信号。

优选地，所述马达为一单相马达。

优选地，所述霍尔信号组包括一霍尔信号，所述偏移量侦测电路接收所述霍尔信号并侦测所述霍尔信号的所述第一换相点。

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达驱动电路，其能通过“偏移量侦测电路”以及“反电动势零点侦测器”的技术方案，以能依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量，降低回授电流，进而减少直流无刷马达的功率，同时提升马达的效率。且本发明同时适用于不同的马达配置，如单相及三相马达。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，然而所提供的附图仅用于提供参考与说明，并非用来对本发明加以限制。

附图说明

图1为本发明第一实施例的马达驱动电路的电路架构图。

图2为三相马达及反向器电路的电路架构图。

图3为霍尔传感器信号控制六步方波切换示意图。

图4为对应图3的六步方波驱动的反电动势示意图。

图5为三相马达的霍尔信号、反电动势信号及反电动势零点侦测信号关系图。

图6为单相马达的霍尔信号、反电动势信号及反电动势零点侦测信号关系图。

图7为本发明第二实施例的马达驱动方法的流程图。

具体实施方式

以下是通过特定的具体实施例来说明本发明所公开有关“马达驱动电路及马达驱动方法”的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所公开的内容了解本发明的优点与效果。本发明可通过其他不同的具体实施例加以施行或应用，本说明书中的各项细节也可基于不同观点与应用，在不悖离本发明的构思下进行各种修改与变更。另外，本发明的附图仅为简单示意说明，并非依实际尺寸的描绘，事先声明。以下的实施方式将进一步详细说明本发明的相关技术内容，但所公开的内容并非用以限制本发明的保护范围。

应当可以理解的是，虽然本文中可能会使用到“第一”、“第二”、“第三”等术语来描述各种组件或者信号，但这些组件或者信号不应受这些术语的限制。这些术语主要是用以区分一组件与另一组件，或者一信号与另一信号。另外，本文中所使用的术语“或”，应视实际情况可能包括相关联的列出项目中的任一个或者多个的组合。

第一实施例

请一并参阅图1至图3，图1为本发明第一实施例的马达驱动电路的电路架构图，图2为三相马达及反向器电路的电路架构图，图3为霍尔传感器信号控制六步方波切换示意图。参阅图1所示，本发明第一实施例提供一种马达驱动电路1，用于驱动一马达11，马达驱动电路1包括霍尔传感器10、偏移量侦测电路12、驱动电路14、反向器电路16及反电动势零点侦测器18。

霍尔传感器10可设置于邻近马达11处，且用以感测马达11的磁场变化，并确定马达11的转子位置，以据此产生霍尔信号组，以三相马达作为示例，如图2所示的第一霍尔信号H1、第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3。接着，驱动电路14接收霍尔信号组，以分别输出开关信号UH、UL、VH、VL、WH、WL来控制反向器电路16内的各个开关单元的导通或截止状态。

接着，请参考图2，一般而言，马达12具有三个绕组，分别为U线圈绕组U、V线圈绕组V与W线圈绕组W。由图2的电路架构可知，反向器电路16包括晶体管M1、M2、M3、M4、M5、M6，当晶体管M1与晶体管M5开启时，此时马达运转的电流，由电源端经晶体管M1、马达12的U线圈绕组U、V绕组，并再通过晶体管M5流到地端。

一般正常的马达电流控制是由U线圈绕组U流向V线圈绕组V，U线圈绕组U流向W线圈绕组W，之后换向由U线圈绕组U流向W线圈绕组W，换向电流由V线圈绕组V流向W线圈绕组W，再由V线圈绕组V流向U线圈绕组U，V线圈绕组V流向W线圈绕组W。接着，其他的换相持续的控制U线圈绕组、V线圈绕组、W线圈绕组的电流流向，进而控制马达的转向，上述是马达的换相方式，但这只是控制马达换相的一种，其它的马达的换相方式，于此不加以赘述。

进一步参考图3，系利用例如分辨率为60度电气角之数字霍尔传感器量测转子位置信息，藉此获得马达转动后所产生的粗略转子位置信息。

以六步方波驱动为例，三相马达的换相依据，可依据霍尔信号组中的换相点进行判读。如第一霍尔信号H1于180度时出现下降沿，可视为第一换相点P1，此时，可取第一换相点P1与第一换相点P1之后60度之间的区间作为参考区间，可对应参考图4，其为对应图3的六步方波驱动的反电动势示意图。如图4所绘示，在此参考区间中，对应于W线圈绕组W对应的反电动势BEMF-W出现零交越点(zero-crossing point)，图式中标示符号Pvz，驱动电路14即是依据此霍尔信号组产生初始换相信号。

在理想状况下，当霍尔传感器10的霍尔组件无安装公差时，反电动势、驱动电压与霍尔信号是没有相位差的，且驱动电流与霍尔信号也没有相位差。

然而，在实际制造过程中，霍尔组件的摆放位置公差会造成马达大量生产时质量受影响，例如，霍尔信号与驱动电压是同相位，但由于霍尔组件的安装公差造成反电动势领先驱动电压相位，造成回授电流增加，进而导致直流无刷马达的功率消耗，使得直流无刷马达的效率变低。

为此，本发明的马达驱动电路1更包括偏移量侦测电路12及反电动势零点侦测器18。其中，偏移量侦测电路14电性连接于霍尔传感器10与驱动电路14之间，接收霍尔信号组并侦测霍尔信号组的第一换相点P1。霍尔信号组可包括第一霍尔信号H1、第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3，而第一换相点P1可对应于第一霍尔信号H1中出现下降沿的位置。

可进一步参考图5，其为根据本发明实施例绘示的霍尔信号、反电动势信号及反电动势零点侦测信号关系图。详细而言，本发明的马达驱动电路1可通过依序进入预运转模式及校正模式，来侦测所需修正的相位偏移量。在预运转模式下，亦即区间T1中，驱动电路14通过反向器电路16输出前述的初始换相信号，以控制所述马达11的相变状态。此时，马达11根据初始换相信号运作，并在各相线圈绕组上产生反电动势。

接着，在预运转模式之后进入校正模式，亦即区间T2中，驱动电路14停止输出初始换相信号，换言之，所有线圈绕组均为浮接(Floating)，而此时马达11仍具有惯性而继续运转，反电动势零点侦测器18如图1及图2所示，接收反电动势信号组，其中，反电动势信号组包括U线圈绕组U对应的反电动势BEMF-U、V线圈绕组V对应的反电动势BEMF-V及W线圈绕组W对应的反电动势BEMF-W。反电动势零点侦测器18侦测反电动势信号组的反电动势零点Pvz，并输出反电动势零点信号。在此实施例中，霍尔信号HU对应于前述实施例中的第一霍尔信号H1，在第一换相点P1后，依据三相马达中霍尔传感器10的配置，将预期反电动势信号BEMF-W会出现反电动势零点Pvz，如图4及图5所示。

此处，反电动势零点侦测器18到侦测反电动势信号组的反电动势零点Pvz后，将产生对应于W线圈绕组W的反电动势零点信号BEMF-WZC，如图5所示，偏移量侦测电路12进一步根据第一换相点P1及反电动势零点信号BEMF-WZC侦测第一换相点P1及反电动势零点Pvz之间的相位差X，并判断相位差X与预定相位差之间的差异值，之后回到正常运转模式，亦即区间T3中，再依据此差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组输出至驱动电路14。

举例来说，在此三相马达配置中，如图3及图4所示，理想的反电动势零点Pvz应出现在第一换相点P1之后30度的位置，换言之，预定相位差即为30度。假定此时所侦测到的相位差X为25度，则判定差异值为5度，代表反电动势信号BEMF-W领先5度，偏移量侦测电路12进而依据此差异值调整霍尔信号组的相位，例如，可将第一霍尔信号H1、第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3均调整5度，使第一换相点P1的位置对齐校正模式下侦测到的反电动势零点Pvz，并依此产生校正霍尔信号组。驱动电路14进一步根据校正霍尔信号组，产生校正换相信号以驱动马达11。举例而言，偏移量侦测电路12可包括计数器，其经配置以分别对第一霍尔信号H1及反电动势零点信号BEMF-WZC进行计数，以分别获得第一换相点P1及反电动势零点Pvz的位置，并依此产生相位差X。偏移量侦测电路12亦可包括相位调整电路，以针对霍尔信号组进行相位调整。

在上述实施例中，第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3可来自由霍尔传感器10真实侦测而产生，偏移量侦测电路12此时可侦测第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3的第二换相点及第三换相点，并分别在校正模式下侦测对应的反电动势信号的反电动势零点，进一步侦测个别的相位差，以对第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3进行个别调整。另一方面，亦可在调整第一霍尔信号H1之后，以模拟的方式产生理想的第二霍尔信号H2及第三霍尔信号H3并纳入校正霍尔信号组中，驱动电路14进一步根据此校正霍尔信号组，产生校正换相信号以驱动马达11。

因此，通过上述配置，可依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量，降低回授电流，进而减少直流无刷马达的功率，同时提升马达的效率。

可进一步参考图6，其为单相马达的霍尔信号、反电动势信号及反电动势零点侦测信号关系图。本发明的马达驱动电路亦适用于单相直流马达。

单相直流马达的驱动电路16可利用霍尔传感器10的霍尔组件来感测单相直流马达内转子的磁极位置，并据以产生霍尔信号组，在本实施例中，霍尔信号组可仅包括霍尔信号HC。接着，驱动电路接收霍尔信号HC，以分别输出开关信号来控制反向器电路16内之各个开关单元(未图标)的导通或截止状态。之后，反向器电路16交替输出第一输出信号以及第二输出信号至单相直流马达，以驱动单相直流马达转动。

类似的，可依序进入预运转模式及校正模式，来侦测所需修正的相位偏移量。在预运转模式下，亦即区间T1中，驱动电路14通过反向器电路16输出前述的初始换相信号，以控制所述马达11的相变状态。此时，马达11根据初始换相信号运作，并在各相线圈绕组上产生反电动势。

接着，在预运转模式之后进入校正模式，亦即区间T2中，驱动电路14停止输出初始换相信号，换言之，所有线圈绕组均为浮接(Floating)，而此时马达11仍具有惯性而继续运转，反电动势零点侦测器18接收反电动势信号BEMF。反电动势零点侦测器18侦测反电动势信号组的反电动势零点Pvz，并输出反电动势零点信号。在此实施例中，在第一换相点P1后，依据单相马达中霍尔传感器10的配置，将预期反电动势信号BEMF会出现反电动势零点Pvz，如图6所示。

此处，反电动势零点侦测器18到侦测反电动势信号组的反电动势零点Pvz后，将产生反电动势零点信号BEMF-ZC，如图6所示，偏移量侦测电路12进一步根据第一换相点P1及反电动势零点信号BEMF-ZC侦测第一换相点P1及反电动势零点Pvz之间的相位差X，并判断相位差X与预定相位差之间的差异值。以单相马达而言，预定相位差将为0，亦即，第一换相点P1需要为反电动势零点Pvz。之后，回到正常运转模式，亦即区间T3中，再依据此差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组输出至驱动电路14。通过上述配置，可依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量，且本发明同时适用于不同的马达配置，如单相及三相马达。

本发明之精神是在于利用侦测霍尔信号的换相点，以及其所对应的反电动势零点，并利用此两者之间的关系，找出霍尔组件安装公差所造成的相位偏移。之后，通过此相位偏移，对霍尔传感器的霍尔信号进行相位调整，找出最佳的电压驱动相位使得马达驱动时所耗的电流最小。

本实施例仅对本发明的核心概念做示例性的描述，以下将根据附图在下列实施例中做更详细的描述。

第二实施例

请参照图7，图7为本发明第二实施例的马达驱动方法的流程图。本实施例所述的方法可以在图1所示马达驱动电路1上执行，因此请一并照图1至图6以利理解，而马达驱动方法包括以下步骤：

步骤S100：配置一霍尔传感器以侦测所述马达的一转子位置并产生一霍尔信号组。其中，依据马达为单相马达或三相马达的不同，霍尔信号组可具有不同数量的霍尔信号。

步骤S101：配置偏移量侦测电路接收霍尔信号组并侦测霍尔信号组的第一换相点。

步骤S102：配置驱动电路接收霍尔信号组，并依据霍尔信号组产生初始换相信号。

步骤S103：配置驱动电路以在预运转模式下通过反向器电路输出初始换相信号，以控制马达的相变状态以使马达根据初始换相信号运作。

步骤S104：配置反电动势零点侦测器接收马达的反电动势信号组。

步骤S105：配置驱动电路以在预运转模式之后的校正模式下，停止输出初始换相信号，且配置反电动势零点侦测器侦测反电动势信号组的反电动势零点，并输出反电动势零点信号。

步骤S106：配置偏移量侦测电路根据第一换相点及反电动势零点信号侦测第一换相点及反电动势零点之间的相位差。

步骤S107：配置偏移量侦测电路判断相位差与预定相位差之间的差异值，再依据差异值调整霍尔信号组的相位以产生校正霍尔信号组输出至驱动电路。

步骤S108：配置所述驱动电路根据所述校正霍尔信号组产生一校正换相信号以驱动所述马达。

在上述实施例中，霍尔信号组中，第一霍尔信号以外的其他霍尔信号可来自由霍尔传感器真实侦测而产生，偏移量侦测电路此时可侦测其他霍尔信号的换相点，并分别在校正模式下侦测对应的反电动势信号的反电动势零点，进一步侦测个别的相位差，以对其他霍尔信号进行个别调整。另一方面，亦可在调整第一霍尔信号之后，以仿真的方式产生理想的其他霍尔信号并纳入校正霍尔信号组中，驱动电路进一步根据此校正霍尔信号组，产生校正换相信号以驱动马达。

关于马达驱动方法的各步骤的相关细节在上述图1至图6实施例已详细说明，在此恕不赘述。在此须说明的是，图7实施例的各步骤仅为方便说明的需要，本发明实施例并不以各步骤彼此间的顺序作为实施本发明各个实施例的限制条件。

因此，通过上述步骤，可依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量，降低回授电流，进而减少直流无刷马达的功率，同时提升马达的效率。且本发明同时适用于不同的马达配置，如单相及三相马达。

本发明的精神是在于利用侦测霍尔信号的换相点，以及其所对应的反电动势零点，并利用此两者之间的关系，找出霍尔组件安装公差所造成的相位偏移。之后，通过此相位偏移，对霍尔传感器的霍尔信号进行相位调整，找出最佳的电压驱动相位使得马达驱动时所耗的电流最小。

实施例的有益效果

本发明的其中一有益效果在于，本发明所提供的马达驱动电路，其能通过“偏移量侦测电路”以及“反电动势零点侦测器”的技术方案，以能依据反电动势零点与霍尔信号的相位差自动调整霍尔信号相位来消除霍尔组件偏移量，降低回授电流，进而减少直流无刷马达的功率，同时提升马达的效率。且本发明同时适用于不同的马达配置，如单相及三相马达。

本发明的精神是在于利用侦测霍尔信号的换相点，以及其所对应的反电动势零点，并利用此两者之间的关系，找出霍尔组件安装公差所造成的相位偏移。之后，通过此相位偏移，对霍尔传感器的霍尔信号进行相位调整，找出最佳的电压驱动相位使得马达驱动时所耗的电流最小。

以上所公开的内容仅为本发明的优选可行实施例，并非因此局限本发明的权利要求书的保护范围，所以凡是运用本发明说明书及附图内容所做的等效技术变化，均包含于本发明的权利要求书的保护范围内。