一种自校准软开关马达驱动系统技术方案

技术编号:15651475 阅读:41 留言:0更新日期:2017-06-17 04:39
本发明专利技术公开了一种自校准软开关马达驱动系统,其主要由磁场信号处理模块,自校准时钟信号产生模块,数模转换模块,及复位电路模块配合构成,本方案其具有结构可靠,适应转速范围宽,响应速度快,静音效果好,启动迅速,功耗低的优点。

【技术实现步骤摘要】
一种自校准软开关马达驱动系统
本专利技术涉及集成电路技术,具体涉及集成电路中自校准软开关马达驱动技术。
技术介绍
在马达转动时,转子将在转子磁场和定子线圈磁场的相互作用力下,在不同的磁极间周期性切换,由于在转动过程中,不同位置,特别是在切换点附近,由于转子受到不均衡的力矩作用,将会产生不可忽视的音频噪音。针对上述问题,人们采用了一种预设转换时长的软开关技术。这种技术预先设定一个转换时长,在切换点采取缓慢转换马达的驱动极性而达到减少噪音的目的(参见图1)。这种结构虽能够起到一定的降噪或静音作用,但是由于这种技术预设转换时长,在一个较宽的转速范围内,此技术并不能很好的兼顾静音和驱动效率之间的矛盾,在实际运用中存在较多的缺点,如下:1.在高转速情况下,软开关时间相对马达的运转周期时间比例增大,驱动效率降低,降低了转速的上限值,甚至导致马达在高转速时工作不正常;2.在低转速情况下,软开关时间相对马达的运转周期时间比例减小,马达的静音效能降低。
技术实现思路
针对现有马达驱动芯片的软开关技术所存在的问题,需要一种能够满足和适应转速范围越来越宽泛的要求的马达驱动芯片软开关技术。为此本专利技术所要解决的技术问题是提供一种自校准软开关马达驱动系统,以获得更低的马达转动噪音和更宽的转速范围。为了解决上述技术问题,本专利技术提供的自校准软开关马达驱动系统包括:磁场信号处理模块,所述磁场信号处理模块将马达转子磁场的强度和极性信号转换为相应的电信号,并输出到自校准时钟信号产生模块和数模转换模块;自校准时钟信号产生模块,所述自校准时钟信号产生模块基于马达转子磁场极性的周期时间信号和基础时钟信号形成一个随马达转子转速频率变化而变化的频率时钟信号;数模转换模块,所述数模转换模块在磁场切换信号时,进行一次复位后,在自校准时钟信号产生模块输出的频率时钟信号驱动下,根据磁场极性方向,输出一路信号从最低位逐级上升到最高位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;输出一路信号从最高位逐级下降到最低位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;复位电路模块,所述复位电路模块的输出连接至磁场信号处理模块、自校准时钟信号产生模块以及数模转换模块,在各事件触发后,对系统各模块进行复位控制。在本系统中,所述磁场信号处理模块包括非交叠南北磁场逻辑产生电路和磁场切换点脉冲发生器,所述非交叠南北磁场逻辑产生电路将前端的磁场感应逻辑信号拆分形成切换点不相互重合的代表南磁极/北磁极的控制逻辑信号;所述磁场切换点脉冲发生器用于检测磁场信号的交变,在前端磁场感应逻辑信号跳变处产生一个窄脉冲信号,作为相关电路的复位信号。在本系统中,所述磁场信号处理模块输入端接收两路磁场感应逻辑信号,两路磁场感应逻辑信号间相差一个延时周期。在本系统中,所述磁场信号处理模块在系统上电复位完成后,在复位电路模块中的计时单元完成第一个计时周期之前,感应磁场的迟滞回差数值要小于计时周期之后的迟滞回差数值,以形成更大的系统闭环增益;同时在马达启动事件触发过程中,屏蔽过温保护功能。在本系统中,所述自校准时钟信号产生模块包括第一事件触发时序发生器,第二事件触发时序发生器,触发器,二选一开关,可变频率时钟信号发生器;所述第一事件触发时序发生器和第二事件触发时序发生器由磁场信号处理模块的输出触发,其输出端分别与二选一开关的输入端连接,二选一开关输出端连接到可变频率时钟信号发生器;所述触发器根据磁场信号处理模块的输出控制二选一开关选通相应的事件触发时序发生器;所述可变频率时钟信号发生器的输出端连接到数模转换模块。在本系统中,所述第一事件触发时序发生器的复位由磁场信号处理模块产生的切换点信号和磁场感应逻辑信号反相后逻辑与非运算后控制;所述第二事件触发时序发生器的复位由磁场信号处理模块产生的切换点信号和磁场感应逻辑信号逻辑与非运算后控制。在本系统中,所述可变频率时钟信号发生器的复位由磁场信号处理模块产生的切换点信号和复位电路模块产生的复位信号逻辑或非运算后控制。在本系统中,所述可变频率时钟信号发生器在复位完成后,其输出时钟信号从最高频率点随时间按一定速率线性下降;所述下降速率按照南磁极/北磁极切换点之间的时间Tr和软开关所需时间Tss之间10倍的比例来设定。在本系统中,所述数模转换模块包括数模转换控制时序发生器和第一数模转换器和第二数模转换器,所述数模转换控制时序发生器的两输出端分别连接第一数模转换器和第二数模转换器。在本系统中,所述数模转换控制时序发生器在南磁模式下,第一输出端输出字码从最小字节开始逐级增加,第二输出端输出字码从最大字节开始逐级减小;在北磁模式下,第一输出端输出字码从最大字节开始逐级减小,第二输出端输出字码从最小字节开始逐级增加。在本系统中,所述复位电路模块包括上电复位电路,第一计时单元,第二计时单元,堵转检测电路,以及过温保护电路;所述第一计时单元与堵转检测电路配合形成堵转保护和自启动控制;所述过温保护电路完成芯片温度检测和过温保护控制;所述上电复位电路与第二计时单元配合形成相关复位信号控制;三者配合形成复位信号。基于上述方案自校准软开关马达驱动电路,其具有结构可靠,适应转速范围宽,响应速度快,静音效果好,启动迅速,功耗低的优点。在实际应用中可集成在芯片上,提高芯片的集成度,适用于直流、H桥式驱动马达系统。附图说明以下结合附图和具体实施方式来进一步说明本专利技术。图1为常规的软开关马达驱动电路原理图;图2为本专利技术提供的自校准软开关马达驱动方案的系统原理图;图3为本专利技术实例中自校准软开关马达驱动电路及外围连接示意图;图4为传统马达驱动电路负载电压波形和采用软开关技术马达驱动电路负载电压波形示意图;图5为传统马达驱动电路负载电流及马达转矩波形和采用软开关技术马达驱动电路负载电流及马达转矩波形示意图。具体实施方式为了使本专利技术实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解,下面结合具体图示,进一步阐述本专利技术。本方案通过采用自校准软开关架构,并利用其数字信号抗干扰能力及其准确性,改善了传统电机驱动结构的缺点。据此,本方案提供一种自校准软开关马达驱动方案,如图2所示,本驱动方案100主要包括复位电路模块110、磁场信号处理模块120、自校准时钟信号产生模块130以及数模转换模块140。其中,磁场信号处理模块120、自校准时钟信号产生模块130以及数模转换模块140配合构成自校准软切电路的主体,用于驱动马达转动。磁场信号处理模块120,用于将马达转子磁场的强度和极性信号转换为电信号,再针对该电信号进行信号放大、滤波和磁滞比较器处理后,产生一个高低电平信号,其磁滞电压差对应于磁场强度的迟滞窗口;最终将形成的信号输出到自校准时钟信号产生模块130和数模转换模块140。自校准时钟信号产生模块130,用于将马达转子磁场极性的周期时间信号作为加权系数,与基础时钟信号经过乘法运算后,产生一个随马达转子转速频率变化而变化的频率时钟信号,用于数模转换模块的时钟控制信号。数模转换模块140,用于在系统给出磁场切换信号时,模块进行一次复位后,根据磁场极性,在自校准时钟信号产生模块输出时钟驱动下,根据磁场极性方向,一路信号从最低位逐级上升到最高位后停止,输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;一路信号从最高位逐级下本文档来自技高网...
一种自校准软开关马达驱动系统

【技术保护点】
一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述驱动系统包括:磁场信号处理模块,所述磁场信号处理模块将马达转子磁场的强度和极性信号转换为相应的电信号,并输出到自校准时钟信号产生模块和数模转换模块;自校准时钟信号产生模块,所述自校准时钟信号产生模块基于马达转子磁场极性的周期时间信号和基础时钟信号形成一个随马达转子转速频率变化而变化的频率时钟信号;数模转换模块,所述数模转换模块在磁场切换信号时,进行一次复位后,在自校准时钟信号产生模块输出的频率时钟信号驱动下,根据磁场极性方向,输出一路信号从最低位逐级上升到最高位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;输出一路信号从最高位逐级下降到最低位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;复位电路模块,所述复位电路模块的输出连接至磁场信号处理模块、自校准时钟信号产生模块以及数模转换模块,在各事件触发后,对系统各模块进行复位控制。

【技术特征摘要】
1.一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述驱动系统包括:磁场信号处理模块,所述磁场信号处理模块将马达转子磁场的强度和极性信号转换为相应的电信号,并输出到自校准时钟信号产生模块和数模转换模块;自校准时钟信号产生模块,所述自校准时钟信号产生模块基于马达转子磁场极性的周期时间信号和基础时钟信号形成一个随马达转子转速频率变化而变化的频率时钟信号;数模转换模块,所述数模转换模块在磁场切换信号时,进行一次复位后,在自校准时钟信号产生模块输出的频率时钟信号驱动下,根据磁场极性方向,输出一路信号从最低位逐级上升到最高位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;输出一路信号从最高位逐级下降到最低位后停止,该输出信号用于驱动后级的一路功率放大器;复位电路模块,所述复位电路模块的输出连接至磁场信号处理模块、自校准时钟信号产生模块以及数模转换模块,在各事件触发后,对系统各模块进行复位控制。2.根据权利要求1所述的一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述磁场信号处理模块包括非交叠南北磁场逻辑产生电路和磁场切换点脉冲发生器,所述非交叠南北磁场逻辑产生电路将前端的磁场感应逻辑信号拆分形成切换点不相互重合的代表南磁极/北磁极的控制逻辑信号;所述磁场切换点脉冲发生器用于检测磁场信号的交变,在前端磁场信号跳变处产生一个窄脉冲信号,作为相关电路的复位信号。3.根据权利要求2所述的一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述磁场信号处理模块输入端接收两路磁场感应逻辑信号,两路磁场感应逻辑信号间相差一个延时周期。4.根据权利要求2所述的一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述磁场信号处理模块在系统上电复位完成后,在复位电路模块中的计时单元完成第一个计时周期之前,感应磁场的迟滞回差值要小于计时周期之后的迟滞回差值,以形成更大的系统闭环增益;同时在马达启动事件触发过程中,屏蔽过温保护功能。5.根据权利要求1所述的一种自校准软开关马达驱动系统,其特征在于,所述自校准时钟信号产生模块包括第一事件触发时序发生器,第二事件触发时序发生器,触发器,二选一开关,可变频率时钟信号发生器;所述第一事件触发时序发生器和第二事件触发...

【专利技术属性】
技术研发人员:古鸽黄绪江王家斌
申请(专利权)人:上海能埔电子有限公司
类型:发明
国别省市:上海,31

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