[發(fā)明專利]電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路及其控制方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201110110111.4
• 申請(qǐng)日: 2011-04-29
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102158159A
• 公開(kāi)（公告）日: 2011-08-17
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 趙劍;李伊珂;俞楊威
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 成都芯源系統(tǒng)有限公司
• 主分類號(hào): H02P6/20
• 分類號(hào): H02P6/20;H02P6/16
• 代理公司: 北京市柳沈律師事務(wù)所 11105
• 代理人: 史新宏

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路及其控制方法，更具體地說(shuō)，涉及一種在啟動(dòng)期間實(shí)現(xiàn)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路及其控制方法。

背景技術(shù)

在大多數(shù)電動(dòng)機(jī)應(yīng)用領(lǐng)域，由于轉(zhuǎn)矩不足夠大使得具有重負(fù)載的電動(dòng)機(jī)不能容易地啟動(dòng)。優(yōu)化電源的使用以使得電動(dòng)機(jī)成功地啟動(dòng)并且縮短從靜止到額定速度的過(guò)渡時(shí)間變得很重要。當(dāng)電動(dòng)機(jī)開(kāi)始運(yùn)行時(shí)，控制器將從電源輸出最大功率以確保電動(dòng)機(jī)盡可能快地進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)。

圖1和圖2給出了控制電動(dòng)機(jī)速度的現(xiàn)有方法。

圖1示出了現(xiàn)有的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路結(jié)構(gòu)圖。

如圖1所示，單相電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)電路包括控制電路101和功率級(jí)。控制電路101輸出控制信號(hào)PWM1、PWM2、PWM3和PWM4來(lái)驅(qū)動(dòng)單相電動(dòng)機(jī)102。功率級(jí)包括四個(gè)開(kāi)關(guān)裝置SW1、SW2、SW3和SW4。SW1和SW4接收來(lái)自控制電路101的驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM1和PWM4以提供向右方向(如在圖1中箭頭“a”所示方向)的驅(qū)動(dòng)電流。類似地，SW2和SW3接收驅(qū)動(dòng)信號(hào)PWM2和PWM3以提供向左方向(如在圖1中箭頭“b”所示方向)的驅(qū)動(dòng)電流。SW1、SW4和SW2、SW3互補(bǔ)地接通/截止以適當(dāng)?shù)馗淖儐蜗嚯妱?dòng)機(jī)102的驅(qū)動(dòng)電流的方向，借此單相電動(dòng)機(jī)102旋轉(zhuǎn)。

在其中驅(qū)動(dòng)電流以箭頭a所示方向提供給單相電動(dòng)機(jī)102的時(shí)間段中，SW4一直處于接通狀態(tài)，而SW1根據(jù)25kHz的基頻被接通或截止。相反，在其中驅(qū)動(dòng)電流以箭頭b所示方向被提供給單相電動(dòng)機(jī)102的時(shí)間段中，SW3一直保持處于接通狀態(tài)，而SW2根據(jù)25kHz的基頻被接通或截止。

圖2是現(xiàn)有的單相電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)矩控制和速度調(diào)節(jié)的波形圖。

通常，電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)控制信號(hào)PWM是預(yù)定周期的鋸齒狀電壓Vcosc和負(fù)荷設(shè)定電壓Vth之間的比較結(jié)果。如圖2所示，根據(jù)Vth的變化(圖2中的點(diǎn)線所示)，加寬或變窄由控制電路101中的比較器輸出的脈沖信號(hào)的寬度。即，Vcosc＞Vth時(shí)，輸出高電平“H”。PWM信號(hào)占空比的加寬/變窄能夠改變電動(dòng)機(jī)102的旋轉(zhuǎn)速度，如圖2所示，速度波形中脈沖信號(hào)的頻率與電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。最大轉(zhuǎn)矩出現(xiàn)在100％占空比，這是源自Vth＜Vcosc(min)，并且此時(shí)旋轉(zhuǎn)速度最高。

圖3和圖4給出了現(xiàn)有技術(shù)中在啟動(dòng)期間如何最優(yōu)化電動(dòng)機(jī)速度特性。

在實(shí)際應(yīng)用中，期望電動(dòng)機(jī)能夠盡可能快的啟動(dòng)，降低從靜止到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的過(guò)渡時(shí)間段。這需要電動(dòng)機(jī)具有大的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩，這意味著PWM信號(hào)的占空比在啟動(dòng)期間足夠大。

圖3示出了現(xiàn)有的PWM信號(hào)可變的啟動(dòng)波形圖。如圖3所示，其給出了啟動(dòng)時(shí)間段PWM信號(hào)寬度變化。占空比(Duty?cycle)從100％開(kāi)始，因此電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩開(kāi)始旋轉(zhuǎn)并且速度快速上升。在特定時(shí)間之后，占空比變化到由Vth確定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置值，然后電動(dòng)機(jī)進(jìn)入穩(wěn)定狀態(tài)并且速度達(dá)到與占空比設(shè)置值成比例的穩(wěn)定值。

圖4示出了現(xiàn)有PWM信號(hào)不可變的啟動(dòng)波形圖。如圖4所示，占空比直接從由Vth確定的標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置值開(kāi)始，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩與圖3中所示的方法相比低很多，這使得從靜止到穩(wěn)定旋轉(zhuǎn)的過(guò)渡時(shí)間長(zhǎng)很多。如果電動(dòng)機(jī)以重負(fù)載啟動(dòng)，那么啟動(dòng)過(guò)程甚至可能失敗，因?yàn)殡妱?dòng)機(jī)的啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩通常高于負(fù)載轉(zhuǎn)矩。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的另外方面和優(yōu)點(diǎn)部分將在后面的描述中闡述，還有部分可從描述中明顯地看出，或者可以在本發(fā)明的實(shí)踐中得到。

本申請(qǐng)?zhí)岢隽艘环N使得電動(dòng)機(jī)以大的轉(zhuǎn)矩和短的時(shí)間啟動(dòng)的方法。

本申請(qǐng)所提出的方法能夠使得BLDC(Brushless?DC，無(wú)刷直流)電動(dòng)機(jī)以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)。

本申請(qǐng)所提出的方法能夠判定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷狀態(tài)，根據(jù)負(fù)荷狀態(tài)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。

本發(fā)明提供了一種實(shí)現(xiàn)最大啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩的電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)和控制電路，包括：旋轉(zhuǎn)停止檢測(cè)電路，用于檢測(cè)電動(dòng)機(jī)的旋轉(zhuǎn)或停止，并輸出旋轉(zhuǎn)/停止信號(hào)到啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置電路和控制電路；驅(qū)動(dòng)負(fù)荷判定電路，檢測(cè)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)的風(fēng)扇的周圍環(huán)境溫度，判定電動(dòng)機(jī)的負(fù)荷，輸出驅(qū)動(dòng)負(fù)荷信號(hào)到啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置電路；啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置電路，用于根據(jù)電機(jī)的運(yùn)行生成啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置信號(hào)，并利用啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置信號(hào)、驅(qū)動(dòng)負(fù)荷信號(hào)和旋轉(zhuǎn)/停止信號(hào)來(lái)生成第二控制信號(hào)；控制電路，用于根據(jù)來(lái)自旋轉(zhuǎn)停止檢測(cè)電路的旋轉(zhuǎn)/停止信號(hào)和來(lái)自啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置電路的第二控制信號(hào)，控制電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行，其中，在啟動(dòng)的初始時(shí)間段階段，生成有效啟動(dòng)負(fù)荷設(shè)置信號(hào)以便以最大轉(zhuǎn)矩啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)。