單相電動機驅動裝置、單相電動機驅動方法和集成電路的製作方法
2023-07-16 07:56:11 2
專利名稱：單相電動機驅動裝置、單相電動機驅動方法和集成電路的製作方法
技術領域：
本發明涉及單相電動機驅動裝置、單相電動機驅動方法和集成電路。
背景技術：
以下參照圖5和圖6對現有單相電動機驅動裝置加以說明。圖5是表示現有的單相電動機驅動裝置的電路圖，圖6是表示現有的電動機驅動裝置的驅動波形圖。
NPN型的雙極電晶體2、4(第1驅動電晶體)是通過提供驅動信號A、D，來提供向單相線圈6的紙面右方向流動的驅動電流。因此，雙極電晶體2的集電極發射極通路、單相線圈6、雙極電晶體4的集電極發射極通路，串聯連接在電壓VCC和接地端VSS之間。同樣，NPN型的雙極電晶體8、10(第2驅動電晶體)，通過提供驅動信號C、B，來提供向單相線圈6的紙面左方向流動的驅動電流。因此，雙極電晶體8的集電極發射極通路、單相線圈6、雙極電晶體10的集電極發射極通路，串聯連接在電源VCC和接地端VSS之間。因此，雙極電晶體2、4和雙極電晶體8、10互補地導通截止，通過單相線圈6的驅動電流方向適當變化，使單相電動機轉動。
另外，驅動信號A、B、C、D的變化定時稍稍錯開，即雙極電晶體2、4和雙極電晶體8、10互補地導通截止時，雙極電晶體2、10和雙極電晶體8、4稍稍同時截止，電源VCC和接地端VSS不會因導通電流而短路。
發明文獻1特開平7-87775號公報但是，雙極電晶體2、4和雙極電晶體8、10在互補地導通截止時，單相線圈6在紙面向右方向的驅動電流沿虛線的再生路徑循環，在短時間內消耗，另一方面，單相線圈6在紙面向左方向的驅動電流沿點劃線的再生路徑循環，在短時間內消耗。即雙極電晶體2、4和雙極電晶體8、10在互補地導通截止時，單相線圈6的驅動電流具有沒有完全轉換成轉矩的斜線的無效電流，單相線圈6的驅動電流的方向急劇地變化。因此，造成單相電動機的振動、噪聲電量損耗大等問題。
發明內容
主要為解決上述問題的本發明是一種單相電動機驅動裝置，該裝置包括第1驅動電晶體，向單相線圈提供一個方向的驅動電流；第2驅動電晶體，向單相線圈提供反方向的驅動電流，其特徵在於還具有再生部件，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時，使所述單相線圈的驅動電流再生。
由本說明書和附圖的記載可知本發明的上述內容以外的特徵。
圖1是表示本發明的單相電動機驅動裝置的電路方框圖。
圖2是表示構成本發明的單相電動機驅動裝置的檢測部件的各部分波形的波形圖。
圖3是表示圖1的各部分波形的波形圖。
圖4是表示圖3的主要部分擴大波形的波形圖。
圖5是表示現有的單相電動機驅動裝置的電路圖。
圖6是表示現有的單相電動機驅動裝置的驅動波形的波形圖。
具體實施例方式
根據本說明書和附圖的記載，至少可明確以下事項。
本發明提供一種單相電動機驅動裝置，包括第1驅動電晶體，向單相線圈提供一個方向的驅動電流；第2驅動電晶體，向單相線圈提供反方向的驅動電流，其特徵在於還具有再生部件，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時，使所述單相線圈的驅動電流再生。根據該單相電動機驅動裝置，可實現單相線圈的驅動電流在規定期間經時地減少，單相線圈的驅動電流的方向緩慢地變化(軟切換作用)。由此，可以抑制降低單相電動機的振動、噪聲、電量損耗量。
另外，在相關的單相電動機驅動裝置中，具有用於再生前述單相線圈的驅動電流的再生二極體。由此，可使單相線圈的驅動電流確實地再生。
另外，相關的單相電動機驅動裝置中，具有比較部件，將從檢測單相電動機的轉動位置的霍爾元件得到的正弦波信號的絕對值，和標準值進行比較，輸出與所述規定期間相當的定時信號，所述再生部件根據所述定時信號，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時。根據該單相電動機驅動裝置，可準確捕捉單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間的定時。
另外，相關的單相電動機驅動裝置中，包括檢測部件，檢測所述單相電動機的轉動或停止，輸出轉動信號或停止信號，所述再生部件在所述單相電動機不能起動時，所述檢測部件的輸出從停止信號到變化為轉動信號期間，停止使所述單相線圈的驅動電流再生的動作。其次，在單相電動機停止時的轉子側的磁鐵和霍爾元件的相位關係在所述規定期間內時，單相電動機不能因再生部件的再生動作起動。在此，由於該單相電動機驅動裝置，再生部件停止再生動作，直至單相電動機轉動，因此，即使單相電動機在不能起動的停止位置，也可以確實地起動單相電動機。
另外，一種單相電動機的驅動方法，其特徵在於在包括向單相電動機提供一個方向的驅動電流的第1驅動電晶體和向單相電動機提供反方向的驅動電流的第2驅動電晶體的單相電動機驅動裝置中，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，使所述單相線圈的驅動電流再生並使其隨時間減少。根據該單相電動機驅動方法，可實現單相線圈的驅動電流的方向緩慢地變化。由此，可以抑制降低單相電動機的振動、噪聲、電量損耗量。
再有，可做成具有上述單相電動機驅動裝置為特徵的集成電路。
單相電動機驅動裝置的結構以下參照圖1對本發明的單相電動機驅動裝置的結構進行說明。圖1是表示本發明的單相電動機驅動裝置的電路方框圖。而且，在本實施例中，單相電動機驅動裝置為集成電路，單相線圈連接到集成電路外部。
NPN型的雙極電晶體102、104(第1驅動電晶體)用於提供單相線圈106的紙面右方向的驅動電流。因此，雙極電晶體102的集電極發射極通路、單相線圈106、雙極電晶體104的集電極發射極通路，串聯連接到電源VCC和接地端VSS之間。同樣，NPN型的雙極電晶體108、110(第2驅動電晶體)用於提供單相線圈106的紙面左方向的驅動電流。因此，雙極電晶體108的集電極發射極通路、單相線圈106、雙極電晶體110的集電極發射極通路，串聯連接到電源VCC和接地端VSS之間。因此向雙極電晶體102、104和雙極電晶體108、110提供與圖6的驅動信號A、B、C、D相同的驅動信號A1、B1、C1、D1或驅動信號A2、B2、C2、D2的任意一個，使之互補地導通截止，由此，單相電動機可以通過單相線圈106的驅動電流的方向適當地切換而轉動。再生二極體112可使單相線圈106的驅動電流的方向從紙面右方向紙面左方向變化時的驅動電流再生，與雙極電晶體110的集電極發射極通路並聯連接。同樣，再生二極體114可使單相線圈106的驅動電流的方向從紙面左方向紙面右方向變化時的驅動電流再生，與雙極電晶體104的集電極發射極通路並聯連接。
霍爾元件116固定在與單相電動機定子側的磁鐵相對的規定位置，同時以規定電壓偏置。因此，霍爾元件116對應單相電動機的轉動位置，即對應所對的轉子側的磁極的變化，輸出正弦波。比較電路118，具有用於防止振蕩的磁滯特性(hysteresis)，用於將從霍爾元件116發出的正弦波信號波形整形為矩形波信號。另外，該矩形波信號是成為將單相線圈106的驅動電流向紙面右方向或紙面左方向切換的基礎的轉流信號。絕對值電路120(比較部件)，比較正弦波信號的絕對值和基準值，輸出用於再生單相線圈106的驅動電流的定時信號。
檢測部件122由電容器124、恆流源126、NPN型雙極電晶體128、比較電路130和標準電壓VREF組成，檢測單相電動機的轉動或停止。在此，電容器124和恆流源126構成充電電路，並且電容器126和雙極電晶體128構成放電電路，電容器126的非接地側表現為具有鋸齒形狀的充放電電壓。比較電路130的+(非反轉輸入)端子和標準電壓VREF連接，-(反轉輸入)端子和電容器124的非接地側連接。即，比較電路130通過比較電容器124的非接地側的充放電電壓和標準電壓VREF的大小，在單相電動機轉動時輸出「H」、單相電動機停止時輸出「L」的檢測信號。
控制電路132(再生部件)對應檢測部件122的輸出值，適當運算處理比較電路118和絕對值電路120的輸出，選擇輸出驅動信號A1、B1、C1、D1或驅動信號A2、B2、C2、D2。即，控制電路132在比較電路130的檢測信號是「L」時，輸出驅動信號A1、B1、C1、D1，在比較電路130的檢測信號是「H」時，輸出驅動信號A2、B2、C2、D2。
檢測部件的工作下面，參照圖1和圖2，說明檢測部件122的工作。圖2是構成本發明的單相電動機驅動裝置檢測部件的各部分波形圖。
霍爾元件116對應單相電動機的轉動位置，輸出實線和虛線的具有180度相位差的正弦波信號。該正弦波信號在比較電路118中波形整形為矩形波信號提供給控制電路132。控制電路132在矩形波信號的變化點(＝正弦波信號的過零點)，即，單相線圈106的驅動電流的轉流點，輸出放電脈衝。該放電脈衝提供給檢測部件122的雙極電晶體128的基極。因此，在單相電動機轉動時，電容器124的非接地側的充放電電壓比標準電壓VREF小，比較電路130輸出「H」的檢測信號。另一方面，在單相電動機停止時，電容器124的非接地側的充放電電壓比標準電壓VREF大，比較電路130輸出「L」的檢測信號。
單相電動機驅動裝置的工作接下來參照圖1、圖3和圖4說明本發明的單相電動機驅動裝置的工作。圖3是表示圖1的各部分波形的波形圖。圖4是表示圖3的主要部分擴大波形的波形圖。而且，在圖4中，驅動電流的斜線部分，是從現有的驅動電流(虛線)消減的電流量。
〔轉動模式〕下面對在單相電動機轉動時的單相電動機驅動裝置的工作加以說明。
霍爾元件116對應單相電動機的轉動位置，輸出實線和紋線的具有180度相位差的正弦波信號。比較電路118，通過輸入該正弦波信號，比較正弦波信號和基準值(過零)，輸出絕對來說與正弦波具有相同相位，同時相對來說具有180度的相位差的矩形波信號X、Y。同時，絕對值電路120通過輸入正弦波信號，在取得正弦波信號的絕對值的同時，比較絕對值和基準值，在絕對值比基準值小時，輸出成為「H」的定時信號。即，在定時信號的「H」期間，可靠地具有單相線圈106的驅動電流的轉流點(正弦波信號的過零點)，以該轉流點為中心，向前後方向擴大。
比較電路130的檢測信號，在單相電動機開始轉動時為「H」。即，控制電路132，通過進行使用絕對值電路120的定時信號的信號處理，輸出驅動信號A2、B2、C2、D2。詳細地說，控制電路132首先做成與圖6的驅動信號A、B、C、D相同的驅動信號A1、B1、C1、D1，接著輸出對應定時信號的「H」期間僅使驅動信號A1、C1的電平變為「L」的驅動信號A2、B2、C2、D2。即驅動信號A2在單相線圈106的驅動電流的方向為紙面右方向的期間R，僅在定時信號的「L」期間變為「H」信號。同樣，驅動信號C2在單相線圈106的驅動電流的方向為紙面左方向的期間L，僅在定時信號的「L」期間變為「H」信號。
以下，對單相線圈106的驅動電流的方向切換時的再生動作進行說明。
首先，驅動信號A2、D2上升時，雙極電晶體102、104導通，單相線圈106中流動紙面右方向的驅動電流。接下來，驅動信號A2下降時，只有雙極電晶體104導通。因此單相線圈106的紙面右方向的驅動電流，通過沿單相線圈106、雙極電晶體104、再生二極體112組成的虛線的再生路徑順時針循環，緩慢消耗，隨時間減少到零。接下來，在驅動信號D2下降時，雙極電晶體104在單相線圈106的驅動電流的轉流點截止。
之後，驅動信號B2、C2上升，雙極電晶體108、110導通，單相線圈106中流動紙面左方向的驅動電流。即，單相線圈106的驅動電流的方向切換。接下來，驅動信號C2下降，只有雙極電晶體110導通。因此，單相線圈106的紙面左方向的驅動電流通過沿單相線圈106、雙極電晶體110、再生二極體114組成的點劃線的再生路徑逆時針循環，緩慢消耗，隨時間減少到零。接下來，在驅動信號B2下降時，雙極電晶體110在單相線圈106的驅動電流的轉流點截止。以後，重複上述的動作。
如上所述，單相線圈106的一個方向的驅動電流，在定時信號的「H」期間，緩慢減少為零，向另一方向的驅動電流切換。即，單相電動機驅動電流的方向，以軟切換方式切換。因此，可以降低單相電動機的振動、噪聲。另外，單相線圈106的驅動電流在定時信號的「H」期間，從現有驅動電流消減斜線的電流量。由此，可以消減單相電動機的電力消耗量。
〔起動模式〕對單相電動機不起動時的單相電動機驅動裝置的工作加以說明。
例如，在霍爾元件116繼續輸出與定時信號的「H」期間對應的正弦波信號的狀態下，單相電動機在驅動信號A2、B2、C2、D2下只有虛線或點劃線的再生路徑，還未起動就停止了。為解決該問題，在單相電動機不能從起動轉移到旋轉時，控制電路132輸出驅動信號A1、B1、C1、D1。
詳細地說，比較電路130的檢測信號在不使單相電動機起動而停止起為「L」。即，控制電路132通過進行不使用絕對值電路120的定時信號的信號處理，輸出驅動信號A1、B1、C1、D1。因此，即使單相電動機的轉子和霍爾元件116等在上述狀態下面對停止的情況下，雙極電晶體102、104、108、110也可以對應驅動信號A1、B1、C1、D1互補地導通截止，單相線圈106的驅動電流的方向適當地切換，單相電動機可起動並轉動。
之後，比較電路130的檢測信號，單相電動機從轉動的狀態變為「H」。即，控制電路132與比較電路130的檢測信號從「L」變化到「H」的定時同步，通過切換到使用絕對值電路120的定時的信號處理，輸出驅動信號A2、B2、C2、D2。因此，單相電動機可低振動，低噪聲，低消耗功率地繼續轉動。
如上所述，單相電動機的轉子和霍爾元件116即使在所述的狀態下面對停止的情況下，也可以使單相電動機確實地起動。而且，僅在到檢測到單相電動機的轉動為止的期間，使用與現有驅動信號相同的信號，因此可減少單相電動機的振動、噪聲和電量消耗。
其他的實施例以上說明了本發明的單相電動機驅動裝置、單相電動機驅動方法和集成電路，所述的本發明的實施例是為了使本發明更容易理解，並非是對本發明的限定。在不脫離本發明宗旨下可進行變更、改良，當然本發明也包括其等價物。
〔第1和第2電晶體〕在本實施例中，第1驅動電晶體和第2驅動電晶體是雙極電晶體，但不限於此。例如第1驅動電晶體和第2驅動電晶體可以使用N溝道型或P溝道型的MOSFET。
〔再生二極體〕在本實施例中，再生二極體是與第1驅動電晶體和第2驅動電晶體分開設置的元件，但並不限於此。例如，作為再生二極體，可以利用第1驅動電晶體和第2驅動電晶體具有的寄生二極體。這樣，可使集成單相電動機驅動裝置是的晶片面積變小。
〔絕對值電路〕在本實施例中，在絕對值電路中設定的標準值是固定的，但不限於此。例如，可以改變該基準值，可得到對應各種單相電動機的特性的定時信號。即，可提供具有高通用性的單相電動機驅動裝置。另外，由於可調整定時信號的「H」期間，可以進一步降低電量消耗量。
通過本發明，可抑制單相電動機的振動、噪聲和電量消耗量。
權利要求
1.一種單相電動機驅動裝置，包括第1驅動電晶體，向單相線圈提供一個方向的驅動電流；第2驅動電晶體，向單相線圈提供反方向的驅動電流，其特徵在於還具有再生部件，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時，使所述單相線圈的驅動電流再生。
2.如權利要求1所述的單相電動機驅動裝置，其特徵在於具有用於再生所述單相線圈的驅動電流的再生二極體。
3.如權利要求1或2所述的單相電動機驅動裝置，其特徵在於具有比較部件，將從檢測單相電動機的轉動位置的霍爾元件得到的正弦波信號的絕對值，和標準值進行比較，輸出與所述規定期間相當的定時信號，所述再生部件根據所述定時信號，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時。
4.如權利要求1至3所述的任意一項所述的單相電動機驅動裝置，其特徵在於具有檢測部件，檢測所述單相電動機的轉動或停止，輸出轉動信號或停止信號，所述再生部件在所述單相電動機不能起動時，所述檢測部件的輸出從停止信號到變化為轉動信號期間，停止使所述單相線圈的驅動電流再生的動作。
5.一種單相電動機的驅動方法，其特徵在於在包括向單相電動機提供一個方向的驅動電流的第1驅動電晶體和向單相電動機提供反方向的驅動電流的第2驅動電晶體的單相電動機驅動裝置中，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，使所述單相線圈的驅動電流再生並使其隨時間減少。
6.一種集成電路，其特徵在於具有如權利要求1至4所述的任意一個單相電動機驅動裝置。
全文摘要
本發明的單相電動機驅動裝置可解決單相電動機的振動、噪聲和電量消耗問題，該裝置包括第1驅動電晶體，向單相線圈提供一個方向的驅動電流；第2驅動電晶體，向單相線圈提供反方向的驅動電流，其特徵在於還具有再生部件，在所述單相線圈的驅動電流的方向切換點前的規定期間，控制所述第1驅動電晶體和所述第2驅動電晶體的導通截止定時，使所述單相線圈的驅動電流再生。
文檔編號H02P6/00GK1499708SQ20031010269
公開日2004年5月26日 申請日期2003年10月29日 優先權日2002年10月30日
發明者吉富哲也, 上島康之, 之 申請人:三洋電機株式會社