用於馬達控制的反emf檢測的製作方法
2023-07-10 06:22:56 2
用於馬達控制的反emf檢測的製作方法
【專利摘要】描述了與用於馬達控制的反EMF檢測相關聯的系統、方法和其他實施方式。在一個實施方式中，一種裝置包括：驅動電路，被配置為向馬達的各個輸入施加多個激勵信號；信號抑制電路，被配置為傳遞信號以在一個時間間隔期間抑制該多個激勵信號的施加；以及測量電路，被配置為在該時間間隔期間測量與參考信號相交的反電動勢(EMF)信號。
【專利說明】用於馬達控制的反EMF檢測
[0001]相關申請的交叉引用
[0002]本公開內容要求2010年9月17日遞交的美國臨時申請序列號61/383,991的權益，該申請在此通過引用被整體併入。
【背景技術】
[0003]在許多類型的電子設備(如可攜式膝上計算設備、視頻記錄設備、伺服器等等)中，可以使用電動馬達來驅動冷卻風扇以驅散設備中所生成的多餘熱量。通過去除多餘熱量，該設備的處理器和其他組件可以可靠地並且長時間地工作。當多餘熱量未被去除時，電子設備可能出故障，常常具有嚴重的後果(如數據的丟失、處理資源的丟失或整個系統故障)。
[0004]當特別是在可攜式電子設備的應用中使用電動馬達來驅動冷卻風扇時，可能非常重視電動馬達的功率效率。因此，由消耗過度的電池功率數量的馬達所驅動的風扇可能不是最適於在可攜式設備中使用。在諸如膝上和臺式計算機環境之類的應用中，在該環境中用戶可能位於與該設備極為接近的位置，電動馬達驅動的冷卻風扇可能發出不可接受的噪聲級，該噪聲對於用戶而言可能是令人分心的。
[0005]為了實現電動馬達的高效且安靜的工作，可以監視馬達的一個或多個工作參數。在一些類型的電動馬達中，已經使用霍爾效應傳感器來確定電動馬達中的轉子的角位移，以確保選擇具有合適的精度的用於驅動馬達的激勵電壓。然而，該霍爾效應傳感器的使用可能增加電動馬達的成本並且還可能遭受失準和故障。
【發明內容】
[0006]在一個實施方式中，一種裝置包括被配置為向馬達的各個輸入施加多個激勵信號的驅動電路。信號抑制電路被配置為傳遞信號以在一個時間間隔期間抑制該多個激勵信號的施加，以及測量電路被配置為在該時間間隔期間測量與參考信號相交的反電動勢(EMF)信號。
[0007]在另一個實施方式中，該裝置的該多個激勵信號是脈衝寬度調製激勵信號。
[0008]在另一個實施方式中，該裝置的該驅動電路被配置為由於在該時間間隔期間與該參考信號相交的該反電動勢信號而修改該多個激勵信號中的至少一個激勵信號。
[0009]在另一個實施方式中，該裝置的該驅動電路被配置為修改該多個激勵信號中的該至少一個激勵信號以與馬達中的角位移對準。
[0010]在另一個實施方式中，提供了一種抑制向馬達輸出的多個激勵信號的方法。該方法確定該多個激勵信號的該抑制與該多個激勵信號中的一個激勵信號與來自該馬達的參考信號的相交之間的時間。該方法由於所確定的時間而修改該多個激勵信號，並且向該馬達施加修改的多個激勵信號。
[0011]在另一個實施方式中，該方法還包括從查找表獲得脈衝寬度並且使用該脈衝寬度將該多個激勵信號與該馬達的轉子部分的角位移對準。[0012]在另一個實施方式中，一種設備包括被配置為將多個激勵信號耦合到馬達的電路以及被配置為接收參考信號的測量電路。該設備還包括被配置為抑制該多個激勵信號到該馬達的該耦合、測量來自該馬達的反電動勢下降到該參考信號的電平以下的時刻以及重新開始該多個激勵信號到該馬達的該耦合的邏輯。
[0013]在另一個實施方式中，該設備的該邏輯進一步被配置為根據所測量的時間將該多個激勵信號與該馬達的轉子的角位移對準。
[0014]在另一個實施方式中，被配置為耦合多個激勵信號的該電路的輸出是三態放大器，該三態放大器被配置為通過被配置為抑制該多個激勵信號到該馬達的該耦合的該邏輯被設置到高阻抗狀態。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]被合併入說明書並且構成說明書的一部分的附圖示出了本公開內容的各種系統、方法和其他實施方式。應當認識到，附圖中所示的元件邊界(例如方框、方框組或其他形狀)表示邊界的一個實例。應當認識到，在一些實例中，一個元件可以被設計為多個元件或者多個元件可以被設計為一個元件。在一些實例中，可以將被示為另一個元件的內部組件的一個元件實現為外部組件，反之亦然。此外，可能未按比例繪製元件。
[0016]圖1示出了被配置為檢測用於控制馬達的反EMF信號的裝置的一個實施方式。
[0017]圖2示出了示例性正弦波形和使用脈衝寬度調製信號的該正弦波形的近似。
[0018]圖3示出了可以由被配置為檢測用於控制馬達的反EMF信號的裝置的一個實施方式產生的激勵電壓輸出的波形的實例。
[0019]圖4示出了可以由被配置為檢測用於控制馬達的反EMF信號的裝置的一個實施方式產生的激勵電壓輸出的波形的實例。
[0020]圖5示出了與一種被配置為檢測用於控制馬達的反EMF信號的裝置相關聯的一種方法的一個實施方式。
【具體實施方式】
[0021]本文描述了與用於風扇的馬達控制的反電動勢(EMF)檢測相關聯的系統、方法和其他實施方式。在一個實施方式中，系統使用反EMF檢測方法而不是使用霍爾效應傳感器來檢測風扇速度。反EMF的檢測可用於將激勵信號的電氣周期與由脈衝寬度調製(PWM)激勵電壓所驅動的無刷電動馬達中的轉子的角位移對準。電氣周期與轉子的角位移的對準可以導致變速風扇以及用於各種電子系統和設備的其他應用中所使用的電動馬達的更安靜且更高效的工作。
[0022]圖1示出了被配置為檢測用於控制馬達的反EMF信號的裝置100的一個實施方式。在圖1中，裝置100配置有驅動器電路10，驅動器電路10包括脈衝寬度調製(PWM)信號生成器20。PWM信號生成器20從查找表(LUT) 18獲得用於生成藉助三態放大器12、14和16輸入到三相馬達30的激勵電壓輸出信號SPA、SPB、SPC的PWM係數。SPA、SPB和SPC分別是相位A、相位B和相位C的門驅動信號。
[0023]為了解釋的目的，參考選擇數量的電氣組件來討論三相馬達30。在圖1中沒有示出諸如風扇葉片、轉子等等可以被包括在風扇中的可能的機械/機電零件。三相馬達30將表示每個激勵電壓信號輸入(SPA、SPB和SPC)的輸出連同參考電壓Ref Vtjut—起提供給測量電路40。測量電路40被配置為向信號抑制電路50提供定時命令。該定時命令指示信號抑制電路50何時將三態放大器12、14和16設置到高阻抗狀態以及何時從該狀態釋放三態放大器。
[0024]測量電路40還包括被PWM信號生成器20用於修改PWM激勵信號以與三相馬達30中的轉子的角位移對準的反EMF參考電壓相交輸出(B-EMF交叉)。可以通過調整一個或多個脈衝的持續時間、在時間上提前或延遲一個或多個脈衝等等發生PWM信號的修改。在一個實施方式中，將裝置100實現在包括一個或多個被配置為執行本文所述的一個或多個功能的集成電路的晶片上。
[0025]在圖1的實施方式中，驅動器電路10包括PWM信號生成器20並且被配置為分別藉助三態放大器12、14和16生成激勵電壓輸出SPA、SPB和SPC。在該實施方式中，三態放大器12、14和16中的每一個包括高電平有效狀態、低電平有效狀態和高阻抗狀態。為了驅動三相馬達30，由驅動器電路10生成包括PWM信號的激勵電壓輸出SPA、SPB和SPC。在一個實施方式中，PWM信號用於呈現或近似於被三相馬達30的每個相位使用的正弦波形。在一個實施方式中，指示每個PWM信號的持續時間的係數被存儲在LUT 18中。在一個實施方式中，驅動器電路10被配置為在25kHz到IOOkHz的頻率上生成PWM信號，但是可以使用其他頻率實現其他實施方式。
[0026]在一個實施方式中，三相馬達30包括四個電極對，其中藉助對每個相位使用四個電極纏繞馬達的定子來形成四個不同的南北磁對。因此，三相馬達30的定子可以包括12個電磁體。在該實施方式中，每四個電氣周期發生三相馬達30的每次機械旋轉。三相馬達30的一個實施方式可以以每分鐘25，000到100，000轉進行工作，但是其他實施方式可以應用具有不同速度的三相馬達。此外，三相馬達30的繞組的內部連接可以被布置成「Y」形或「三角」形結構。
[0027]三相馬達30利用與驅動器電路10的三個激勵電壓輸出(輸出SPA、SPB和SPC)中的每個激勵電壓輸出相對應的三個輸出。雖然圖1的實施方式將每個輸出顯示為與對應的輸入分離，但是為了清楚起見而選擇了該實例，並且可以利用一個或多個組合輸出來實現其他實施方式。
[0028]三相馬達30還包括與馬達的中央抽頭相對應的參考電壓輸出(Ref Vout) 0雖然三相馬達30已經被顯示為具有布置成「Y」形結構的相位，在該結構中參考電壓輸出對應於相位共用的節點，但是其他實施方式可以利用不同的參考電壓輸出。
[0029]在圖1中，以大約每個電氣周期一次的速率，測量電路40被配置為命令信號抑制電路50將激勵電壓SPA、SPB和SPC的輸出抑制一小段時間間隔。在該時間間隔期間，三態放大器12、14和16被置於高阻抗狀態中，因而禁止激勵電壓從三態放大器被耦合到三相馬達30。在該時間間隔期間，測量電路40估計激勵電壓輸出SPA、SPB或SPC中的一個或多個以確定存在於一個或多個輸出上的反EMF何時穿越到參考電壓以下(例如在一個方向上滿足或超過參考電壓電平)。
[0030]在一個實施方式中，當測量電路40確定反EMF已經穿越到(下降到)參考電壓以下時，測量電路40確定新的電氣周期可以開始。在這種情況下，激活反EMF參考電壓相交信號(圖1中的「B-EMF相交」信號)，因而指示PWM信號生成器20修正用於呈現或近似於正弦波形的係數。這樣，裝置100被配置為修改PWM信號生成器20的輸出以與三相馬達30的轉子的角位移對準。三態放大器12、14和16然後可以返回到低電平有效狀態或高電平有效狀態，並且可以向三相馬達30傳遞表示新的電氣周期的激勵電壓。
[0031]在一些實施方式中，三態放大器12、14和16的抑制與反EMF信號跟參考電壓的相交之間的時間間隔可用於修改激勵信號以與三相馬達30中的轉子的角位移對準。因此，在時間周期相對長的情況下，這可以是激勵信號和三相馬達30中的轉子的角位移嚴重失去對準的指示。在此情況下，驅動器電路10可以確定對於由三態放大器12、14和16輸出的波形的大的修正可能是合適的。在其他情況下，例如當測量的時間周期可能相對短時，驅動器電路10可以確定僅僅小的修正或者也許完全沒有修正可能是合適的。
[0032]利用圖1的裝置100，來自PWM信號生成器20的激勵電壓輸出與三相馬達30中的轉子的角位移的對準用以輔助馬達30更高效地工作。在來自PWM信號生成器20的電壓激勵信號與三相馬達30中的轉子的角位移失去對準的情況下，馬達30可以在工作的同時發出不希望的「高音鳴叫」。激勵電壓與轉子的角位移之間的失準還可能帶來三相馬達30的工作中可能由於三個相位之間流動的過量電流而導致的低效。
[0033]在一個實施方式中，通過將三態放大器12、14和16設置到高阻抗狀態，再循環電流(例如在三相馬達30的轉子繞組之間繼續流動的電流)在該設置之後不繼續傳播一段明顯的時間。在三相馬達30以每分鐘32，000轉的角速度工作的一個實例中，反EMF信號與參考電壓信號在500ns內相交卻由於再循環電流而對反EMF沒有顯著的貢獻。當然，依賴於特定的實現可以觀察到其他測量。
[0034]圖2示出了理想化的示例性正弦波形160的圖150以及使用PWM信號170的正弦波形160的近似的圖155。正弦波形160作為時間的函數在+V與-V之間周期性地變化。PWM信號170在0與幅度L之間變化因而可以重構正弦波形160。如圖2中可以看出的，如果波形160幅度增加，則PWM信號170比如果波形160幅度減小在更長的持續時間上呈現幅度L。在一個實施方式中，(圖1的)查找表18存儲PWM係數，該PWM係數描述用於PWM信號170的幅度和定時特徵中的一個或多個特徵。
[0035]在下文的表I中，提供了用於與圖1中所示的相位SPA、SPB和SPC相對應的第一批33個PWM係數的示例值。在一個實施方式中，表I的值適於存儲在圖1中所示的LUT 18的只讀存儲器內。如從表I可以看出的，PWM係數用於根據這樣一種調度生成PWM信號，其中該調度始於樣本0並且繼續經過並且超過樣本32。在一個實現中，由PWM信號生成器20以呈現或近似於正弦波形的方式按順序使用PWM係數。
[0036]
【權利要求】
1.一種裝置，包括: 驅動電路，被配置為向馬達的各個輸入施加多個激勵信號； 信號抑制電路，被配置為傳遞信號以在一個時間間隔期間抑制所述多個激勵信號的施加；以及 測量電路，被配置為在所述時間間隔期間測量與參考信號相交的反電動勢(EMF)信號。
2.如權利要求1所述的裝置，其中，所述多個激勵信號是脈衝寬度調製激勵信號。
3.如權利要求2所述的裝置，其中，所述多個脈衝寬度調製激勵信號中的至少一個激勵信號近似於正弦波形。
4.如權利要求1所述的裝置，其中，所述驅動電路被配置為由於在所述時間間隔期間與所述參考信號相交的所述反電動勢信號而修改所述多個激勵信號中的至少一個激勵信號。
5.如權利要求4所述的裝置，其中，所述驅動電路被配置為修改所述多個激勵信號中的所述至少一個激勵信號以與所述馬達中的角位移對準。
6.如權利要求1所述的裝置，其中，所述驅動電路的輸出被配置為抑制所述多個激勵信號。
7.如權利要求1所述的裝置，其中，所述馬達被配置為包括三個相位，並且其中，所述參考信號對應於所述馬達的中央抽頭處的電壓。
8.如權利要求1所述的裝置，其中，在所述多個激勵信號的電氣周期期間所述時間間隔大約出現一次。
9.一種方法，包括: 抑制向馬達輸出的多個激勵信號； 確定所述多個激勵信號的所述抑制與所述多個激勵信號中的一個激勵信號與來自所述馬達的參考信號的相交之間的時間； 由於所述確定的時間而修改所述多個激勵信號；以及 向所述馬達施加所述修改的多個激勵信號。
10.如權利要求9所述的方法，其中，所述抑制包括: 增加提供所述多個激勵信號的多個輸出放大器的輸出阻抗。
11.如權利要求9所述的方法，其中，所述參考信號對應存在於所述馬達的中央抽頭上的信號。
12.如權利要求9所述的方法，其中，所述施加還包括從查找表獲得脈衝寬度，並且使用所述脈衝寬度將所述多個激勵信號與所述馬達的轉子部分的角位移對準。
13.如權利要求9所述的方法，其中，所述抑制大約每所述多個激勵信號的電氣周期出現一次。
14.一種設備，包括: 電路，被配置為將多個激勵信號耦合到馬達； 測量電路，被配置為接收參考信號；以及 邏輯，被配置為: 抑制所述多個激勵信號到所述馬達的所述耦合；測量來自所述馬達的反電動勢下降到所述參考信號的電平以下的時刻；以及 重新開始所述多個激勵信號到所述馬達的所述耦合。
15.如權利要求14所述的設備，其中，所述邏輯進一步被配置為根據所測量的時間將所述多個激勵信號與所述馬達的轉子的角位移對準。
16.如權利要求15所述的設備，其中，所述邏輯進一步被配置為確定將所述多個激勵信號與所述馬達的轉子的所述角位移對準的脈衝寬度調製係數。
17.如權利要求14所述的設備，其中，所述多個激勵信號被耦合到三相馬達。
18.如權利要求14所述的設備，其中，被配置為耦合多個激勵信號的所述電路的輸出是三態放大器，所述三態放大器被配置為通過所述被配置為抑制所述多個激勵信號到所述馬達的所述耦合的邏輯被設置到高阻抗狀態。
19.如權利要求14所述的設備，其中，所述參考信號對應於所述馬達的中央抽頭。
【文檔編號】H02P6/18GK103493361SQ201180044741
【公開日】2014年1月1日 申請日期:2011年9月1日 優先權日:2010年9月17日
【發明者】R·克裡施納慕爾泰, 梁富靈, E·蘇桑託 申請人:馬維爾國際貿易有限公司