跟随参考模型的换向电路及其控制方法技术

一种控制电动机换向的电路及方法，包括：第一及第二ｎ位计数器，在电动机转动时于产生的反电势检测信号的交替过零间隔期间将这两个计数器交替地用作参考模型及模型跟随计数器；模型跟随计数器对从检测的过零点出现的时钟周期进行计数并持续计数直到检测到最佳换向转换点为止，该换向点最好位于换向间隔的中途上；一个遮蔽电路，用以遮蔽伪过零点；一个软转换电路，确定于换向间隔中心点对称的起始点及结束点；溢出保护电路。（*该技术在2016年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】
跟随参考模型的换向电路及其调整方法本专利技术涉及一种跟随参考模型的换向电路及其调整方法，并更具体地涉及驱动无刷直流电动机用的跟随参考模型的换向电路及其调整方法，它能最佳地控制换向延迟及软转换操作以掩蔽伪过零检测及根据各个应用来优化电动机特性。在传统的驱动无刷和无传感器的直流(DC)电动机的电路中，通常希望实际反电势过零点处于与换向转换点不同相位上。对于一个典型的三相DC电动机，换向转换点最好处于距过零点30度电角度之处。需要用先进的方法来获取最佳的转换点以便高效地驱动电动机。此外，多相DC电动机具有感性负载特性，其可用电动机电常数L/R来表示。通常，因为电动机时间常数大于使用在电动机换向控制中的电器件如场效应晶体管(FET)的转换时间，该时间差可引起转换噪音、称为尖峰噪音，也可引起电流再回流到电网。再者，尖峰噪音将不利地使电路中的比较器检测出反电势的误过零点。因此，必需使其掩蔽以免于它的干扰。另外，必需使用软转换来调整控制换向的晶体管的开通/关断时间及消除由尖峰噪音引起的干扰。如图1A和1B所示，可以对开通/关断时间进行调节，以使得从中心点前的一确定点开始换向并持续进行到该中心点后的一确定点为止，并通过该换向可以执行软转-->换。换言之，该中心点最好在换向间隔的中途并与中心参考轴对齐，以致在中心参考轴左、右侧上的起始点及延伸点相对中心点对称。已经具有了用于找到最佳换向转换点及用于对换向产生的噪音所引起的误检测伪过零点进行掩蔽的相关技术。使用三个计数器检测最佳转换点及掩蔽伪检测的技术被公开在1993年6月22日公告的、题为“用于操作多相DC电动机的方法及装置”的美国专利US5,221,881和在1994年5月31日公告的、题为“用于检测多相DC电动机的纺织机电动机的速度分布的方法及装置”的美国专利US5,317,243中。在用于相关技术的三个计数器中，一个是对过零周期计数的增序计数器(up-counter)。另两个是降值计数器(down-counter)，其中第一个降值计数器向下计数到零以产生一个换向延迟信号；第二个降值计数器在第一个降值计数器完成其计数后开始向下计数以产生一个掩蔽时间。当检测过零点时，增序计数器的计数结果被置入到第一和第二降值计数器两者中，然后使增序计数器停止，直到一新换向周期。虽然使用在上述技术中的数字计数器是一种先进的方案，但具有四个毫无利益的问题。第一个问题是：增序计数器必须将其计数结果载入到降值计数器中，就可引起加载误差。第二个问题是：增序计数器需要进行诸如停止，加载，复位及重新开始计数的操作，所有这些操作是耗时的。因而，这些操作是在脱机状态下执行的，而非实时信号的处理以便防止丢失盘中的轨道和提供精确的控制。第三个问题是：需要四种不同的信号来连续地执行程序。但是它们不能在同一时间进行。如果一种控制信号的脉冲宽度为0.01-->μs，则从停止计数到重开始计数就需要约0.04μs来发出这些信号。这0.04μs将被浪费掉，而当执行脱机时，可能产生丢失轨道的后果。另外，当周期计数器计过零点时会引起0.04μs的误换向，这就影响了转速。而第四个问题是：对于电动机很难得到加速率。为此目的，SGS-Thomson对于基于加速率检测的掩蔽及延迟计数器使用了一个附加的N+1位计数器来控制其时钟频率。但是，这在高密度盘驱动(HDD)应用中几乎无用，因为在稳态时，电动机速度被锁到非常稳定，转速的偏差典型地小于0.05％，这实际是可忽略不计的故很难测量。为了解决这些问题，在1993年8月3日公告的题为“使用模拟定时技术的一种简化无传感器DC电动机换向控制电路”的美国专利US5,23 3,275中公开了使用包括至少一电阻一电容的延迟部分的传统电路。但是，如众所周知，一旦阻-容的RC时间常数被设定，就没有办法在电动机工作期间改变该时间常数。该固定的时间常数既不能满足于电动机的低频及高频转速也不适合电动机的动态换向。换句话说，用户必须总是不厌其烦地为他们的电机类型寻找一个最佳值。这包括根据不统一的电动机参数确定一组电阻及电容的值时的困难。相应地，为了解决上述问题，在1994年2月8日公告的题为“用于改善效率的无刷DC电动机换向延迟的自动调整”的美国专利US5,285,135中推荐了一种包括电动机与驱动器之间的反馈电路的换向延迟调整电路。该电路为了调节延迟通过执行函数转换(transferfunction)来修正一信号以调节换向延迟。但是，没有位置传感器要-->用该电路来检测中心位置不是一个容易的任务。并且，如果使用位置传感器或其它硬件，就驱动IC(集成电路)的电元件无论对于内部或外部而言这将使驱动电路更复杂。因而，本专利技术的一个目的是克服传统换向电路的上述问题。本专利技术的另一目的是提供一种用于控制电动机换向的电路及方法，其能可靠地检测最佳换向转换点。本专利技术的又一目的是提供一种用于控制电动机换向的电路及方法，其能灵活地对从反电势信号过零检测点延迟的最佳换向转换点进行细调节。本专利技术的另一目的是提供一种用于控制电动机换向的电路及方法，其能防止如由转换噪音引起的反电势伪过零点的错误检测。本专利技术的又一目的是提供一种用于控制电动机换向的电路及方法，其能够进行输出级转换器件的软转换，以减小di/dt变化率及取消对缓冲电路的需要。本专利技术的另一目的是提供一种用于控制电动机换向的电路及方法，其能够灵活地使得用户控制换向起始点及结束点，这些点相对换向间隔的中心点是对称的。为了实现这些及另外的目的，提供了一种控制电动机换向的电路，它包括第一及第二n位计数器，这些计数器交替地用作在电动机旋转时于产生的反电势检测信号的交替过零间隔期间的参考模型及模型跟随计数器，该模型跟随计数器从检测的过零点开始对时钟周期进行计数直到检测到最佳换向转换点为止，后者最好位于换向间隔的中途；设置了一个遮蔽电路，用于在所需遮蔽间隔期间遮蔽伪过零检测；用一个软转换电路来确定相对换向间隔中心点对称的-->换向起始点及结束点；溢出保护电路在长换向间隔等期间对计数器保护以免其溢出，及使内部时钟调整以防止特定环境时的溢出。本专利技术提供的一种控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们对所述电动机转动时检测的反电势过零点之间的间隔持续经过的时间进行计数，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器并且所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数器并且所述第一计数器用作所述模型跟随计数器；第一及第二检测器，它们当所述模型跟随计数器向上计数到存储在所述参考模型计数器中的结果之一半时分别检测所述奇数及偶数间隔的中心点，当所述中心点被检测到时，所述第一及第二检测器分别输出第一及第二延迟信号；一个换向定时发生器，它接收所述第一及第二延迟信号，并基于这些信号产生及输出换向定时信号；及一个换向信号发生器，它从所述换向定时发生器接收所述定时信号，并根据所述换向定时信号产生一换向序列信号来控制所述电动机的换向。本专利技术提供的一种控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们对过零信号上升沿及下降沿之间的间隔持续经过的时间进行计数，所述过零信号指示在所述电动机转动期间检测的反电势过零点，在所述间隔的奇数间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们对所述电动机转动时检测的反电势过零点之间的间隔持续经过的时间进行计数，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器并且所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数器并且所述第一计数器用作所述模型跟随计数器；第一及第二检测器，它们当所述模型跟随计数器向上计数到存储在所述参考模型计数器中的结果之一半时分别检测所述奇数及偶数间隔的中心点，当所述中心点被检测到时，所述第一及第二检测器分别输出第一及第二延迟信号；一个换向定时发生器，它接收所述第一及第二延迟信号，并基于这些信号产生及输出换向定时信号；及一个换向信号发生器，它从所述换向定时发生器接收所述定时信号，并根据所述换向定时信号产生一换向序列信号来控制所述电动机的换向。２、根据权利要求１所述的电路，其中，所述第一及第二计数器是由ｎ位组成的，并且其中所述第一及第二检测器各包括：（ｎ－１）个逻辑门，它们分别接收所述模型跟随计数器的最低有效（ｎ－１）位及所述参考模型计数器的最高有效（ｎ－１）位的相应位对，并输出一个指示所述模型跟随计数器计数到在所述参考模型计数器中存储结果的一半的时刻逻辑结果的输出；及一个延迟信号发生器，它接收来自所述逻辑门的所述逻辑结果及接收指示所述电动机转速已锁定的启动信号，并基于它们输出所述第一及第二延迟信号之一。...

【技术特征摘要】
KR 1995-8-23 26171/951、一种控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们对所述电动机转动时检测的反电势过零点之间的间隔持续经过的时间进行计数，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器并且所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数器并且所述第一计数器用作所述模型跟随计数器；第一及第二检测器，它们当所述模型跟随计数器向上计数到存储在所述参考模型计数器中的结果之一半时分别检测所述奇数及偶数间隔的中心点，当所述中心点被检测到时，所述第一及第二检测器分别输出第一及第二延迟信号；一个换向定时发生器，它接收所述第一及第二延迟信号，并基于这些信号产生及输出换向定时信号；及一个换向信号发生器，它从所述换向定时发生器接收所述定时信号，并根据所述换向定时信号产生一换向序列信号来控制所述电动机的换向。2、根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一及第二计数器是由n位组成的，并且其中所述第一及第二检测器各包括：(n-1)个逻辑门，它们分别接收所述模型跟随计数器的最低有效(n-1)位及所述参考模型计数器的最高有效(n-1)位的相应位对，并输出一个指示所述模型跟随计数器计数到在所述参考模型计数器中存储结果的一半的时刻逻辑结果的输出；及一个延迟信号发生器，它接收来自所述逻辑门的所述逻辑结果及接收指示所述电动机转速已锁定的启动信号，并基于它们输出所述第一及第二延迟信号之一。3、根据权利要求1所述的电路，其中，所述换向定时发生器包括一个触发器，它接收来自所述第一及第二检测器的所述第一及第二延迟信号及一内部时钟信号，并且它产生与所述内部时钟信号同步的所述换向定时信号。4、根据权利要求3所述的电路，其中，所述第一及第二计数器基于所述内部时钟信号对所述间隔之间经过的所述时间进行计数。5、根据权利要求2所述的电路，其中，所述逻辑门为“同”门。6、根据权利要求5所述的电路，其中，所述延迟信号发生器包括一个多输入“与”门。7、根据权利要求1所述的电路，其中，所述第一及第二检测器由微处理机组成。8、一种控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们对过零信号上升沿及下降沿之间的间隔持续经过的时间进行计数，所述过零信号指示在所述电动机转动期间检测的反电势过零点，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器及所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数器及所述第一计数器用作所述模型跟随计数器；一个换向信号发生器，当所述模型跟随计数器向上计数到在所述参考模型计数器中存储结果的一分数值的时刻它接收指示的定时信号，及它根据所述定时信号产生换向序列信号来控制所述电动机的换向；一个比较器，它将所检测的反电势与一公共电压相比较以检测所检测的反电势的所述过零点；一个相选择器，它监测由所述换向信号发生器输出的所述换向序列信号并检测所述电动机的相；第一及第二遮蔽定时发生器，它们分别在所述奇数及偶数间隔期间进行操作，所述数字遮蔽定时发生器基于所述第一及第二计数器产生遮蔽定时信号，所述遮蔽定时信号指示所述间隔中遮蔽由所述比较器检测的过零点的部分；一个数字遮蔽执行电路，它接收所述遮蔽定时信号，由所述相选择器检测的所述相信号及来自所述比较器所检测的过零点，并根据它们输出具有所述上升沿及下降沿的过零信号。9、根据权利要求8所述的电路，其中，所述第一及第二计数器是由n位组成的，及其中所述第一及第二遮蔽定时发生器各包括：多个逻辑门，它们分别接收来自所述第一及第二计数器的相应位对，所述逻辑门的逻辑结果指示所述间隔中遮蔽所检测的过零点的所述部分，所述部分从所述间隔的1/2延伸到所述间隔的1/2+1/2m，其中m在1及n之间；及一个遮蔽信号发生器，它接收所述逻辑结果及一个禁止信号，并产生所述遮蔽定时信号中的一个相应信号。10、根据权利要求8所述的电路，其中，所述数字遮蔽执行电路包括：一个遮蔽控制信号发生器，它接收由所述相选择器检测的所述相信号及所述遮蔽信号，并且它输出一个遮蔽控制信号，其用于对所检测的相的所述过零点的遮蔽进行控制；一个遮蔽控制器，它接收所述遮蔽控制信号及来自所述比较器所述检测的过零点，并根据所述遮蔽控制信号启动所检测的过零点的输出；及一个过零信号发生器，它接收所述启动的检测过零点，并输出所述过零信号。11、根据权利要求9所述的电路，其中，所述间隔中遮蔽所述检测过零点的部分通过改变所述逻辑门及输入给它们的所述相应位对进行调节。12、根据权利要求9所述的电路，其中，所述逻辑门是由“同”门组成的。13、根据权利要求12所述的电路，其中，所述遮蔽信号发生器包括一个多输入“与非”门。14、根据权利要求10所述的电路，其中，遮蔽控制信号发生器包括一个“与”门。15、根据权利要求10所述的电路，其中，遮蔽控制器包括多个D触发器。16、根据权利要求10所述的电路，其中，所述过零信号发生器包括一个“异或”门。17、一种用于控制电动机换向的软转换电路，包括：第一及第二计数器，它们对所述电动机转动时检测的反电势过零点之间的间隔持续经过的时间进行计数，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器及所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数器及所述第一计数器用作所述模型跟随计数器；一个起始点检测器，它基于所述第一及第二计数器检测每个所述间隔中的换向起始点；一个延伸点检测器，它基于所述第一及第二计数器检测每个所述间隔内的换向结束点，所述换向起始点及所述换向结束点是相对每个所述间隔的中心点对称的；一个控制信号发生器，它接收所述起始点检测器及所述延伸点检测器的输出，并输出一个指示所述换向起始点及所述换向延伸点的信号；及一个软转换信号发生器，它接收由所述控制信号发生器输出的信号及接收一个启动信号以指示是否一引擎转速为锁定信号，并基于它们输出一软转换信号。18、根据权利要求17所述的软转换电路，其中，所述第一及第二计数器是由n位组成的及其中所述起始点检测器包括：多个第一逻辑门，它们分别接收来自所述第一及第二计数器的各相应位对，所述第一逻辑门的逻辑结果指示检测到所述换向起始点，所述换向起始点位于每个所述间隔的所述中心点前方K/2m的分数间隔处，其中m在2及n之间及其中K＜2m；及一个起始点信号发生器，它接收所述逻辑结果及产生一起始点信号。19、根据权利要求18所述的软转换电路，其中，所述延伸点检测器包括：多个第二逻辑门，它们分别接收来自所述第一及第二计数器的各相应位对，所述第二逻辑门的逻辑结果指示检测到所述换向结束点，所述换向结束点位于每个所述间隔的所述中心点后方K/2m的分数间隔处，其中m在2及n之间及其中K＜2m；及一个结束点信号发生器，它接收所述逻辑结果及产生一结束点信号。20、根据权利要求17所述的软转换电路，其中，所述控制信号发生器包括一个“或”门。21、根据权利要求18所述的软转换电路，其中，所述软转换信号发生器包括一个“与”门。22、根据权利要求20所述的软转换电路，其中，所述第一及第二逻辑门是“同”门。23、根据权利要求20所述的软转换电路，其中，所述起始点信号发生器及所述结束点信号发生器各由一个“与”门组成。24、一种用于控制电动机换向的电路，包括：第一及第二计数器，它们根据内部时钟对过零信号上升沿及下降沿之间的间隔持续经过的时间进行计数，所述过零信号指示在电动机转动期间检测的反电势过零点，在所述间隔的奇数间隔期间所述第一计数器用作参考模型计数器及所述第二计数器用作模型跟随计数器，而在所述间隔的偶数间隔期间所述第二计数器用作所述参考模型计数...

【专利技术属性】
技术研发人员：汤士明，李祥镛，
申请(专利权)人：三星电子株式会社，
类型：发明
国别省市：KR[韩国]