[發明專利]無刷直流馬達驅動整合系統及驅動方法

有效

• 申請號: 201910347706.8
• 申請日: 2019-04-28
• 公開（公告）號: CN109980996B
• 公開（公告）日: 2021-03-12
• 發明（設計）人: 高源;任海波
• 申請（專利權）人: 大陸智源科技（北京）有限公司;蘇州大陸智源機器人科技有限公司
• 主分類號: H02P6/04
• 分類號: H02P6/04;H02P5/68
• 代理公司: 上海恒慧知識產權代理事務所(特殊普通合伙) 31317
• 代理人: 張寧展

一種無刷直流馬達驅動整合系統，用以驅動多個無刷直流馬達，包括：ADC,用以采集無刷直流馬達中的BLDC電流值數據；ARM芯片，用以將FPGA芯片中的無刷直流馬達的霍爾碼盤數據經過總線讀取后，并根據無刷直流馬達的霍爾碼盤數據計算得到電機控制值，電機控制值經由總線回傳至FGPA芯片；以及FPGA芯片，用以接收ARM芯片發出的電機控制值，以及用以存儲無刷直流馬達的霍爾碼盤數據，并且，FPGA芯片具有多個NMOS；其中，FPGA芯片根據電機控制值控制對應的多個NMOS管開路或是閉合，以發出BLDC電流值，借此，時間同步地驅動無刷直流馬達。

技術領域

本發明為提供一種無刷直流馬達驅動整合系統及方法，特別是可通過FPGA芯片整合控制多個無刷直流馬達的驅動裝置以及驅動方法。

背景技術

現有的BLDC(無刷直流馬達，Brushless DC Motor)驅動模塊中，大部分是針對單個BLDC進行驅動，其所采用單個ARM架構建置而成的MCU(微控制單元)以驅動單個BLDC。例如，某現有技術揭示了一種BLDC控制系統，就是采用以ARM架構形成的MCU發出馬達控制信號以驅動BLDC。配合霍爾傳感器偵測馬達運轉方向以及采樣電阻偵測運轉速度，并將偵測數值直接回傳給MCU，以使MCU發出下一時間的控制信號，實時調整馬達控制信號。此MCU亦具有判斷是否關斷馬達的手段。經由判斷馬達運作時的電流是否超過電流閾值，以決定是否關斷馬達。但是，本發明的無刷直流電機控制系統只能控制單個BLDC，不能一次同時控制多個BLDC。

如果在同一時間內同時需要驅動多個BLDC，就要使用多個ARM芯片構成的驅動模塊來驅動BLDC。請參考圖1，是另一件現有技術的無刷直流馬達驅動裝置架構的示意圖。此無刷直流馬達驅動裝置可以驅動至少3個BLDC。且其架構類似于傳統驅動單個BLDC的BLDC控制系統，靠著在驅動電路版中新增加的中央處理器當成主控端(Master)，以驅動多個BLDC從端(Slave)。此中央處理器也可以實時接收多個BLDC運轉時所傳來的回饋信號，以當做下一時間發驅動電路板發出BLDC驅動信號的參考。

但是，若是要驅動較多個BLDC，例如驅動10個BLDC時，就需要10個ARM芯片，這樣就會造成驅動電路版占據空間變大；即便將驅動電路版中的中央處理器、ARM芯片、電機驅動電路與霍爾碼盤處理電路集成芯片化，遇到要驅動多個BLDC仍需要較大的芯片面積。而且，驅動越多BLDC時，中央處理器變更硬件架構的手續是越繁雜的。

另一方面，BLDC所要用到的PWM資源較多，單個BLDC需要與6個互補的PWM信號相接，也就是圖1中的一個PWM401有6個互補的PWM信號，而ARM架構下所建立的單個ARM芯片的集成電路管腳最多只能連接32個互補PWM信號，所以單個ARM芯片不可能與超過6個的BLDC資源相連接。

而且多個驅動模塊是經由多個總線分別控制多個BLDC，總線通訊機制的延遲時間較長，例如圖2所示的，單個PWM 401所發出的控制信號的時間與由霍爾碼盤處理電路30所實時偵測到的Hall信號就會存在了時間差τ1與τ2，τ1是在3ms至5ms之間的任一個值，τ2是在4ms至6ms，這樣就造成多個驅動模塊不能有效實現電機控制的同步性(一般單個電機控制的同步性是指τ1與τ2小于10us)。所以現有的BLDC驅動模塊根本不能實現高精度的、多個BLDC的同步協調控制。

再者，對于驅動多個輸出功率超過1000瓦BLDC的BLDC驅動模塊，因為BLDC驅動模塊中，多個ARM芯片需集成在一小面積的印刷電路板(后簡稱為PCB)上，且PCB表面的鋪銅會因流過的大電流所產生的超過額定功率的大功率及高溫而存在燒毀的風險。多個ARM芯片集成到一塊PCB上，各個繞線距離過近，也容易有相互干擾問題。