專利名稱：用于控制電機的相邏輯電路的制作方法
技術領域：
本發明公開涉及一種用于控制無刷電機(以下稱為‘‘BLM”)的電路。
背景技術：
最近，已廣泛地使用用于驅動用于HVAC的鼓風機或風扇或者泵的BLM。在日常生 活中，BLM的使用與包括公寓、辦公室或工廠等的家庭或工作環境緊密相關。用于HVAC的 鼓風機或風扇或者泵的電機具有大量的電力消耗，所述電力消耗可在不同領域(例如，工 業機械裝置或機床等的領域)中使用的電力消耗量的幾倍至幾十倍的范圍，其部分原因是 這樣的電機需要每天被持續操作往往至少幾個小時或更多。因此，需要長時間或持續操作 的用于HVAC的鼓風機或風扇或者泵的電機具有非常大量的能量消耗。具體地，在BLM中， 用于驅動用于HVAC的鼓風機或風扇或者泵的電力消耗占非常大的部分。此外，BLM的使用 直接影響用于HVAC或泵的驅動系統的效率和性能。因此，需要具有用于節能的高效率的電機，并需要能夠方便和穩定地控制具有高 效率的電機的智能控制系統的開發。過去，便宜和具有簡單結構的AC感應電機被用作具有高效率的電機。然而，存在 這種問題，即，由于該AC感應電機難以控制而引起不必要的過速操作和大量的電力損失。 例如，難以控制用于提供節能和方便操作條件所必需的速度。同時，AC感應電機已使用獨 立逆變器，以解決這種問題。然而，獨立逆變器的使用引起噪聲問題，并且除速度控制之外， 由于在經濟效率(能耗量與成本之比)方面的低操作效率，對提供適合于各種需要的操作 條件的程序具有限制。此夕卜，最近，已實現了使用BLM或電子整流電機(electrically commuted motor, 以下簡稱為‘‘ECM”)來驅動風扇的電機。然而，使用ECM來驅動風扇的電機被設計為主要用 作使用100瓦或更小來簡單地驅動緊湊或低容量風扇的電機，因此，具有這樣的限制，即， 它們不適合于設計為用于高容量住宅或工業目的的HVAC。同時，涉及控制用于住宅和工業目的的HVAC的ECM的設備和方法的技術公開在 第5，592，058號美國專利(以下稱為“，058專利”)，申請人為William R. Archer等，名稱 % "Control System and Methods for a Multi-parameter Electronically Commutated Motor”。然而，由于在’058專利公開中的用于多參數電子整流電機的控制系統和方法將AC 半波用作用于各種系統參數的輸入信號，使用用于存儲各種系統參數的獨立可編程存儲器 并單獨使用復雜電路(例如，ASIC)，所述復雜電路用于連接到用于感測轉子的位置的裝置
6和電流控制電路，因此，，058專利具有整體系統和控制處理是復雜的問題。此外，在’ 058專利公開中的用于多參數電子整流電機的控制系統和方法中，由于 微處理器根據預存儲在可編程存儲器中的參數信號來控制ECM，所以當例如異常操作條件 可發生時，無法實時地正確響應。此外，在’ 058專利公開中的用于多參數電子整流電子的控制系統和方法中，可以 以無傳感器方式制作用于感測轉子的位置的裝置。然而，在使用該無傳感器方式感測轉子 的位置的情況下，存在這種問題，即，ECM啟動時可發生不穩定的瞬變現象，并由于對電磁噪 聲的脆弱性，可發生誤操作的概率高。同時，電機的傳統控制系統不具有能夠有效地控制用于驅動各種類型的用于HVAC 的鼓風機或風扇或者泵的系統的裝置，這些裝置或功能包括不規則速度控制(NRS)操作功 能、規則速度控制(RS)操作功能、恒定轉矩控制功能、恒定空氣流動/恒定液體流動控制功 能、遠程通信和監控功能、能夠使用mod總線來控制多個風扇的驅動器或泵的網絡控制裝 置或功能、以及能夠檢查用于HVAC或泵的控制系統的記錄或操作狀態的數據記錄裝置或 功能。此外，電機的傳統控制系統具有這種問題，即，它們無法提供單個集成控制電路和 程序所描述的功能。上述論述提供背景信息，并不構成現有技術的承認。

發明內容
公開了一種用于控制無刷電機(BLM)的電子電路。在一些實施例中，所述電子電 路包括第一輸入和第二輸入，用于分別從第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器接 收第一數字位置信號和第二數字位置信號，第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效益傳感器用 于檢測BLM轉子的角位置；第三輸入，用于接收數字脈寬調制的速度控制信號；第一邏輯 門，用于產生第一驅動信號，所述第一驅動信號包括第一數字位置信號和速度控制信號的 邏輯組合，；第二邏輯門，用于產生第二驅動信號，所述第二驅動信號包括第二數字位置信 號和速度控制信號的邏輯組合，。在一些實施例中，一種用于控制無刷電機(BLM)的電子電路包括第一輸入，用于 從第一傳感器接收第一位置信號，所述第一傳感器檢測在BLM轉子上的磁極的角位置，第 一位置信號具有激活周期和失活周期；第二輸入，用于從第二傳感器接收第二位置信號， 所述第二傳感器檢測在BLM轉子上的磁極的角位置，第二位置信號具有激活周期和失活周 期；控制電路，用于接收第一位置信號、第二位置信號和速度控制信號，并基于第一位置信 號、第二位置信號和速度控制信號產生第一驅動信號和第二驅動信號，其中，第一驅動信號 包括與第一位置信號的失活周期對應的多個失活周期，第二驅動信號包括與第二位置信號 的失活周期對應的多個失活周期，其中，第一驅動信號還包括與第一位置信號的激活周期 對應的多個脈沖，第二驅動信號還包括與第二位置信號的激活周期對應的的多個脈沖；開 關的第一橋配置，用于接收第一驅動信號，并且用于在第一驅動信號的所述多個脈沖的每 一個脈沖期間將電源結合到第一驅動輸出；開關的第二橋配置，用于接收第二驅動信號，并 且用于在第二驅動信號的所述多個脈沖的每一個脈沖期間將電源結合到第二驅動輸出。公開了一種用于控制無刷電機(BLM)的電子方法。在一些實施例中，所述電子方
7法包括步驟分別從第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器接收第一數字位置信號和 第二數字位置信號，第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器用于檢測在BLM轉子上的 北磁極的角位置；接收脈寬調制的速度控制信號；產生第一驅動信號，所述第一驅動信號 包括第一數字位置信號和速度控制信號的邏輯組合，第一驅動信號用于控制第一組一個或 多個電源開關，所述第一組一個或多個電源開關通信地結合到第一組一個或多個BLM電磁 體；產生第二驅動信號，所述第二驅動信號包括第二數字位置信號和速度控制信號的邏輯 組合，第二驅動信號用于控制第二組一個或多個電源開關，所述第一組一個或多個電源開 關通信地結合到第二組一個或多個BLM電磁體。


圖1是根據一實施例的用于控制無刷電機的控制系統的框圖。圖2A是在圖1示出的一實施例中使用的2相和3相組合類型的無刷電機的截面 圖。圖2B是在圖1示出的一實施例中使用的傳統的2相無刷電機的截面圖。圖3A示出根據一些實施例的在BLM的各種相位的旋轉期間在相邏輯控制電路中 的第一組示例信號波形。圖3B示出根據一些實施例的在BLM的各種相位的旋轉期間在相邏輯控制電路中 的第二組示例信號波形。圖4A是在一些實施例中使用的第一 2相邏輯控制電路的示圖。圖4B示出用于控制BLM的旋轉方向的邏輯開關的兩個狀態。圖4C是在一些實施例中使用的第二 2相邏輯控制電路的示圖。圖5A是在一些實施例中使用的第一電源開關的詳細示圖。圖5B示出用于將電源提供給BLM的電樞繞組的全橋電路的兩個狀態。圖5C是在一些實施例中使用的第二電源開關的詳細示圖。圖6是在一實施例中使用的控制系統的詳細電路示圖。
具體實施例方式在一些實施例中，提供了一種用于控制用于HVAC或泵的電機的控制系統，在該控 制系統中，微處理器接收控制用于HVAC或泵的電機的多個控制信號并實時控制所述多個 控制信號。在一些實施例中，提供了一種用于控制用于HVAC或泵的電機的控制系統，該控制 系統能夠感測電機的負載突變從而獲得穩定性，并能夠保護電機和控制系統不受環境溫度 的改變或電機自身的異常的溫度變化的影響。此外，提供了一種用于控制用于HVAC或泵的電機的控制系統，該控制系統嵌入了 用于控制外部輸入的控制系統的隔離的電源，從而無需單獨的外部電源，能夠容易地訪問 與用于HVAC或泵的電機的主控制系統相關的各種控制命令信號。此外，在一些實施例中，提供了一種用于控制用于HVAC或泵的電機的控制系統， 該控制系統具有光隔離通信裝置和可通過一個輸入端口來輸入用作控制電機的速度的控 制信號的DC電壓信號(Vdc)或脈沖調制信號并進行處理的裝置，該光隔離通信裝置能夠發送和接收各種控制程序數據。根據一些實施例，提供了一種用于控制用于供暖、通風和空氣調節單元(HVAC)或 泵的電機的控制系統，所述控制系統包括光隔離的速度命令信號處理接口，用于控制電機 的速度的信號被輸入到所述光隔離的速度命令信號處理接口，并所述光隔離的速度命令信 號處理接口輸出用于控制電機2的速度的將被轉換為具有特定單一頻率的輸出信號；通信 裝置，電機的多個操作控制命令被輸入到所述通信裝置；光隔離的接口，分別隔離通過通 信裝置輸入的多個操作控制命令和用于控制電機的速度的轉換的輸出信號；微處理器，連 接到光隔離的接口，根據多個操作控制命令和用于控制電機的速度的轉換的輸出信號來輸 出用于控制電機的操作的輸出信號；傳感器，連接到電機，用于輸出電機的轉子位置感測信 號；邏輯控制電路，分別連接到光隔離的接口、微處理和傳感器，用于將轉子位置感測信號 和用于控制電機的操作的輸出信號相加；電源開關電路，被連接以將電力提供給電機；門 驅動電路，分別連接到邏輯控制電路和電源開關電路，用于驅動電源開關電路；電源裝置， 分別連接到邏輯控制電路、電源開關電路和門驅動電路，用于將電力提供給邏輯控制電路、 電源開關電路和門驅動電路。實施例的各種特點提供很多優點，包括1.可實時制作用于HVAC或泵的電機所需的各種操作控制。2.顯著地增強用于HVAC或泵的電機的操作效率，從而可以以低的電力消耗以及 各種智能方式操作電機。3.可以使用簡單配置來實現用于HVAC或泵的電機的控制系統。4.由于用于提供外部電源的單獨的嵌入電源裝置包括在用于HVAC或泵的電機的 控制系統中，所以方便地使用用于HVAC或泵的電機的控制系統。5.由于各種操作數據信息(例如，在一些實施例中被用于HVAC或泵的電機的控制 系統處理的操作電流、電壓、速度和溫度等)可以被發送到外部系統，所以可以實時地監控 關于HVAC或泵的穩定操作的任何故障、操作效率和情況。可參照附圖來清楚地理解其它特點和優點，在附圖中相同或相似的標號表示相同 部件。以下，參照優選實施例和附圖來更詳細描述實施例。圖1是根據一實施例的用于控制無刷電機的控制系統的框圖；圖2A是在圖1示出 的一實施例中使用的2相和3相組合類型的無刷電機的截面圖；圖2B是在圖1示出的一實 施例中使用的傳統的2相無刷電機的截面圖。參照圖1，圖2A示出的2相和3相組合型的無刷ECM或圖2B示出的傳統的2相無 刷ECM可被用作電機2，該電機2被用于HVAC或泵的控制系統控制。圖2A示出的2相和3 相組合型的無刷ECM是2相電樞和3相轉子組合的電機。更具體地，圖2A示出的2相和3 相組合型的無刷ECM的具體結構和操作更詳細地公開在登記日為2006年1月27日，名稱 為“Brushless DC motor”的第653434號(以下稱為“，434專利”)韓國專利中，該專利是 本發明人和申請人于2005年4月29日提交的第10-號韓國專利申請。通過 引用，’ 434專利的公開合并于此。由于一些實施例的一個目的在于提供用于控制圖2A示 出的2相和3相組合類型的無刷ECM或圖2B示出的傳統的2相無刷ECM的控制系統，并且 圖2A和圖2B示出的電機是公知的，因此在本說明書中不詳細描述圖2A示出的2相和3相組合類型的無刷ECM和圖2B示出的傳統的2相無刷ECM的具體結構。此外，雖然以示例性 方式，將根據一些實施例的控制系統應用于傳統的2相和3相組合型的無刷ECM和2相無 刷ECM，但是本領域技術人員可以充分地理解，根據一些實施例的控制系統可用于控制單相 ECM或普通ECM。返回參照圖1，電機2可被用于驅動用于HVAC的鼓風機或風扇，或驅動泵(以下， 可將“鼓風機或風扇”和“泵”通稱為“泵”)。根據一些實施例的用于控制用于泵1的電機 2的控制系統包括光隔離的速度命令信號處理接口 14，用于控制電機2的速度的信號被 輸入到所述光隔離的速度命令信號處理接口 14，并且所述光隔離的速度命令信號處理接口 14輸出用于控制電機2的速度的將被轉換為具有特定單一頻率的輸出信號；通信裝置13， 電機2的多個操作控制命令被輸入到所述通信裝置13 ；光隔離的接口 11，分別隔離通過通 信裝置13輸入的多個操作控制命令和用于控制電機2的速度的轉換的輸出信號；微處理 器10，連接到光隔離的接口 11，根據多個操作控制命令和用于控制電機2的速度的轉換的 輸出信號來輸出用于控制電機2的操作的輸出信號；傳感器3，連接到電機2，用于輸出電機 2的轉子位置感測信號；邏輯控制電路9，分別連接到光隔離的接口 11、微處理10和傳感器 3，用于將轉子位置感測信號和用于控制電機2的操作的輸出信號相加；電源開關電路4，被 連接以將電力提供給電機2 ；門驅動電路7，分別連接到邏輯控制電路9和電源開關電路4， 用于驅動電源開關電路4 ；電源裝置5，分別連接到邏輯控制電路9、電源開關電路4和門驅 動電路7，用于將電力提供給邏輯控制電路9、電源開關電路4和門驅動電路7。以下，將更 詳細描述根據一些實施例的用于控制用于泵1的電機2的控制系統的所有元件和所有元件 的協作關系。首先，根據一些實施例的用于泵1的控制系統包括光隔離的速度命令信號處理接 口 14。光隔離的速度命令信號處理接口 14連接到中央控制系統15。此外，光隔離的速度 命令信號處理接口 14可具有單獨嵌入的微處理器(參照圖6示出的標號146)，該單獨嵌入 的微處理器輸出用于控制速度的將被轉換為特定單一頻率(例如，根據一些實施例的80Hz 頻率)并保持轉換的特定頻率的脈寬調制(PWM)信號。因此，光隔離的速度命令信號處理接 口 14可處理控制信號，該控制信號包括用于控制電機的速度的DV電壓信號(O-IOVdc) 151 或PWM信號151以及開始信號和停止信號，所述所有信號從中央控制系統15發送或被手動 地發送。特別是，即使PWM信號151能夠具有大的頻率變化寬度(40Hz-120Hz)，PWM信號 151也可不考慮大的頻率變化寬度(40Hz-120Hz)而提供具有特定單一頻率(例如，80Hz的 恒定頻率)的PWM輸出信號。在這種情況下，光隔離的速度命令信號處理接口 14可通過使 用單獨微處理器146(參照圖6)，將用于控制速度的具有大頻率變化寬度(40Hz-120Hz)的 PWM信號151轉換為特定單一頻率(例如，根據一些實施例的80Hz頻率)。光隔離的速度 命令信號處理接口 14通過光隔離的接口 11連接到微處理器10。因此，將用于控制電機2 的速度的DC電壓信號(O-IOVdc) 151和PWM信號151提供給微處理器10作為PWM信號，該 PWM信號通過光隔離的速度命令信號處理接口 14被轉換為特定單一頻率(例如，80Hz)(以 下稱為“用于控制電機的速度的轉換的輸出信號151”)。此外，根據一些實施例的用于泵1的控制系統包括諸如RS485 13的通信裝置。 RS485 13連接到工廠程序裝置12，該工廠程序裝置12包括用戶可編程的預定程序。工廠 程序裝置12可通過例如個人計算機(PC)被實現。包括在工廠程序裝置12中的預定程序可以是包括一個或更多個操作控制命令的程序，所述操作控制命令包括與例如NRS、RS、恒 定轉矩、恒定空氣流動/恒定液體流動和電機2的順時針(CW)旋轉/逆時針(CCW)旋轉相 關的各種操作控制命令。在可選實施例中，可由例如撥動開關通過RS485 13輸入與電機2 的CW/CCW旋轉相關的操作控制命令。以下，將更詳細的描述根據一些實施例的操作HVAC和泵所必需的功能和程序的 具體細節。再次參照圖1，可在NRS固件程序模式中執行NRS控制，在微處理10中預先確定所 述NRS固件程序模式。即，當NRS控制命令從用戶可編程的工廠程序裝置12通過RS485 13 和光隔離的接口 11輸入到微處理器10時，微處理10被切換為在微處理10中預先確定的 NRS固件程序模式。在該NRS固件程序模式中，微處理器將PWM輸出信號轉換為低或零(0)， 或按恒定比率逐漸增加或逐漸減少地調制PWM輸出信號的脈寬，并且切換或調制的PWM輸 出信號被發送到2相邏輯控制電路9。這可能導致電機2可停止或執行NRS操作，例如，簡 單速度可變化操作等。可在微處理器10中預先確定的NRS固件程序模式中執行RS控制。S卩，當RS控制 命令從用戶可編程的工廠程序裝置12通過RS485 13和光隔離的接口 11輸入到微處理器 10時，微處理10被切換為在微處理10中預先確定的RS固件程序模式。在該RS固件程序 模式中，微處理器10比較并計算用于控制電機的速度的由光隔離的速度命令信號處理接 口 14提供的轉換的輸出信號151和由用于感測轉子位置的傳感器3感測并通過2相邏輯 控制電路9輸出的輸入信號31a。此后，微處理器10與比較和計算結果對應地逐漸增加或 逐漸減小地調制PWM輸出信號的脈寬，以保持向電機2命令的恒定速度，并將調制的PWM輸 出信號發送到2相邏輯控制電路9。因此，雖然可能發生從電源裝置5提供的DC電壓54的 變化或泵1的負載變化，但是電機2可以執行保持恒定旋轉速度的RS操作。可在微處理10中預先確定的恒定轉矩固件程序模式中執行恒定轉矩控制。即，當 恒定轉矩控制命令從用戶可編程的工廠程序裝置12通過RS485 13和光隔離的接口 11輸 入到微處理器10時，微處理10被切換為在微處理10中預先確定的恒定轉矩固件程序模 式。在恒定轉矩固件模式中，微處理器10逐漸增加或逐漸減小地調制PWM輸出信號的脈寬， 以改變電機2的速度，并且調制的PWM輸出信號被發送到2相邏輯控制電路9。更詳細地， 微處理10將預定電流值與電流檢測電路8提供的電機2的負載電流值81進行比較。根據 比較結果，微處理器10增加或減小用于電機2的負載電流值81的PWM輸出信號的脈寬，以 恒定地保持預定電流值。結果，當負載電流值81減小時，電機的速度增加直到電機2達到 恒定轉矩值，而當負載電流值81增加時，電機的速度減小直到電機2達到恒定轉矩值。通 過該方式，可以執行保持恒定轉矩的恒定轉矩操作。可在微處理10中預先確定的恒定空氣流動/恒定液體流動控制固件程序模式中 執行恒定空氣流動/恒定液體流動控制。即，當恒定空氣流動/恒定液體流動控制命令 從用戶可編程的工廠程序裝置12通過RS485 13和光隔離的接口 11輸入到微處理器10 時，微處理10被切換為在微處理10中預先確定的恒定空氣流動/恒定液體流動控制固 件程序模式。在恒定空氣流動/恒定液體流動控制固件程序模式中，根據通過工廠程序 裝置12的輸入確定的條件而不考慮用于控制電機的速度的轉換的輸出信號151，微處理 器10調制P麗輸出信號，該P麗輸出信號被計算為與保持恒定空氣流動/恒定液體流動
11所必需的電機2的速度和電流成比例的函數值。調制的PWM輸出信號發送到2相邏輯控 制電路9，從而可以執行恒定空氣流動/恒定液體流動操作。與執行恒定空氣流動/恒定 液體流動操作控制相關的技術更詳細地公開在由本申請人與2007年11月11日提交的名 禾爾為"Apparatus to control a multi programmable constant air flow with speed controllable brushless motor”的第10-號韓國專利申請中。通過引用，第 10-號韓國專利申請的公開合并于此。同時，根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統包括微處理器10。從用于感測 轉子位置的傳感器3感測的位置信號31輸入到2相邏輯控制電路9，然后，2相邏輯控制電 路9將旋轉速度的輸入信號31a輸出到微處理器10。微處理器10可使用旋轉速度的輸入 信號31a來計算電機2的RPM。微處理器10還通過電源開關電路4和17以及電流檢測電 路8接收電機2的負載電流信號，并計算電機2的負載電流值。此外，微處理器10具有控 制程序，其中，該控制程序根據從光隔離的速度命令信號處理接口 14提供的用于控制電機 的速度的轉換的輸出信號151 (—般為80Hz)的調制率，以電機在0-5%的調制率停止并在 5-100%的調制率按照變換的速度進行操作的方式，使電機2進行操作。為了該目的，微處 理10還將可改變電機2的速度的PWM輸出信號(頻率20KHz或更大)輸出到2相邏輯控 制電路9。此外，微處理器10可接收由溫度檢測傳感器16檢測的電機2的溫度信號，并且 當檢測的溫度變為恒定溫度值或更大時，微處理器10使電機2停止操作或減小電機2的速 度。此外，微處理10可接收從電源裝置5提供的并由電壓檢測電路17檢測的DC電壓54， 并且當接收的DC電壓54變得比預定電壓值高或低時，微處理器10使電機2停止操作或產 生警告信號。此外，微處理器10可具有這種固件程序，即，在微處理器10通過單獨地或綜 合地確定電機2的操作速度、電流、電壓和溫度等來確定異常操作情況的情況下，該固件程 序可輸出用于驅動繼電器開關18的輸出信號以通知外部用戶異常操作情況。此外，根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統包括2相邏輯控制電路9。2相 邏輯控制電路9連接到門驅動電路7。門驅動電路7連接到電源開關4，并且可以驅動電源 開關4。電源開關4連接到電機2，并以切換方式將從電源裝置5提供的DC電壓54提供給 電機線圈(0A, 0B )(參照圖2)。2相邏輯控制電路9將從用于感測轉子的位置的霍爾 傳感器輸出的轉子位置感測信號31與從微處理器10提供的具有20KHz或更大的頻率的 PWM輸出信號相加。2相邏輯控制電路9還具有邏輯開關電路，該邏輯開關電路可切換電機 線圈0A和0B或根據通過光隔離的接口 11輸入的CW命令信號或CCW命令信號以保持切換 電機2的旋轉方向，從而可以切換電機2的旋轉方向。此外，根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統包括提供電力的電源裝置5。電 源裝置5整流從外部輸入的AC電壓，并將產生的DC電壓54提供給電源開關電路4。電源 裝置5還將由在電源裝置5中的嵌入式DC-DC變換裝置(未示出)降壓的DC 12-15V的門 驅動電壓53提供給門驅動電路7。此外，電源裝置5將DC 12-15V的門驅動電壓53提供給 2相邏輯控制電路9。同時，根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統可包括與AC電壓 的輸入分離地嵌入的隔離的DC-DC電源裝置6。由隔離的DC-DC電源裝置6輸出的DC 12V 的電壓通過光隔離的接口 11用作外部主系統控制14或諸如RS485的通信裝置的電源。嵌 入式隔離的DC-DC電源裝置6構成與根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統的電源裝 置5電隔離的單獨電源裝置。S卩，由于根據一些實施例的諸如隔離的DC-DC電源裝置的嵌入的電源裝置提供與根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統的電源裝置5隔離的單獨 電力，所以不需要用于訪問外部控制裝置或系統的電信號的單獨外部隔離的電源。以下，將更詳細描述使用根據一些實施例的用于控制泵1的控制系統的情況下的 各種優點。操作HVAC或泵的設備可在各種室內或室外環境中使用，并通常要求在具有大 約-40°C至60°C的寬范圍的溫度被穩定地操作。此外，用于HVAC或泵的電機2達到過熱條 件，通過在電機2的故障發生之前，在安全模式下將電機2切換為以低速操作，來使得系統 不應被停止。為了執行功能以滿足上述的要求，根據一些實施例的控制系統包括具有特定 算法程序的微處理器10以及連接到微處理10的溫度檢測傳感器16。由溫度檢測傳感器 16檢測的電機2的溫度值變為預定的穩定的溫度值或更大，微處理器10使用具有特定算法 的程序，將電機2的旋轉速度或輸出減少為其最大值的40%至50%。此外，當有溫度檢測 傳感器16檢測的電機2的溫度值返回到正常溫度時，微處理器10使用具有特定算法的程 序，將電機2的旋轉速度或輸出逐漸地增加到電機2的初始的預定速度或輸出。此外，在驅動泵1的情況下，可發生異常情況，所述異常情況可包括這樣的情況， 例如，特別是在游泳池的情況下，泵循環器被突然阻塞，或人的身體部分被吸入到泵吸入口 等。在這些情況下，非常危險的異常情況可導致泵的故障，或人身的損害或死亡。當這種異 常情況發生時，雖然電機2的負載電流突然增加而電機2的速度減小，或者電機2的負載電 流顯著減小而電機2的速度增加。用于一些實施例的控制系統的微處理器10接收負載電 流81的檢測信號、轉子位置信號31、從溫度檢測傳感器16輸出的電機2的檢測的溫度信號 和從電壓檢測電路17輸出的DC電壓54的電壓變化檢測信號，并將這些信號與其對應的預 定標準值或正常值進行比較和計算。因此，當在電機的正常操作期間，電機的操作條件突然 改變時(即，異常情況發生時)，微處理器10根據比較和計算的值將可變PWM輸出信號提供 給2相邏輯控制電路9，從而微處理器10在短的時間段內將電機2切換為停止或以最低操 作輸出條件而操作。相邏輯(phase logic)控制電路圖3A示出在圖2A示出的BLM轉子的不同角相位的旋轉期間，在相邏輯控制電路 9中的各種信號的示例波形。對每個波形(通過垂直虛線)描繪了多個不同的段。每個段 表示圖2A示出的BLM的轉子的特定量的角旋轉。例如，每個波形的第一段(從左至右)與 沿順時針方向的0° -30°的角旋轉對應(例如，圖2A中的轉子的位置表示0°開始點)。 按相似的方式，每個波形的第二段與沿順時針方向的30° -60°的角旋轉對應，諸如此類， 每個順序描繪的段以30°增加。信號"φΑ"由波形302表示。如圖2Α所示，φΑ是位于BLM上的霍爾效應傳感器的 輸出，從而監控轉子的旋轉位置并控制在電樞中的φΑ線圈的激勵。例如，在一些實施例中， 該霍爾效應傳感器位于在電樞中的φΑ線圈的附近，但是，該霍爾效應傳感器還可位于其它 位置。信號"φΒ”由波形306表示。φΒ是位于BLM上的霍爾效應傳感器的輸出，從而監控轉 子的旋轉位置并控制在電樞中的φΒ線圈的激活。例如，在一些實施例中，該霍爾效應傳感 器位于在電樞中的φΒ線圈的附近，但是，該霍爾效應傳感器還可位于其它位置。如圖3Α所 示，在一些實施例中，霍爾效應傳感器輸出數字信號。例如，霍爾效應傳感器可在存在來自 北磁極的場的情況下輸出第一電壓，而在存在來自南磁極的場的情況下輸出第二電壓。在
13一些實施例中，兩個霍爾效應傳感器用于感測轉子的位置。然而，在其它實施例中，可使用 不同數量的霍爾效應傳感器或其它裝置來檢測轉子的位置。在圖2A示出的BLM實施例中，轉子具有六個磁極。這樣，每個北磁極(N)與相鄰 的北磁極分離120°，每個南磁極(S)與相鄰的南磁極分離120°。北磁極和南磁極以交 替的方式布置，從而每個北磁極從相鄰的南磁極分離60°。通過該布置，在一些實施例中， 120°的旋轉與來自霍爾效應傳感器的輸出φΑ和φΒ中的每一個的一個周期對應。例如，如 果北磁極從相鄰一個霍爾效應傳感器開始，則該傳感器的輸出可以是“低”或“失活”。然 而，在120°的角旋轉期間，南磁極將通過相鄰的傳感器，在該期間該傳感器的輸出可躍遷 (transition)到“高”或“激活”，隨后引起該傳感器的輸出返回躍遷到低的南磁極通過該傳 感器。在一些實施例中，“激活”還可被用于指示“低”周期，而失活被用于指示“高”周期。 例如，在數字信號的情況下，“激活”和“失活”周期可簡單用于指示數字信號的交替狀態。 在一些情況下，如在此描述的，“激活”周期可指示信號與速度控制PWM信號114相關聯地跳 動(或如在此描述的，如果與速度控制信號邏輯地組合，則與速度控制脈沖相關聯地跳動) 的間隔，而“失活”周期可指示不與速度控制PWM信號114相關聯地跳動(如在此描述的， 如果與速度控制信號邏輯地組合，則不與速度控制信號相關聯地跳動)的間隔。如可從圖3A看出，在一些實施例中，φΑ信號和φΒ信號彼此相移90°，其與30° 的轉子旋轉對應。在一些實施例中，霍爾效應傳感器在北磁極存在時輸出“高”或“激活” 值，在南磁極存在時輸出“低”或“失活”值，當然反之也是可以的。根據例如使用的霍爾效 應傳感器的類型，還可以使用其它配置。此外，高值和低值可被互換。在圖3Α中，在信號波形φΑ 302和φΒ 306下面，示出了 BLM的轉子和定子的一系 列示圖表示310、312、314、316和318。這些示圖中的每一個表示BLM在描繪的旋轉相位中 的一個期間的狀態。例如，示圖310表示轉子從0° -30°旋轉時的BLM的狀態。通過用于 北磁極的粗體字“N”或用于南磁極的粗體字“S”來表示轉子的每個磁極。以相似的方式(但 不是粗字體)表示在定子中的電磁體的狀態，其中，φΑΙ和φΑ2是φΑ組的第一電磁體和第 二電磁體，φΒΙ和φΒ2是φΒ組的第一電磁體和第二電磁體。示圖312、314、316和318表示 在隨后的30°旋轉角相位期間的BLM的狀態。如示圖310和312所示，在0° -60°的轉子的旋轉期間，定子的磁極φΑΙ被激勵 為北磁極。在旋轉60°之后，通過磁極φΑΙ的電流被倒轉，從而創建南磁極。可對在定子中 的每個電磁體注意到相似的方式，其中，每旋轉60°，每個電磁體的極性被倒轉。可從示圖 310、312、314、316和318看出，這種模式創建與轉子的磁體相互作用的磁場以引起旋轉力， 其中，定子中的電磁體根據該模式被激勵。此外，φΑ線圈和φΒ線圈的躍遷被偏移90°，其 與30°角轉子旋轉對應。該偏移的方向是時間上向前還是向后確定轉子沿順時針方式旋轉 還是沿逆時針方式旋轉。相邏輯電路9接收從霍爾效應傳感器輸出的φΑ和φΒ輸出作為輸入。通常， 相邏輯電路9基于這些輸入創建輸出信號，該輸出信號用于通過定子電磁體(艮口， φΑΙ、φΑ2、φΒΙ和φΒ2 )來適當地對激勵電流的時序和方向進行定相，以實現轉子旋 轉。例如，對于圖2Α示出的BLM，相邏輯電路9針對轉子的60°角旋轉，激勵φΑ電磁體中 的一個來用作北磁極，而另一個被激勵為南磁極(例如，通過相反地彎曲兩個φΑ電磁體)。相似地，相邏輯電路9針對60°的角旋轉，激勵φΒ電磁體中的一個以用作北磁極，而另一 個被激勵為南磁極(例如，通過相反地彎曲兩個φΒ電磁體)，但是角旋轉的60°周期與φΑ 電磁體的信號具有90°相差(與轉子的30°角旋轉對應)。這可從參照圖3Α中示圖310、 312、314、316和318看出。每個60°角旋轉周期之后，φΑ電磁體的磁極被切換，φΒ電磁體 的磁極被切換。相邏輯電路9還接收從微處理器10輸入的PWM速度控制。在一些實施例中，PWM輸 入信號用于創建激勵定子的每個電磁體的脈沖序列。激勵電磁體的脈沖的占空比可變化， 從而改變通過每個電磁體的平均電流，由此改變每個電磁體施加的旋轉力和轉子的旋轉速 度。如在此描述的，微處理器10可基于與例如BLM的速度、轉矩或溫度相關的輸入來控制 PWM信號320的占空比。圖4Α是在一些實施例中使用的相邏輯控制電路9的示圖。示出的相邏輯控制電 路可被用于例如控制諸如圖2Α的(2相電樞和3相轉子組合的)2+3電機和圖2Β的2相電 機的BLM。參照圖4Α，相邏輯控制電路9從兩個霍爾效應傳感器(Η1、Η2)接收輸入。來自 兩個霍爾效應傳感器的這些輸入是在圖3Α中分別示出為波形302和306的φΑ和φΒ。φΑ 和φΒ信號每個通過反相器，產生作為φΑ和φΒ的邏輯補(logical complement)并分別由 波形304和308表示的波形ApA和ΑρΒ。具體地，φΑ通過反相器118以創建/φΑ，而初始φΑ 信號通過反相器116和117的串聯組合而在數字φΑ信號中沒有改變。以相似的方式，φΒ 信號通過反相器119、120和121被轉換為φΒ信號及其補ApB信號。在一些實施例中，可省 略反相器116、117、119和120。此外，在一些實施例中，可以以不同的方式獲得φΑ和φΒ信 號的補，或者可使用位于BLM上的一個或更多個附加霍爾效應傳感器來從BLM直接感測到 φΑ和φΒ信號的補。在一些實施例中，φΑ、/φΑ、φΒ和/φΒ信號與PWM速度控制信號114邏輯地組 合。例如，在一些實施例中，執行布爾邏輯運算，以將φΑ、/φΑ, φΒ和/φΒ信號中的每一個 與PWM速度控制信號114單獨地或共同地進行組合。可使用例如AND、OR、NOR、NAND和/或 XOR門或者及其組合來形成布爾邏輯運算。在圖4A示出的一些實施例中，φΑ、/φΑ, φΒ 和/φΒ信號輸入到邏輯AND門124-127的第一輸入端口。AND門124-127中的每一個的第 二輸入端口接收從微處理器110在端口 114輸入到相邏輯控制電路9的PWM速度控制信 號。在圖3A中，PWM信號由波形320表示。響應于在此描述的輸入信號，微處理器10可改 變PWM信號的占空比，以改變BLM的旋轉速度。在一些實施例中，PWM信號的頻率是20KHz 或更大。然而，在其它實施例中，PWM信號的頻率可小于20KHz。應該理解，圖3A不意圖相 對于來自霍爾效應傳感器的φΑ信號302和φΒ信號306規定PWM信號320的任何具體頻率。來自AND門的輸出分別是信號A、X、B和i。信號A由圖3Α中的波形322表示。如 示出的，每當φΑ和PWM信號二者為“高”時信號A是“高”。相似地，信號X、B和云分別由波 形324,326和328表示。信號Α、Χ工和§中的每一個輸入到四行邏輯開關(four-row logic switch) 128。 四行邏輯開關128可由例如從飛利浦半導體可獲得的74HC241IC來實現。四行邏輯開關 128具有由來自微處理器10的F/R_CTRL信號控制的兩個狀態。如在此描述的，F/R_CTRL 信號控制BLM的轉子沿順時針方式旋轉還是逆時針方式旋轉。圖4B中示出了四行邏輯開
15關128的兩個狀態。圖4B示出在第一狀態時和在第二狀態時的邏輯開關28的一半。在第 一狀態下，邏輯開關的上半部的上部輸入(即，雨AND門124的輸出相關聯的輸入)結合到 上部輸出，而邏輯開關的上半部的下部輸入(即，與AND門125的輸出相關聯的輸入)結合 到下部輸出。如在此描述的，邏輯開關的輸出用于控制順序驅動BLM定子的電樞線圈的門 驅動電路7和電源開關4。當F/R_CTRL信號被操作以將邏輯開關128置于第二狀態時，邏輯開關的上半部的 上部輸入(即，與AND門124的輸出相關聯的輸入)結合到下部輸出，而邏輯電路的上半部 的下部輸入(即，與AND門125的輸出相關聯的輸入)結合到上部輸出。該倒轉引起電樞 的φΑ和φΒ繞組之間的相移被倒轉，導致電機的旋轉方向的倒轉。從相邏輯控制電路9輸出信號A、X、B和云。由第二組反相器門129-132形成信號 Α、Χ、Β和i中的每一個的補，并且還被輸出。因此，相邏輯電路9的輸出是Α、Χ、Β*§，這些 信號的補是/Α、/Χ、/Β和/§。然后，這些信號傳遞到門驅動電路7。此外，在一些實施例中， 相邏輯控制電路9在端口 93具有輸出信號M_SENSE_A，在端口 94具有輸出信號M_SENSE_B。 這些信號與來自霍爾效應傳感器3的輸出對應，并且可被微處理器10使用以獲得BLM的轉 子的旋轉速度。在其它實施例中，這些信號直接從霍爾效應傳感器輸入到微處理器10。此 外，在一些實施例中，其它裝置可被用于獲得BLM的轉子的旋轉速度。圖4C示出包括時間延遲邏輯的相邏輯控制電路9的第二實施例。在圖4C中，與 圖4A —樣，相邏輯控制電路9從第一和第二霍爾效應傳感器3接收輸入。相邏輯控制電路 9還包括反相器116-121、PWM信號114、邏輯AND門124-127和四行邏輯開關128。這些部 件中的每一個在圖4C示出的相邏輯控制電路9中具有的功能與參照圖4A在此描述的這些 部件中的每一個的功能相似。此外，圖4C的相邏輯控制電路9包括邏輯XOR門115、脈沖產 生器122、123和邏輯AND門151-154。邏輯XOR門115從霍爾效應傳感器接收信號φΑ和φΒ作為輸入。邏輯XOR門115 的輸出與脈沖產生器122、123的輸入相關聯。在一些實施例中，邏輯XOR門115的輸出是倍 頻的、可以相移的φΑ和φΒ轉子位置信號。脈沖產生器可由從飛利浦半導體獲得的74HC123 IC來實現。第一脈沖產生器122的輸出與邏輯AND門151、152中的每一個的輸入相關聯。 相似地，第二脈沖產生器123的輸出與邏輯AND門153、154中的每一個的輸入相關聯。邏 輯AND門151-154的輸出與四行邏輯開關128的輸入相關聯，四行邏輯開關128的輸出中 的每一個與P麗信號114通過邏輯AND門124-127進行AND操作。圖3B示出來自圖4C示出的相邏輯控制電路9的一組示例波形。波形91和92分 別表示霍爾效應傳感器信號輸入φΑ和φΒ。如在此描述的，在一些實施例中，φΑ信號和φΒ 信號是相互90°的異相(與圖2Α的2+3BLM的轉子的30°角旋轉對應)。每當φΑ或φΒ為 高而不是二者為高時，EXOR信號113為高。EXOR信號113輸入到脈沖產生器122、123，脈 沖產生器122、123分別具有輸出Ql 133和Q2 134。如圖3Β示出，在一些實施例中，響應 于EXOR信號113的躍遷邊沿，脈沖產生器122、123產生高或低脈沖。例如，響應于EXOR信 號113的正躍遷或上升沿，第一脈沖產生器122產生低脈沖，并且響應于EXOR信號113的 負躍遷或下降沿，第二脈沖產生器123產生低脈沖。在一些實施例中，第一脈沖產生器122 和第二脈沖產生器123產生的低脈沖的持續期間在大約200us至大約600us范圍內，當然 其它持續時間也可以并且可在一些實施例中具有優點。在一些實施例中，可改變脈沖產生
16器122、123的參數來控制躍遷周期的寬度。脈沖產生器122、123產生的脈沖的一個目的在 于，創建用于控制開關的第一全橋配置和第二全橋配置的信號之間的躍遷周期，從而減小 電機的用于旋轉磁場的先前上升和先前降低而引起的反向EMF和反向轉矩。此外，如在此 描述的，躍遷周期有助于避免全橋中的短路故障情況。躍遷周期還可改善正向EMF和/或 避免磁深損耗點(magnetic deep loss point)。雖然圖4C示出用于執行這些功能的電路 的一個實施例，但是可以通過不同的電路或在電路的信號流的不同位置或二者，來執行這 些功能。在一些實施例中，第一脈沖產生器122和第二脈沖產生器123產生的脈沖的長度 小于EXOR信號113的周期的大約1/4，或者小于EXOR信號113的周期的大約1/8、或小于 大約1/16。在一些實施例中，躍遷周期適當地大于用于驅動BLM的電磁體的電源開關的調 節時間(settling time)。如圖4C所示，使用邏輯AND門151-154，將第一脈沖產生器122和第二脈沖產生器 123的輸出與φΑ、/φΑ、φΒ和ApB信號進行AND運算。邏輯AND門信號151-154的輸出 是A，信號99、刀信號100、B，信號101和f信號102。A，信號99總體上與φΑ信號91對 應，但是具有已縮短了由脈沖產生器122產生的脈沖的寬度的激活周期。X7信號100總體 上與/φΑ信號96對應，但是，再次地，具有已縮短了由脈沖產生器122產生的脈沖的寬度的 激活周期。對于針對φΒ信號92和ApB信號98的B’信號101和互信號102，也是如此。如 圖3Β所示，XOR門115、脈沖產生器122、123和AND門151-154在時間上間隔例如轉子位置 信號φΑ及其邏輯補的激活周期。對于在時間上間隔轉子位置信號φΒ及其邏輯補的激活周 期，也是如此。如在此描述的，這導致圖3Β的41-42 (PWM)和43-44 (PWM)標出的信號中的 正向極性和反向極性時間上的間隔。通過四行邏輯開關128將Α，信號99、刀信號100、Β，信號101和P信號102發送 到邏輯AND門124-127。然后，如在此描述的，PWM信號114通過邏輯AND門124-127與這 些信號中的每一個進行AND運算，以創建脈沖序列。最終，如在此描述的，這些信號控制全 橋開關(即，F1-F8)的第一配置和第二配置，其中，所述全橋開關驅動BLM的電磁體。雖然圖4A和圖4C中的每一個示出了使用邏輯AND門(例如，124-127)將速度控 制PWM信號114與BLM轉子位置信號φΑ和φΒ進行邏輯組合，但是還可使用其它類型的邏 輯門。例如，在一些實施例中，圖4Α和圖4C的邏輯AND門124-127可被邏輯NOR門替代。 在這些實施例中，例如，每當信號φΑ和φΒ分別為低時，與PWM信號114對應的正脈沖構成 信號A和B，并且每當信號φΑ和φΒ分別為高時，信號A和B為低。此外，在一些實施例中， 邏輯AND門124-127可被邏輯OR門或邏輯NAND門替換。在這些實施例中，例如，信號A和 B由與PWM信號114對應的負脈沖的間隔構成。如使用AND門或NOR門的情況一樣，脈沖的 這些間隔由高信號間隔分離，而不是低信號間隔。可使用邏輯門的其它類型和/或組合，以 將轉子位置信號φΑ和φΒ與速度控制PWM信號114進行組合。根據在給定實施例中使用的特定邏輯門，門驅動電路(例如，門專用IC71-74)可 需要修改(例如，以補償由高間隔而不是低間隔產生的脈沖間隔，如圖4Α和圖4C的示出的 實施例一樣)，以使用由轉子位置信號和速度控制PWM信號的邏輯組合產生的驅動信號來 適當地控制電源開關。然而，本領域普通技術人員可基于在此提供的公開執行這些修改。在一些實施例中，相邏輯控制電路9被實現為單個集成電路或芯片，例如，專用集成電路(ASIC)。例如，圖4C中所示的所有電路可被實現為單個集成電路。在一些實施例 中，不包括四行邏輯開關128和/或脈沖產生器122、123的相邏輯控制電路9被實現為單 個集成電路或芯片，例如專用集成電路(ASIC)。在BLM電路的一些實施例中，相邏輯控制電 路和門驅動電路被實現為單個集成電路或芯片，例如，專用集成電路(ASIC)。門驅動電路來自相邏輯電路9的輸出k、~K、B和云及其補/Α、/Χ、/B和/云傳遞到作為相邏輯 電路9和電源開關4的兩個單獨全橋配置之間的接口的門驅動電路7，所述電源開關4的兩 個單獨全橋配置驅動BLM的φΑ和φΒ電磁體。雖然信號k、j、B和g及其補/A、/X、/B和/§ 物理地傳遞到門驅動電路7并被認為是驅動信號，但是在圖4A和圖4C中的各種不同點處 的信號可同樣被認為是驅動信號。門驅動電路7和電源開關4在圖5A中示出。參照圖4A 和圖5A，2相邏輯控制電路9的輸出105、106、107和108分別連接到用于驅動全橋開關Fl、 F2、F3和F4的第一專用門IC 71、73，所述全橋開關F1、F2、F3和F4激勵CpA電磁體(例如， 圖2A中示出的電磁體)，而輸出109、1110、111和112分別連接到用于驅動φΒ電磁體(例 如，圖2Α中示出的電磁體)的全橋開關F5、F6、F7和F8的第二專用門IC 72、74。所述門 專用 IC 可從 International Recitifier 可獲得的 IRS2106 IC 來實現。在一些實施例中，F1-F8中的每一個是場效應晶體管(FET)。然而，例如，還可使 用其它類型的開關裝置，例如，絕緣柵雙極型晶體管。開關F1-F4布置在驅動φΑ電磁體的 第一全橋配置中，而開關F5-F8布置在驅動φΒ電磁體的第二全橋配置中。在其它實施例 中，可使用開關的半橋配置。相邏輯控制電路9的輸出105、106、107和108切換第一全橋 (F1-F4)，相邏輯控制電路9的輸出109、110、111和112切換第二全橋(F5-F8)。輸出41、 42被提供給φΑ電樞繞組，而輸出43、44提供給φΒ電樞繞組。這些輸出以在此描述的方式 驅動BLM。BLM可由2相和3相組合型無刷BLM(圖2Α)或傳統2相無刷BLM(圖2Β)來實 現。圖5Β示出用于將電源提供給BLM的電樞繞組的全橋電路中的一個全橋電路的兩 個狀態。例如，如圖5Β所示，信號A、X、/A和/X通過門驅動電路7來控制包括F1-F4的開 關的全橋布置。信號A和X作為波形322和324示出在圖3中。而信號/A和/X沒有明確地 在圖3中示出，信號/A和/K是信號A和X的補，并且可以從波形322和324容易地推導。信 號A、X、/A和/X以這種方式結合到門驅動電路7和電源開關4，從而第一全橋的開關F1-F4 在圖5B中示出的兩個狀態之間交替。例如，在第一狀態下，全橋允許電流沿第一方向從電 源流動到φΑ電磁體。相反地，當全橋F1-F4在第二狀態中時，電流被允許沿第二方向從電 源流動到φΑ電磁體。電流方向的這種倒轉將倒轉在定子中的φΑ電磁體的磁極性。信號B、 B、/B和/云以相似的方式控制第二全橋的開關F5-F8。如在此描述，在圖2Α示出的BLM的一些實施例中，轉子的每60°角旋轉使得φΑ 電磁體的磁極性被切換。對φΒ電磁體也是如此，但是相對于φΑ電磁體具有90°時序相差 (與轉子的30°角旋轉對應)。然而，應該理解，圖4Α、圖4C、圖5Α和圖5C示出的相控制邏 輯9、門驅動電路7和電源開關4還可被用于不同BLM，例如，圖2Β示出的2相電機。當用 于圖2Β示出的2相電機時，來自霍爾效應傳感器的輸入信號多少有些變化(例如，其頻率、 相位關系等)，其原因在于轉子的磁極之間的不同角度關系，其會影響φΑ和φΒ電磁體的激 勵。然而，用于控制圖2Β的BLM的電路本身可以與已描述的用于控制圖2Α的BLM的電路基本相同。在一些實施例中，信號六、1、/^、/^、§、鄺和/1中的每一個由脈沖序列構成。 這些脈沖的占空比根據PWM信號320的占空比而變化。如在此描述的，作為控制轉子的旋 轉速度的方式，這些脈沖的占空比可變化，以改變通過BLM的電樞繞組的平均電流。圖5C示出由圖4C的相邏輯控制電路9控制的門驅動電路7和電源開關4。與針 對圖5A在此描述的類似地，門專用IC 71-74和電源開關F1-F8進行操作。圖3B示出作為 波形41-42(PWM)的開關的第一全橋的輸出。該信號由正電壓脈沖的序列構成，該正電壓脈 沖的序列使用沿第一方向的電流激勵BLM的電磁體。正脈沖之后跟隨使用脈沖產生器122 創建的低電壓(例如，零電壓)躍遷周期。在一些實施例中，躍遷周期適當地大于電源開關 的調節時間，從而提供在全橋中關閉一對開關并開啟另一對開關之間的充分的安全裕度。 安全裕度避免從正電壓電源到負電壓電源的直接通路的故障情形的存在。然后，躍遷周期 被負電壓脈沖序列跟隨，該負電壓脈沖序列使用沿與第一方向相反的第二方向的電流激勵 BLM的電磁體。這些負脈沖被其它躍遷周期和正脈沖的其它序列等跟隨。開關(F5-F8)的第 二全橋配置的輸出與圖3B示出的相似，作為波形43-44(PWM)。如在此描述的，在一些實施 例中，開關的第二全橋配置的輸出相對于開關的第一全橋配置的輸出有90°相差(與BLM 的轉子的30°角旋轉對應)。圖6是在一些實施例中使用的控制系統的詳細電路示圖。參照圖1和圖6，來自存儲預定的數據的工廠程序裝置12的多個操作控制命令的 預定數據輸入到一些實施例的RS485 13。RS485 13包括RS485通信IC芯片131，該RS485 通信IC芯片131具有能夠與工廠程序裝置12通信的發送線12T和接收線12R。RS485 13的 發送輸出和接收輸出以及信號控制(CTR)輸出分別通過光隔離的耦合器13T、13R和13CTR 輸入到微處理器10。開關103S是用于通過簡單開_關操作來改變電機2的旋轉方向的裝 置并連接到地。高(H)或低(L)信號1031被該開關103S通過光隔離的耦合器lib輸入到 微處理器10。H或L信號1031在操作期間被輸入，微處理器10等待特定時間段直到識別 出電機2的旋轉完全停止。此后，微處理器10將用于切換旋轉方向的控制信號作為切換輸 入103發送到2相邏輯控制電路9。同時，施加到電機2的DC電壓+Vm被在電壓檢測電路17中的電阻器171和電阻 器172分壓。分壓再次被電容器173平滑，平滑的電壓輸入到微處理器10。電阻器83連接 在電源開關電路4與地電壓-Vm之間。與流入到電源開關4的電流值成比例的跨電阻器83 兩端的電壓通過積分濾波電路84、85和86，并輸入到電壓比較放大器81。電壓比較放大器 81的輸出被輸入到微處理器10，然后微處理器10計算電機2的負載電流值。可由用于輸出與溫度成比例的電壓信號的晶體管或熱敏電阻實現的溫度檢測傳 感器16可安裝在電機2的機殼或電樞上。溫度檢測傳感器16的輸出信號輸入到微處理器 10，微處理器10可將用于指示電機2的異常情況的信號發送到繼電器開關18。繼電器開關 18可由以開關的方式切換電路的觸點的開關來實現。微處理器10還將電機2的旋轉速度 數據信號Ilc通過光隔離的耦合器Ila發送到中央控制系統15的連接端口 152。在一些實施例中，來自中央控制系統15的用于控制電機2的速度的DC電壓信號 (O-IOVdc) 151或PWM信號151中的任意一個通過一個端口輸入到光隔離的速度控制信號處 理接口 14。在用于控制電機2的速度的DC電壓信號(O-IOVdc) 151被輸入的情況下，用于控制電機2的速度的DC電壓信號(O-IOVdc) 151通過線性放大器141被發送到微處理器10 的輸入PB2。在用于控制電機2的速度的PWM信號151被輸入的情況下，用于控制電機2的 速度的PWM信號151通過晶體管142輸出，然后通過每個由電容器143和電阻器144構成 的差分電路142、143和144，然后被發送到第二微處理器146的輸入PB1。因此，一些實施 例的光隔離的速度命令信號處理接口 14可分別處理用于控制電機2的速度的DC電壓信號 (O-IOVdc) 151和PWM信號151。為此，第二微處理器146包括具有算法的程序，其中，在用 于控制電機2的速度的DC電壓信號(O-IOVdc) 151的情況下，該第二微處理器146輸出具 有特定頻率(例如，80Hz)的P麗輸出信號，該PWM輸出信號的寬度與具有O-IOVdc的范圍 的電壓率(0-100% )成比例地被精確地調制，而在用于控制電機2的速度的PWM信號151 的情況下，該第二微處理器146輸出具有特定頻率(例如，80Hz)的PWM輸出信號，該PWM輸 出信號的寬度與脈寬調制率(0-100% )成比例地被精確地調制。第二微處理器146的輸出 通過光隔離器的耦合器145連接到微處理器10的80Hz_PWM_IN。在根據一些實施例的在泵的電機2的控制系統中使用的微處理器10和邏輯控制 電路9中，不僅當控制電機2時所需的各種操作可如上詳細描述地被選擇，而且與被微處理 器10處理的操作電流、電壓、速度和溫度相關的數據信息可以通過連接到微處理器10的 RS485 13或單獨通信裝置被發送到外部系統(例如，監視器、個人計算機或數據記錄裝置 等)。結果，可以記錄上述的與操作相關的數據信息，從而可以通過24小時分析操作情況來 實時地監控關于HVAC或泵的穩定操作的任何故障、操作效率和情況。在不脫離本發明的范圍的情況下，可以對在此描述和示出的結構和方法進行各種 修改，上述描述中包含的或附圖中示出的所有內容應理解為示意性而不是限制性的。因此， 本發明的寬度和范圍不應局限于上述示例性實施例的任意一個，而是本發明的寬度和范圍 僅由權利要求及其等同物來限定。
權利要求
一種用于控制無刷電機BLM的電子電路，所述電子電路包括第一輸入和第二輸入，用于分別從第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器接收第一數字位置信號和第二數字位置信號，第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效益傳感器用于檢測BLM轉子的角位置；第三輸入，用于接收數字脈寬調制的速度控制信號；第一邏輯門，用于產生第一驅動信號，所述第一驅動信號包括第一數字位置信號和所述速度控制信號的布爾邏輯組合，所述第一驅動信號用于控制與多個第一BLM電磁體通信地結合的電源開關的第一全橋配置；和第二邏輯門，用于產生第二驅動信號，所述第二驅動信號包括第二數字位置信號和所述速度控制信號的布爾邏輯組合，所述第二驅動信號用于控制與多個第二BLM電磁體通信地結合的電源開關的第二全橋配置。
2.如權利要求1所述的電子電路，其中，第一邏輯門包括第一邏輯AND門，第二邏輯門 包括第二邏輯AND門，其中，第一驅動信號包括第一速度位置信號和所述速度控制信號的 邏輯AND組合，其中，第二驅動信號包括第二數字位置信號和所述速度控制信號的邏輯AND 組合。
3 .如權利要求2所述的電子電路，還包括第一邏輯反相器門，用于產生第一數字位置信號的邏輯補；第二邏輯反相器門，用于產生第二數字位置信號的邏輯補；第三邏輯AND門，用于產生第三驅動信號，所述第三驅動信號包括第一數字位置信號 的邏輯補和所述速度控制信號的邏輯AND組合；第四邏輯AND門，用于產生第四驅動信號，所述第四驅動信號包括第二數字位置信號 的邏輯補和所述速度控制信號的邏輯AND組合。
4.如權利要求3所述的電子電路，還包括電源開關的第一全橋配置，用于響應于第一驅動信號和第三驅動信號，驅動所述多個 第一 BLM電磁體；電源開關的第二全橋配置，用于響應于第二驅動信號和第四驅動信號，驅動所述多個 第二 BLM電磁體。
5.如權利要求4所述的電子電路，其中，第一驅動信號與第二驅動信號的相差為90°。
6.如權利要求5所述的電子電路，還包括轉子方向反轉開關，用于將第一驅動信號與 開關的第一全橋配置的連接和第三驅動信號與開關的第一全橋配置的連接進行調換。
7.如權利要求4所述的電子電路，其中，在第一驅動信號的激活周期期間第一驅動信 號驅動開關的第一全橋配置，其中，在第三驅動信號的激活周期期間第三驅動信號驅動開 關的第一全橋配置，所述第一驅動信號的所述激活周期與所述第三驅動信號的失活周期對 應，所述第三驅動信號的所述激活周期與所述第一驅動信號的失活周期對應，所述電子電路還包括用于將所述第一驅動信號的激活周期的結束與所述第三驅動信 號的激活周期的開始在時間上隔開的電路。
8.一種用于控制無刷電機BLM的電子電路，所述電子電路包括第一輸入，用于從第一傳感器接收第一位置信號，所述第一傳感器檢測在BLM轉子上 的磁極的角位置，第一位置信號具有激活周期和失活周期；第二輸入，用于從第二傳感器接收第二位置信號，所述第二傳感器檢測在BLM轉子上 的磁極的角位置，第二位置信號具有激活周期和失活周期；控制電路，用于接收第一位置信號、第二位置信號和速度控制信號，并基于第一位置信 號、第二位置信號和速度控制信號產生第一驅動信號和第二驅動信號，其中，第一驅動信號 包括與第一位置信號的失活周期對應的多個失活周期，第二驅動信號包括與第二位置信號 的失活周期對應的多個失活周期，其中，第一驅動信號還包括與第一位置信號的激活周期 對應的多個脈沖，第二驅動信號還包括與第二位置信號的激活周期對應的多個脈沖；開關的第一橋配置，用于接收第一驅動信號，并且用于在第一驅動信號的所述多個脈 沖的每一個脈沖期間將電源結合到第一驅動輸出；開關的第二橋配置，用于接收第二驅動信號，并且用于在第二驅動信號的所述多個脈 沖的每一個脈沖期間將電源結合到第二驅動輸出。
9.如權利要求8所述的電子電路，其中，速度控制信號包括脈寬調制PWM信號。
10.如權利要求9所述的電子電路，其中，PWM信號的占空比控制BLM轉子的旋轉速度。
11.如權利要求8所述的電子電路，其中，開關的第一橋配置和第二橋配置包括開關的 全橋配置。
12.如權利要求8所述的電子電路，其中，控制電路包括一個或多個邏輯AND門，其中， 速度控制信號與第一位置信號和第二位置信號中的每一個進行邏輯AND運算。
13.如權利要求8所述的電子電路，其中，控制電路還包括多個邏輯門，用于接收第一 位置信號和第二位置信號作為輸入，并且用于輸出第一位置信號的邏輯補和第二位置信號 的邏輯補，其中，第一位置信號的邏輯補和第二位置信號的邏輯補中的每一個包括激活周 期和失活周期。
14.如權利要求13所述的電子電路，其中，第一位置信號的邏輯補和第二位置信號的 邏輯補用于產生第三驅動信號和第四驅動信號，其中，第三驅動信號包括與第一位置信號 的邏輯補的每個激活周期對應的多個脈沖，第四驅動信號包括與第二位置信號的邏輯補的 每個激活周期對應的多個脈沖。
15.如權利要求14所述的電子電路，其中，開關的第一橋配置接收第一驅動信號和第 三驅動信號作為輸入，并在第一驅動信號的所述多個脈沖的每一個脈沖期間將電源結合到 具有第一極性的第一驅動輸出，并在第三驅動信號的所述多個脈沖的每一個脈沖期間將電 源結合到具有第二極性的第一驅動輸出。
16.如權利要求15所述的電子電路，其中，控制電路創建第一驅動信號的多個脈沖的 時序與第三驅動信號的多個脈沖的時序之間的間隔。
17.如權利要求16所述的電子電路，其中，創建第一驅動信號的多個脈沖的時序與第 三驅動信號的多個脈沖的時序之間的間隔包括關于第一位置信號的激活周期的邊沿縮短 第一位置信號的激活周期，并且關于第一位置信號的邏輯補的激活周期的邊沿縮短第一位 置信號的邏輯補的激活周期。
18.如權利要求17所述的電子電路，其中，用于縮短激活周期的控制電路包括邏輯XOR門，接收第一位置信號和第二位置信號作為輸入；第一脈沖產生器，響應于來自邏輯XOR門的輸出中的正躍遷，產生第一脈沖信號；第二脈沖產生器，響應于來自邏輯XOR門的輸出中的負躍遷，產生第二脈沖信號；一個或多個邏輯AND門，將第一位置信號和第一位置信號的邏輯補中的每一個與第一 脈沖信號進行組合，從而縮短第一位置信號的激活周期；一個或多個邏輯AND門，將第二位置信號和第二位置信號的邏輯與中的每一個與第二 脈沖信號進行組合，從而縮短第二位置信號的激活周期。
19.如權利要求8所述的電子電路，其中，第一驅動信號和第二驅動信號彼此具有 士90°相差。
20.如權利要求8所述的電子電路，還包括轉子旋轉方向反轉開關，被配置為將第一 驅動信號與第二驅動信號的相位偏移在+90°與-90°之間改變。
21.如權利要求8所述的電子電路，其中，第一位置信號的每個激活周期與轉子的60° 角旋轉對應。
22.如權利要求8所述的電子電路，其中，第一傳感器和第二傳感器包括霍爾效應傳感ο
23.如權利要求22所述的電子電路，其中，第一位置信號和第二位置信號包括數字信號。
24.如權利要求8所述的電子電路，其中，控制電路被實現為單個集成電路。
25.一種用于控制無刷電機BLM的電子方法，所述方法包括步驟分別從第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器電子地接收第一數字位置信號和 第二數字位置信號，第一霍爾效應傳感器和第二霍爾效應傳感器用于檢測在BLM轉子上的 北磁極的角位置；電子地接收脈寬調制的速度控制信號；電子地產生第一驅動信號，所述第一驅動信號包括第一數字位置信號和所述速度控制 信號的邏輯組合，第一驅動信號用于控制第一組一個或多個電源開關，所述第一組一個或 多個電源開關通信地結合到第一組一個或多個BLM電磁體；電子地產生第二驅動信號，所述第二驅動信號包括第二數字位置信號和所述速度控制 信號的邏輯組合，第二驅動信號用于控制第二組一個或多個電源開關，所述第一組一個或 多個電源開關通信地結合到第二組一個或多個BLM電磁體。
26.如權利要求25所述的電子方法，其中，第一驅動信號包括第一數字位置信號和所 述速度控制信號的邏輯AND組合，其中，第二驅動信號包括第二數字位置信號和所述速度 控制信號的邏輯AND組合。
27.如權利要求26所述的電子方法，還包括產生第一數字位置信號的邏輯補；產生第二數字位置信號的邏輯補；產生第三驅動信號，所述第三驅動信號包括第一數字位置信號的邏輯補和所述速度控 制信號的邏輯AND組合；產生第四驅動信號，所述第四驅動信號包括第二數字位置信號的邏輯補和所述速度控 制信號的邏輯AND組合。
28.如權利要求27所述的電子方法，還包括步驟響應于第一驅動信號和第三驅動信號，驅動所述第一組一個或多個BLM電磁體；響應于第二驅動信號和第四驅動信號，驅動所述第二組一個或多個BLM電磁體。
29.如權利要求28所述的電子方法，其中，第一驅動信號與第二驅動信號的相差為 90°。
30.如權利要求28所述的電子方法，還包括步驟在第一驅動信號的激活周期期間，使用第一極性的電流驅動所述第一組一個或多個 BLM電磁體；在第三驅動信號的激活周期期間，使用第二相反極性的電流驅所述動第一組一個或多 個BLM電磁體。
31.如權利要求30所述的電子電路，還包括將所述第一驅動信號的激活周期與所述 第三驅動信號的所述激活周期在時間上隔開。
全文摘要
公開了一種用于控制諸如無刷電機(BLM)的電機(例如，圖2A和圖2B)的電路(例如，7、9)。所述電路(例如，7、9)可包括一個或多個輸入，用于從檢測例如BLM轉子(例如，圖2A和圖2B)的位置的一個或多個霍爾效應傳感器(例如，3)接收轉子位置信號(例如，91、92)。所述電路(例如，7、9)還可包括用于接收脈寬調制的速度控制信號(例如，114、320)的輸入。所述電路(例如，7、9)產生一個或多個驅動信號(例如，322、324、326、328、41-42、43-44、41-42(PWM)、43-44(PWM)，所述一個或多個驅動信號中的每一個可包括用于控制結合到BLM(例如，圖2A和圖2B)的電磁體的電源開關(例如，F1-F8)的轉子位置信號(例如，91、92)和速度控制信號(例如，114、320)的邏輯組合。
文檔編號H02P6/16GK101960711SQ200980107656
公開日2011年1月26日 申請日期2009年3月3日 優先權日2008年3月3日
發明者鄭榮春 申請人:鄭榮春