專利名稱：跟隨參考模型的換向電路及其調整方法
技術領域：
本發明涉及一種跟隨參考模型的換向電路及其調整方法，并更具體地涉及驅動無刷直流電動機用的跟隨參考模型的換向電路及其調整方法，它能最佳地控制換向延遲及軟轉換操作以掩蔽偽過零檢測及根據各個應用來優化電動機特性。
在傳統的驅動無刷和無傳感器的直流(DC)電動機的電路中，通常希望實際反電勢過零點處于與換向轉換點不同相位上。對于一個典型的三相DC電動機，換向轉換點最好處于距過零點30度電角度之處。需要用先進的方法來獲取最佳的轉換點以便高效地驅動電動機。
此外，多相DC電動機具有感性負載特性，其可用電動機電常數L/R來表示。通常，因為電動機時間常數大于使用在電動機換向控制中的電器件如場效應晶體管(FET)的轉換時間，該時間差可引起轉換噪音、稱為尖峰噪音，也可引起電流再回流到電網。再者，尖峰噪音將不利地使電路中的比較器檢測出反電勢的誤過零點。因此，必需使其掩蔽以免于它的干擾。
另外，必需使用軟轉換來調整控制換向的晶體管的開通/關斷時間及消除由尖峰噪音引起的干擾。如

圖1A和1B所示，可以對開通/關斷時間進行調節，以使得從中心點前的一確定點開始換向并持續進行到該中心點后的一確定點為止，并通過該換向可以執行軟轉換。換言之，該中心點最好在換向間隔的中途并與中心參考軸對齊，以致在中心參考軸左、右側上的起始點及延伸點相對中心點對稱。
已經具有了用于找到最佳換向轉換點及用于對換向產生的噪音所引起的誤檢測偽過零點進行掩蔽的相關技術。使用三個計數器檢測最佳轉換點及掩蔽偽檢測的技術被公開在1993年6月22日公告的、題為“用于操作多相DC電動機的方法及裝置”的美國專利US5,221,881和在1994年5月31日公告的、題為“用于檢測多相DC電動機的紡織機電動機的速度分布的方法及裝置”的美國專利US5,317,243中。
在用于相關技術的三個計數器中，一個是對過零周期計數的增序計數器(up-counter)。另兩個是降值計數器(down-counter)，其中第一個降值計數器向下計數到零以產生一個換向延遲信號；第二個降值計數器在第一個降值計數器完成其計數后開始向下計數以產生一個掩蔽時間。當檢測過零點時，增序計數器的計數結果被置入到第一和第二降值計數器兩者中，然后使增序計數器停止，直到一新換向周期。
雖然使用在上述技術中的數字計數器是一種先進的方案，但具有四個毫無利益的問題。第一個問題是增序計數器必須將其計數結果載入到降值計數器中，就可引起加載誤差。
第二個問題是增序計數器需要進行諸如停止，加載，復位及重新開始計數的操作，所有這些操作是耗時的。因而，這些操作是在脫機狀態下執行的，而非實時信號的處理以便防止丟失盤中的軌道和提供精確的控制。
第三個問題是需要四種不同的信號來連續地執行程序。但是它們不能在同一時間進行。如果一種控制信號的脈沖寬度為0.01μs，則從停止計數到重開始計數就需要約0.04μs來發出這些信號。這0.04μs將被浪費掉，而當執行脫機時，可能產生丟失軌道的后果。另外，當周期計數器計過零點時會引起0.04μs的誤換向，這就影響了轉速。
而第四個問題是對于電動機很難得到加速率。為此目的，SGS-Thomson對于基于加速率檢測的掩蔽及延遲計數器使用了一個附加的N+1位計數器來控制其時鐘頻率。但是，這在高密度盤驅動(HDD)應用中幾乎無用，因為在穩態時，電動機速度被鎖到非常穩定，轉速的偏差典型地小于0.05％，這實際是可忽略不計的故很難測量。
為了解決這些問題，在1993年8月3日公告的題為“使用模擬定時技術的一種簡化無傳感器DC電動機換向控制電路”的美國專利US5,23 3,275中公開了使用包括至少一電阻一電容的延遲部分的傳統電路。
但是，如眾所周知，一旦阻-容的RC時間常數被設定，就沒有辦法在電動機工作期間改變該時間常數。該固定的時間常數既不能滿足于電動機的低頻及高頻轉速也不適合電動機的動態換向。換句話說，用戶必須總是不厭其煩地為他們的電機類型尋找一個最佳值。這包括根據不統一的電動機參數確定一組電阻及電容的值時的困難。
相應地，為了解決上述問題，在1994年2月8日公告的題為“用于改善效率的無刷DC電動機換向延遲的自動調整”的美國專利US5,285,135中推薦了一種包括電動機與驅動器之間的反饋電路的換向延遲調整電路。該電路為了調節延遲通過執行函數轉換(transferfunction)來修正一信號以調節換向延遲。但是，沒有位置傳感器要用該電路來檢測中心位置不是一個容易的任務。并且，如果使用位置傳感器或其它硬件，就驅動IC(集成電路)的電元件無論對于內部或外部而言這將使驅動電路更復雜。
因而，本發明的一個目的是克服傳統換向電路的上述問題。
本發明的另一目的是提供一種用于控制電動機換向的電路及方法，其能可靠地檢測最佳換向轉換點。
本發明的又一目的是提供一種用于控制電動機換向的電路及方法，其能靈活地對從反電勢信號過零檢測點延遲的最佳換向轉換點進行細調節。
本發明的另一目的是提供一種用于控制電動機換向的電路及方法，其能防止如由轉換噪音引起的反電勢偽過零點的錯誤檢測。
本發明的又一目的是提供一種用于控制電動機換向的電路及方法，其能夠進行輸出級轉換器件的軟轉換，以減小di/dt變化率及取消對緩沖電路的需要。
本發明的另一目的是提供一種用于控制電動機換向的電路及方法，其能夠靈活地使得用戶控制換向起始點及結束點，這些點相對換向間隔的中心點是對稱的。
為了實現這些及另外的目的，提供了一種控制電動機換向的電路，它包括第一及第二n位計數器，這些計數器交替地用作在電動機旋轉時于產生的反電勢檢測信號的交替過零間隔期間的參考模型及模型跟隨計數器，該模型跟隨計數器從檢測的過零點開始對時鐘周期進行計數直到檢測到最佳換向轉換點為止，后者最好位于換向間隔的中途；設置了一個遮蔽電路，用于在所需遮蔽間隔期間遮蔽偽過零檢測；用一個軟轉換電路來確定相對換向間隔中心點對稱的換向起始點及結束點；溢出保護電路在長換向間隔等期間對計數器保護以免其溢出，及使內部時鐘調整以防止特定環境時的溢出。
本發明提供的一種控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們對所述電動機轉動時檢測的反電勢過零點之間的間隔持續經過的時間進行計數，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器并且所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器并且所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；第一及第二檢測器，它們當所述模型跟隨計數器向上計數到存儲在所述參考模型計數器中的結果之一半時分別檢測所述奇數及偶數間隔的中心點，當所述中心點被檢測到時，所述第一及第二檢測器分別輸出第一及第二延遲信號；一個換向定時發生器，它接收所述第一及第二延遲信號，并基于這些信號產生及輸出換向定時信號；及一個換向信號發生器，它從所述換向定時發生器接收所述定時信號，并根據所述換向定時信號產生一換向序列信號來控制所述電動機的換向。
本發明提供的一種控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們對過零信號上升沿及下降沿之間的間隔持續經過的時間進行計數，所述過零信號指示在所述電動機轉動期間檢測的反電勢過零點，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個換向信號發生器，當所述模型跟隨計數器向上計數到在所述參考模型計數器中存儲結果的一分數值的時刻它接收指示的定時信號，及它根據所述定時信號產生換向序列信號來控制所述電動機的換向；一個比較器，它將所檢測的反電勢與一公共電壓相比較以檢測所檢測的反電勢的所述過零點；一個相選擇器，它監測由所述換向信號發生器輸出的所述換向序列信號并檢測所述電動機的相；第一及第二遮蔽定時發生器，它們分別在所述奇數及偶數間隔期間進行操作，所述數字遮蔽定時發生器基于所述第一及第二計數器產生遮蔽定時信號，所述遮蔽定時信號指示所述間隔中遮蔽由所述比較器檢測的過零點的部分；本發明提供的一種用于控制電動機換向的軟轉換電路，包括第一及第二計數器，它們對所述電動機轉動時檢測的反電勢過零點之間的間隔持續經過的時間進行計數，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個起始點檢測器，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中的換向起始點；一個延伸點檢測器，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔內的換向結束點，所述換向起始點及所述換向結束點是相對每個所述間隔的中心點對稱的；
一個控制信號發生器，它接收所述起始點檢測器及所述延伸點檢測器的輸出，并輸出一個指示所述換向起始點及所述換向延伸點的信號；及一個軟轉換信號發生器，它接收由所述控制信號發生器輸出的信號及接收一個啟動信號以指示是否一引擎轉速為鎖定信號，并基于它們輸出一軟轉換信號。
本發明提供的一種用于控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們根據內部時鐘對過零信號上升沿及下降沿之間的間隔持續經過的時間進行計數，所述過零信號指示在電動機轉動期間檢測的反電勢過零點，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個角度延遲電路，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中的最佳轉換點；一個換向信號發生器，它接收一個指示由所述角度延遲電路檢測的所述最佳轉換點的定時信號，及它根據所述定時信號產生換向序列信號來控制所述電動機的換向；一個比較器，它將所檢測的反電勢與一公共電壓進行比較以檢測所檢測的反電勢的所述過零點；一個相選擇器，它監測由所述換向信號發生器輸出的所述換向序列信號并檢測所述電動機的相；一個遮蔽電路，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中遮蔽由所述比較器檢測的過零點部分，及它接收由所述相選擇器檢測的所述相及來自所述比較器所檢測的過零點，并基于它們輸出具有所述上升沿及下降沿的過零信號；一個軟轉換電路，它根據每個所述間隔內的換向起始點及換向結束點控制開關裝置的導通/關斷時間，所述換向起始點及結束點基于所述第一及第二計數器，及相對于每個所述間隔的中心點對稱；一個計數器時鐘控制電路，它使得所述第一及第二計數器在來自所述遮蔽電路的所述過零信號的所述上升沿及下降沿處交替地被操作；第一及第二溢出保護電路，它保護所述第一及第二計數器免于溢出；及一個時鐘調整電路，它通過m位移位計數器將所述內部時鐘用1/2m分頻來減小所述內部時鐘的頻率。
本發明提供的一種控制電動機換向的方法，包括以下步驟檢測所述電動機轉動時產生的反電勢，及產生具有指示所檢測的過零點的第一和第二過渡邊沿的過零信號；在所述過零信號的第一過渡邊沿時，將第一計數器設置為參考模型計數器及將第二計數器設置為模型跟隨計數器；在所述過零信號的第二過渡邊沿時，將所述第二計數器設置為參考模型計數器及將所述第一計數器設置為模型跟隨計數器；根據內部時鐘遞增所述模型跟隨計數器；將所述模型跟隨計數器與在所述參考模型計數器中存儲的計數值相比較，以確定是否檢測出最佳轉換點；如果檢測出最佳轉換點則執行換向；當檢測到所述最佳轉換點時復位所述參考模型計數器；及使所述模型跟隨計數器連續遞增直到所述過零信號的新過渡邊沿為止。
根據權利要求45所述的方法，其中，還包括下列步驟如果所述最佳轉換點被檢測到時，遮蔽所述過零點的檢測直到遮蔽時間過去為止；延遲所述復位步驟直到所述遮蔽時間過去為止。
以下將參照附圖來詳細描述本發明的一個優選實施例。
圖1A表示相對中心參考軸對稱的換向間隔；圖1B表示相對中心參考軸不對稱的換向間隔；圖2是根據本發明一優選實施例的跟隨參考模型的換向電路的框圖；圖3是根據本發明一優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的一個數字角度延遲電路的框圖；圖4是根據本發明一優選實施例的當第一計數器用作參考模型時的第一中心點檢測器的電路圖；圖5是根據本發明一優選實施例的當第二計數器用作參考模型時的第二中心點檢測器的電路圖；圖6是根據本發明一優選實施例的一換向定時發生器的電路圖；圖7(a)至7(d)是表示圖3中所示的數字角度延遲電路中信號定時的波形圖；圖8是根據本發明一優選實施例的第一溢出保護電路的電路圖；圖9是根據本發明一優選實施例的第二溢出保護電路的電路圖；圖10是根據本發明一優選實施例的第一計數器時鐘控制電路的電路圖11是根據本發明一優選實施例的第二計數器時鐘控制電路的電路圖；圖12是根據本發明一優選實施例的計數器時鐘調整電路的電路圖；圖13是根據本發明一優選實施例的換向信號發生器的電路圖；圖14是圖13中所示的換向信號發生器的輸出的波形圖；圖15是表示根據本發明一優選實施例的跟隨參考模型換向電路中數字遮蔽電路的框圖；圖16是根據本發明一優選實施例的在第二計數器跟隨第一計數器時中心點檢測器及數字遮蔽定時發生器的電路圖；圖17是根據本發明一優選實施例的在第一計數器跟隨第二計數器時中心點檢測器及數字遮蔽定時發生器的電路圖；圖18是根據本發明一優選實施例的數字遮蔽執行電路的電路圖；圖19是表示圖18中所示數字遮蔽執行電路中D-鎖存器的輸入和輸出關系的真值表；圖20是圖18中所示數字遮蔽執行電路的信號定時圖；圖21是根據本發明一優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的數字軟轉換電路的電路圖；圖22是根據本發明一優選實施例的當第二計數器跟隨第一計數器時從中心點檢測器、數字遮蔽定時發生器及數字軟轉換電路的詳細電路圖；圖23是根據本發明一優選實施例的當第一計數器跟隨第二計數器時的中心點檢測器、數字遮蔽定時發生器及數字軟轉換電路的詳細電路圖24是表示如圖2中所示的跟隨參考模型換向電路中的換向控制調整方法的流程圖。
根據本發明的一個跟隨參考模型的換向電路被描繪在圖2中。在該電路中，第一及第二八位計數器70和80對旋轉著的電動機150內產生的反電勢的換向間隔進行計數。一個數字角度延遲電路10通過以計數器70和80的計數結果檢測到過零點以后延遲一數字角度來檢測最佳轉換點及中心點。一個數字遮蔽電路20對在換向后由兩個設在數字角度延遲電路10中的計數器70及80誤檢測的偽過零點進行遮蔽。一個數字軟轉換電路30通過從中心點前某處連續地軟轉換到中心點后某處來正確地控制電動機驅動輸出級160中器件的開通/關斷時間，由此減小di/dt變化率及避免由尖峰電壓引起的電流重回流到電網，和取消對緩沖電路的需要。
一個信號發生器40包括一個六位移位寄存器并產生六種狀態的換向序列信號輸出到電動機驅動輸出級160。反電勢比較器50、51及52接收放大的反電勢作為非反相(+)輸入，及接收一公共電壓作為反相(-)輸入，并在反電勢的電壓電平從12V改變到5V后輸出到Uco，Vco及Wco。一個相選擇器60接收由信號發生器40輸出的換向信號，并在選擇輸入信號的相后輸出到數字角度遮蔽電路20。第一及第二計數器時鐘控制電路90及100對在由第一及第二計數器70及80從跟隨參考模型的數字遮蔽電路20輸入的過零下降沿及上升沿上交替操作的計數器時鐘信號進行調節。第一及第二溢出保護電路120及130對在長換向間隔期間可產生的計數器溢出進行保護，該長換向間隔是由電動機的低轉速引起的。一個計數器時鐘調整電路110利用經3位移位計數器將計數時鐘分頻成1/2，1/4，1/8進行調整后第一溢出保護電路120被表示在圖8中。在該電路中，AND門121至127被輸入第一計數器70的位A7至A1，并接收一個邏輯1作為公共輸入，然后執行“與”功能。一個多輸入AND門128接收每個AND門121至127的輸出，執行“與”功能，并產生及輸出第一溢出保護信號(A flow)。一個反相器129輸出多輸入AND門128的反相信號(inv(A)flow)。
第二溢出保護電路130被表示在圖9中。在該電路中，AND門131至137被輸入第二計數器80的位B7至B1，并接收一個邏輯1作為公共輸入，然后執行“與”功能。一個多輸入AND門138接收每個AND門131至137的輸出，執行“與”功能，并產生及輸出第二溢出保護信號(B flow)。一個反相器139輸出多輸入AND門138的反相信號(inv(B)flow)。
第一計數器時鐘控制電路90被表示在圖10中。在該電路中，一個RS觸發器91分別接收由過零檢測器140輸出的過零信號的下降沿及反相信號作為兩輸入R及S，并在輸入的過零信號有效低電平區段中輸出一個有效高電平的邏輯門驅動信號。一個D觸發器92接收RS觸發器91的輸出Q作為輸入D，并接收一個作為時鐘輸入CLK的內部時鐘信號，并輸出一個與其同步的門驅動信號。一個NAND門93接收過零信號及第二溢出保護電路130的輸出(B flow)并在執行“與非”功能后輸出信號，一個AND門94接收D觸發器92的輸出Q及NAND門93的輸出，及在執行“與”功能后輸出。一個AND門95接收AND門94的輸出、內部時鐘信號及由第一溢出保護電路120輸出的一個信號(inv(A)flow)，并在執行“與”功能后產生及輸出一個時鐘信號作為第一計數器70的時鐘輸入。
第二計數器時鐘控制電路100被表示在圖11中。在該電路中，一個RS觸發器101分別接收由過零信號檢測器140輸出的過零信號上升沿及反相信號作為其兩輸入S及R，并在輸入的過零信號有效高電平區域中輸出一個有效高電平的邏輯門驅動信號。一個D觸發器102接收D觸發器101的輸出Q作為輸入D，并接收一個作為時鐘輸入CLK的內部時鐘信號，并輸出一個與其同步的門驅動信號。一個OR門103接收D觸發器102的輸出Q及第一溢出保護電路120的信號(A flow)，并在執行“或”功能后輸出這些信號。一個AND門104接收OR門103的輸出、內部時鐘信號及第二溢出保護電路130的信號(inv(B)flow)，執行“與”功能，并在執行“與”功能后產生及輸出一時鐘信號作為第二計數器80的時鐘輸入。
計數器時鐘調整電路110被表示在圖12中。在該電路中，OR門111及112接收第一及第二溢出保護電路120及130的輸出(A flow及B flow)，并在執行“或”功能后輸出。一個RS觸發器113接收OR門111的輸出信號及其反向信號作為兩輸入S及R，并當在第一或第二計數器70及80中產生溢出時輸出一觸發信號。一個D觸發器114接收RS觸發器113的輸出及接收內部時鐘信號作為時鐘輸入CLK，并輸出一個與其同步的觸發信號。一個AND門118接收D觸發器114的輸出Q及內部時鐘信號，并當兩輸入信號處于高電平時輸出最后的觸發信號。一個3位移位計數器115接收作為時鐘輸入的AND門118的輸出，并在將輸入時鐘作1/2、1/4及1/8分頻后輸出。一個選擇器116接收作為時鐘輸入CLK的OR門112的輸出，并對它計數以便選擇3位移位計數器115的每個輸出(被1/2、1/4及1/8分頻的輸出)。一個調整時鐘信號發生器117接收3位移位計數器115的(被1/2、1/4及1/8分頻的)輸出，及選擇器116與OR門112的輸出信號，并當第一或第二計數器中產生溢出時在選擇一調整時鐘信號后輸出。
該3位移位計數器115包括三個T觸發器115-1至115-3，它們以其前面的輸出端的輸出作為時鐘輸入CLK并在分頻后輸出。
選擇器116包括兩個T觸發器116-1、116-2，它們輸出前面的時鐘輸入CLK并計數以便選擇3位移計數器115的每個輸出端。
調整時鐘信號發生器117包括第一AND門AND1，它接收T觸發器115-1、116-1及OR門的輸出并在執行“與”功能后輸出。第二AND門AND2接收T觸發器115-2、116-2及OR門112的輸出并在執行“與”功能后輸出。第三AND門AND3接收T觸發器115-3、116-1及116-2和OR門112的輸出，并在執行“與”功能后輸出。一個OR門OR1接收AND門AND1至AND3的輸出，并在執行“或”功能后輸出。
在圖15中表示出根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的數字遮蔽電路20。在該電路中，第一及第二數字遮蔽定時發生器21及22接收第一及第二計數器70及80的輸出，組合這些輸入的位信號，并產生及輸出第一和第二數字遮蔽定時信號(masking1，masking2)。一個數字遮蔽執行電路接收由數字遮蔽定時發生器21及22相選擇器60和比較器50至52輸出的這些信號，在輸入的遮蔽時間上進行遮蔽，并輸出過零(zero-cross)信號。
在圖16中表示出第一數字遮蔽定時發生器21。在該電路中，在第一計數器70為參考模型的情況下，EX-NOR門211至217接收第一及第二計數器70和80的各位對A5及B4，A6及B5，A7及B6，和A4及B0，A5及B1，A6及B2，A7及B3作為各輸入，并在執行“同”門功能后輸出。一個多輸入NAND門218接收每個EX-NOR門211至217的各個輸出及一禁止信號，執行“與非”功能，產生第一遮蔽信號(masking1)并輸出。
第二數字遮蔽定時發生器22被表示在圖17中。在該電路中，在第二計數器80為參考模型的情況下，EX-NOR門221至227接收第一及第二計數器70和80的各位對B5及A4，B6及A5，B7及A6，和B4及A0，B5及A1，B6及A2，B7及A3作為各輸入，并在執行“同門”功能后輸出。一個多輸入NAND門228接收每個EX-NOR門221至227的各個輸出及一禁止信號，執行“與非”功能，并產生及輸出第二遮蔽信號(masking2)。
在圖18中表示出數字遮蔽執行電路23。在該電路中，AND門234至236接收由相選擇器60輸出的信號作為各輸入，由數字遮蔽定時發生器21和22輸出的第一及第二遮蔽信號(masking1及masking2)被在一起執行“或”功能后作為公共輸入，AND門234至236在執行“與”功能后進行輸出。D鎖存器電路231至233將AND門234至236的每個輸出作為一個啟動輸入EN，其各接收每個比較器50至52的輸出Uco，Vco，及Wco作為其輸入D，并根據啟動輸入信號作遮蔽。一個EX-OR門237接收各D鎖存器231至233的每個輸出，執行“異或”功能，并產生及輸出過零(zero-cross)信號。
根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的數字軟轉換電路30被表示在圖21中。在該電路中，一個起始點檢測器31檢測位于中心點前面的換向起始點。一個延伸點檢測器32檢測延伸點，該點是位于中心點后面的換向結束點。一個OR門33接收起始點檢測器31及延伸點檢測器32的輸出，并在執行“或”功能后輸出。一個AND門34接收OR門33的輸出及速度鎖定信號，執行“與”功能，并產生及輸出一個軟轉換信號。
起始點檢測器31包括EX-NOR門311至313，當第一計數器70為參考模型時，它們接收第一及第二計數器70和80的各位對A7及B6，A6及B5，和A5及B4作為兩輸入，并在執行“同”門功能后進行輸出。一個AND門314接收EX-NOR門311至313的各輸出，執行“與”功能，并在產生換向起始信號后輸出。
延伸點檢測器32包括EX-NOR門321至327，當第一計數器為參考模型時，它們接收第一及第二計數器70及80的各位對A7及B6，A6及B5，A5及B4，和A7及B3，A6及B2，A5及B1，A4及B0作為兩輸入，并在執行“同”門功能后輸出。一個AND門328接收EX-NOR門321至327的每個輸出，執行“與”功能，并在產生換向延伸信號后輸出。
以下來描述根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路的操作及其調節方法。
首先，將描述根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的數字角度延遲電路10的操作。該數字角度延遲電路在檢測到過零點后延遲一預定的數字角度，以獲得一最佳換向轉換點。該角度延遲操作正比于電動機的速度，并由兩計數器實時地執行。該數字角度延遲電路確定了反電勢的過零點發生在距最佳換向點30°位相相差處，該最佳換向點處于換向間隔的中途。
該電路還對用戶提供了根據使用該電路的具體電動機選擇延遲角度的靈活性。此外，該電路能精細地調節角度延遲，由此消除了設置外部元件的需要，例如無需提供由阻容確定的固定時間常數的延遲電路及用于優化轉矩與降低噪音的外部元件。
在圖3中所示的兩個計數器70和80在該電路中對有效地幫助該優選實施例中的跟隨參考模型數字角度延遲電路10起到顯著的作用。所示出的兩個8位計數器僅用于作為描述本發明中引入的構思的一個例子。但是，在實際應用中，可根據個別應用電路使用具有多于8位水準的計數器。另外，可用一鎖存電路及一計數器的結構來代替這兩個計數器。該結構在停止計數、加載鎖存電路計數結果、復位計數器及再起動的功能方面不同于傳統的電路。
在圖4及5中所示的中心點檢測器11及12是一種邏輯電路，在其中能自動地找到換向間隔的中點，正如EX-NOR門1至7、EX-OR門1-1至1-7所執行的。當由中心點檢測器11及12檢測到中心點時，換向定時發生器13產生一個用于設定下一換向轉換點的定時信號。如圖6中所示，由一個設有諸如在兩計數器70和80中所使用的內部時鐘的一個D觸發器執行換向信號發生器13的工作。
圖7(a)表示由電動機繞組產生的反電勢波形，(b)表示由每個比較器50、51及52輸出的反電勢比較信號波形，(c)表示由反電勢的上升沿及下降沿產生的過零信號波形圖，用于通過第一及第二計數器70和80計數，及(d)表示由數字角度延遲電路10輸出的換向延時信號的波形圖。
如圖13中所示，換向信號發生器40具有六個D觸發器42、43、44、46、47及48，并產生出集合六種狀態的換向序列信號D0至D5，用于驅動電動機輸出級160。圖14是通過換向信號發生器40提供給電動機驅動輸出級160的六種狀態的換向信號波形圖。
在圖10及11中，分別描繪了根據本發明該優選實施例的第一計數器時鐘控制電路90及第二計數器時鐘控制電路100，該第一及第二計數器時鐘控制電路90及100只要在第一及第二計數器70及80未計滿時總將時鐘信號供給計數器，正如由第一及第二溢出保護電路120及130的輸出信號(A flow及B flow)所指示的。
此外，根據輸入到每個計數器時鐘控制電路90及100中的RS觸發器91及101的過零信號，第二計數器80通常在過零信號上升沿時開始計數，并在過零信號下降沿時停止計數。換言之，這兩個計數器交替地工作，第一計數器70從過零信號下降沿計數，而這時第二計數器80則休止。第二計數器80的計數結果被存儲并可考慮作為參考模型，用來為下次換向設置延遲角度。在第二計數器80停止計數后，第一計數器70將繼續地對下一過零間隔的其余半周期計數，并通過對第二計數器80存儲的計數結果來跟隨參考模型，以便找到中心點。
以下來描述由產生延遲信號對設置換向點起重要作用的數字角度延遲電路10中的中心點檢測器11及12。
參照圖4，并假定第一計數器70從過零信號的下降沿開始計數，而第二計數器8 0從過零信號的上升沿開始通過根據用作模型的第一計數器70的存儲結果進行的計數來跟隨第一計數器70。當第二計數器80計數時，通過使第二計數器80的計數結果的位序從右側向左側移動一位(被1/2除)將計數器的位對A1及B0，A2及B1，A3及B2至A7及B6輸入到EX-NOR門1至7，并因此，每當相同類型的邏輯輸入被一起輸入時這些EX-NOR門1至7輸出高態信號。
在上述移位及比較操作后，來自所有EX-NOR門1至7的輸出被輸入到多輸入AND門8，以使得當由AND門8產生的輸出信號達到高電平時，所存儲的第一計數器70的計數結果之一半已被第二計數器80計了數。換句話說，第二計數器已檢測到過零點之間的中心點，它可用來控制換向間隔。
對于在先的換向間隔而言，第二計數器的計數結果被認為是正確的并等于所存儲的第一計數器70的計數的一半。一旦得到了在先換向間隔的中點，就易于確定下一換向轉換點。在獲得換向間隔的中心點后，將不再需要參考模型。相應地，第一計數器70被復位，直到它再被操作時為止。執行復位涉及到遮蔽時間，直到遮蔽時間結束才進行復位操作。
當因為長換向間隔在計數器中產生溢出時，為了對當正確中心點不能被找到時作準備，將用于增加電動機速度的反相速度鎖定信號輸入到多輸入AND門8。
以與上述相同的方式并如圖5中所示，當第一計數器70跟隨第二計數器80并持續計數直到過零信號的另一上升沿為止時，第一計數器70基于存儲在第二計數器中的計數結果找到中心點，此后第二計數器80可被復位。在過零信號的上升沿上，第一計數器70停止計數，而第二計數器80被操作再次進行計數。因此，每個計數器總是向上計數。
另一方式是，中心點檢測器11及12的功能可以由一微計算機根據一軟件程序來執行。
一旦中心點檢測器11及12已檢測到中心點，它們就產生出信號(delay1，delay2)。該信號被送到圖6中所示的換向定時發生器13。由該換向定時發生器13產生的信號接著被送到如圖13中所示的具有六個D觸發器的換向信號發生器40。此外，可經由電動機驅動IC電路外部插頭通過將第一計數器70的計數結果與第二計數器80的計數結果逐位地比較，進行一定的角度延遲操作。
接著，在驅動電動機時要考慮的一個問題是在低轉速期間的長換向間隔，其可能會引起計數器溢出。因此需要一個溢出保護電路。對根據本發明該優選實施例的溢出保護電路將在以下參照圖8及9進行描述。
在計數器可能到達滿計數前，溢出保護電路120及130將立即停止計數并通過產生一個計數器飽和調節信號“Satcon”來保存計數結果。該信號“Satcon”指示在計數器溢出前剩留的一個計數值。因而，雖然數字溢出已實際發生但計數器70及80將決不會失誤。溢出保護電路120及130保存了計數器的計數數據。另一個計數用的計數器將取該數據作為其參考模型并跟隨它。
溢出保護電路120及130也檢測電動機加速度。這即為，當長換向間隔期間或起動周期期間，換向的目的是使電動機盡快地加速到所需速度。在此時，對于尋找理想的距過零點30度的中心點不及電動機加速重要。該換向延遲角度可根據計數器的動態范圍選擇3°至30°之間的任何值。
此外，當發生溢出及產生出“Satcon”信號時，另一計數器將取“溢出前一步”的數據作為參考模型，并通過跟隨該數據進行計數。同時地，計數器時鐘調整電路110將被啟動來克服溢出。
如圖12中所示，根據本發明該優選實施例的計數器時鐘調整電路包括3位移位計數器115，其中通過將計數時鐘分別以1/2、1/4及1/8分頻使計數時間增加到常規情況時的2、4及8倍。該移位計數器115具有三個選擇器115-1至115-3。當計數時間增加時，計數分辨率成正比地下降，并產生長換向間隔。計數精確度對換向無甚意義。當電動機速度增加時，換向間隔將自然地短于計數器的調整動態范圍。當計數器能夠不飽和地操作時，計數時鐘將調回到常規頻率。
以下參照圖15、16及17來描述根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型的換向電路中的數字遮蔽電路。
數字遮蔽定時發生器21在確定了作為距檢測中心點的換向間隔某一百分比的遮蔽時間后輸出一信號。于是，可以通過從左至右移動計數器的一定位來確定遮蔽時間。這就是，可以僅通過從左至右移動參考模型計數器的m位能方便地得到換向間隔1/2m百分比的遮蔽時間。
例如，如圖16中所示，為了遮蔽距中心點換向間隔的1/16，一旦檢測出中心點及通過數字角度延遲電路10產生出一延遲信號，則可以通過從左向右移位從參考模型計數器取得四位最高有效位，如A7、A6、A5及A4。然后，對參考模型計數器(第一計數器)的最高有效4位及模型跟隨計數器(第二計數器)的最低有效4位，即對A7及B3，A6及B2，A5及B1，和A4用B0執行“同”門功能。在第二計數器80的三個位B6，B5、B4及參考模型計數器70的三個位A5、A6及A7之間執行“同”門功能的輸出，及所有上述的其他輸出以及一禁止信號(Disable)被輸入到多輸入NAND門218，以便獲得從1/2至1/2+1/16換向間隔的遮蔽時間。
圖17表示數字遮蔽定時發生器22。其解釋與以上給出的相同，所不同的是使用第二計數器80作為參考模型計數器及第一計數器作為模型跟隨計數器。
另外，以上的解釋是作為一個例子給出的。根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的數字遮蔽電路能使用戶選擇對于每個單獨應用成為最佳的遮蔽時間。
在許多情況下，在換向發生前短時地最佳啟動遮蔽。并如以上圖解說明的，可以通過選擇第一及第二計數器各數字位的不同組合來方便地選擇遮蔽時間。
如圖15所示，對數字遮蔽執行電路23輸入由遮蔽定時發生器21及22輸出的信號(masking1，masking2)，并且由該電路23執行實際的遮蔽。以下將參照圖18、19及20來描述該數字遮蔽執行電路23。
如圖18中所示，被相“或”的遮蔽信號(masking1，masking2)與由相選擇器60輸出的信號共同地輸入到AND門234至236。因此，在遮蔽期間，當由數字遮蔽信號控制時，D鎖存電路231至233的啟動輸入EN被設置在低電平信號上。相應地，不管D鎖存電路231至233的輸入如何，這些D鎖存電路231至233保持輸出Q為先前狀態Q0，這因為EN輸入被設置在低電平上。換句話說，例如由開關噪音引起的偽過零信號被鎖存住并從反電勢過零信號中除去。
在鎖存后，D鎖存電路231至233的輸出將從鎖存狀態中解決。相應地，當EN輸入變為高狀態時，D鎖存電路231到233的輸入被改變，并由此使輸出根據輸入而改變。并且每個D鎖存電路231至233的輸出Q被提供給一個“EX-OR”門，其結果作為過零輸出信號輸出。D鎖存電路的操作條件被表示在圖19中。
如上所述，在圖20中表示由數字遮蔽執行電路23輸出的反電勢的過零信號，由中心點檢測器11及12在檢測到過零信號上升沿及下降沿后產生的延遲信號，及在延遲信號后產生的遮蔽信號的波形圖。
數字遮蔽電路20及數字角度延遲電路10共用兩個計數器70及80的相同計數結果。因此，這兩者具有相同的計數器固有特性。
如圖21中所示，根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的軟轉換電路30包括一個起始點檢測器31，用于檢測處于中心點前方的換向起始點；及一個延伸點檢測器32，用于檢測位于中心點后方的換向結束點，并因此能連續地通過從檢測的起始點到延伸點的轉換進行軟轉換。但是，重要的是，換向的起始點及延伸點應相對中心點精確地在長度上對稱，要如圖1A中所示，但不能如圖1B中所示的不對稱。
以下將參照圖21及22來詳細描述根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路中的軟轉換電路。
例如，假定將從位于中心點前方15/256(1/2-15/256)換向間隔的起始點到位于中心點后方15/256(1/2+15/256)換向間隔的延伸點執行軟轉換。在此情況下，如以上所說明的，首先通過從參考模型計數器70的左側到右側移動一位獲得換向間隔時間的1/2。然后這些位，除去計數器移位后的最后四位外，與模型跟隨計數器80的各位配對，即A7與B6，A6與B5，及A5與B4，它們作為EX-NOR門311至313的輸入。從這些的結果便獲得(1/2-15/256)換向間隔定時的軟轉換起始點信號。其次，通過向右移位使4數字位A7到A4成為參考模型計數器70的最低有效位，便可獲得從中心點延伸的轉換時間。最后，在參考模型計數器70的移動位及模型跟隨計數器80的各位之間，即在A7及B3，A6及B2，A5及B1，和A4及B0之間執行“同”門功能，并與模型跟隨計數器的剩余各位，即B6及A7，B5及A6，及B4及A5執行“同”門功能，便可獲得1/2+15/256換向間隔的延伸點信號。
起始點及延伸點可根據個別的應用進行調整。尤其是，它能根據用戶的選擇作出改變，并可通過調節參考模型計數器的移位簡便地作出改變。以與上述相同的方式，當第一計數器70為模型跟隨計數器，而第二計數器為參考模型計數器時，通過向右移動第二計數器80的位可作出改變，以使得di/dt能被減小，并可避免由尖峰電壓引起的電流再回流到電網中，以及可取消緩沖電路。
上述的跟隨參考模型數字角度延遲電路，數字遮蔽電路及數字軟轉換電路可以包含在如圖22及23所示的單個電路中，其中圖22表示第一計數器為參考模型的情況，而圖23表示第二計數器為參考模型的情況。因為這些電路的各元件已經分別地描述過，將不再贅述。
最后，參考圖24中的流程圖對根據本發明該優選實施例的跟隨參考模型換向電路的調節方法描述如下。
在步驟S10上，在跟隨參考模型換向電路中使用的每個移位寄存器及第二計數器被初始化及清零，并且第一計數器70，即參考模型計數器的每個位被設置成邏輯1。在步驟S20上，通過接通計數器時鐘開始第二計數器80的計數。
在步驟S30上，如果在確定是否由第二計數器80檢測出中心點后，中心點仍未檢測出，則繼續地計數。在步驟S40上，如果由第二計數器80檢測到中心點，則執行換向及遮蔽。
在步驟S50上，如果確定出遮蔽時間未過去，則繼續進行遮蔽，并且如果遮蔽時間已過去，則在步驟S60上使第一及第二計數器復位。
在步驟S70上，確定是否已檢測到一個新的過零信號。在步驟S80上，如果未檢測到過零信號及未產生出溢出，則控制返回到確定步驟。
在步驟S90上，如果發生溢出，則調節計數器時鐘并再使控制返回到確定是否檢測出中心點的步驟上。
在步驟S100上，在過零信號被檢測出的情況下，則確定是否它在上升沿上或下降沿上，及當它既不在上升沿又不在下降沿上時將持續地作出確定。在步驟S110上，如果過零是在上升沿或在下降沿上，則停止第一及第二計數器70及80的計數。在步驟S120上，如果第二計數器80停止計數則開始第一計數器70的計數，反之亦然。
在步驟S130上，確定是否速度已鎖定。如果速度已鎖定，控制便返回到確定是否已檢測到中心點的步驟。否則，控制便在執行軟轉換(步驟S140)后返回到執行換向及遮蔽的步驟。
因此，本發明提供了一種跟隨參考模型的換向電路及其調整方法，它在調節換向電路以驅動主軸電動機時，以聯機的方式產生最佳實時換向延遲，使用兩個各包括數字角度延遲電路的計數器，遮蔽由于換向后噪音引起的誤檢測的偽過零點，并通過正確調節電動機驅動輸出級的導通/關斷時間來進行軟轉換。
并且本發明給予用戶一種靈活性，使之根據他們個別的、具體的應用選擇延遲角度，以優化轉矩及降低噪音。可避免使用作為阻容的固定RC延遲電路的外部元件。
雖然本發明已參照優選實施例作出了詳細描述，但本技術領域中的技術人員將易于理解，在不脫離本發明權利要求中的本發明的構思及范圍的情況下可以作出各種改型及替換。
權利要求
1.一種控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們對所述電動機轉動時檢測的反電勢過零點之間的間隔持續經過的時間進行計數，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器并且所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器并且所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；第一及第二檢測器，它們當所述模型跟隨計數器向上計數到存儲在所述參考模型計數器中的結果之一半時分別檢測所述奇數及偶數間隔的中心點，當所述中心點被檢測到時，所述第一及第二檢測器分別輸出第一及第二延遲信號；一個換向定時發生器，它接收所述第一及第二延遲信號，并基于這些信號產生及輸出換向定時信號；及一個換向信號發生器，它從所述換向定時發生器接收所述定時信號，并根據所述換向定時信號產生一換向序列信號來控制所述電動機的換向。
2.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第一及第二計數器是由n位組成的，并且其中所述第一及第二檢測器各包括(n-1)個邏輯門，它們分別接收所述模型跟隨計數器的最低有效(n-1)位及所述參考模型計數器的最高有效(n-1)位的相應位對，并輸出一個指示所述模型跟隨計數器計數到在所述參考模型計數器中存儲結果的一半的時刻邏輯結果的輸出；及一個延遲信號發生器，它接收來自所述邏輯門的所述邏輯結果及接收指示所述電動機轉速已鎖定的啟動信號，并基于它們輸出所述第一及第二延遲信號之一。
3.根據權利要求1所述的電路，其中，所述換向定時發生器包括一個觸發器，它接收來自所述第一及第二檢測器的所述第一及第二延遲信號及一內部時鐘信號，并且它產生與所述內部時鐘信號同步的所述換向定時信號。
4.根據權利要求3所述的電路，其中，所述第一及第二計數器基于所述內部時鐘信號對所述間隔之間經過的所述時間進行計數。
5.根據權利要求2所述的電路，其中，所述邏輯門為“同”門。
6.根據權利要求5所述的電路，其中，所述延遲信號發生器包括一個多輸入“與”門。
7.根據權利要求1所述的電路，其中，所述第一及第二檢測器由微處理機組成。
8.一種控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們對過零信號上升沿及下降沿之間的間隔持續經過的時間進行計數，所述過零信號指示在所述電動機轉動期間檢測的反電勢過零點，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個換向信號發生器，當所述模型跟隨計數器向上計數到在所述參考模型計數器中存儲結果的一分數值的時刻它接收指示的定時信號，及它根據所述定時信號產生換向序列信號來控制所述電動機的換向；一個比較器，它將所檢測的反電勢與一公共電壓相比較以檢測所檢測的反電勢的所述過零點；一個相選擇器，它監測由所述換向信號發生器輸出的所述換向序列信號并檢測所述電動機的相；第一及第二遮蔽定時發生器，它們分別在所述奇數及偶數間隔期間進行操作，所述數字遮蔽定時發生器基于所述第一及第二計數器產生遮蔽定時信號，所述遮蔽定時信號指示所述間隔中遮蔽由所述比較器檢測的過零點的部分；一個數字遮蔽執行電路，它接收所述遮蔽定時信號，由所述相選擇器檢測的所述相信號及來自所述比較器所檢測的過零點，并根據它們輸出具有所述上升沿及下降沿的過零信號。
9.根據權利要求8所述的電路，其中，所述第一及第二計數器是由n位組成的，及其中所述第一及第二遮蔽定時發生器各包括多個邏輯門，它們分別接收來自所述第一及第二計數器的相應位對，所述邏輯門的邏輯結果指示所述間隔中遮蔽所檢測的過零點的所述部分，所述部分從所述間隔的1/2延伸到所述間隔的1/2+1/2m，其中m在1及n之間；及一個遮蔽信號發生器，它接收所述邏輯結果及一個禁止信號，并產生所述遮蔽定時信號中的一個相應信號。
10.根據權利要求8所述的電路，其中，所述數字遮蔽執行電路包括一個遮蔽控制信號發生器，它接收由所述相選擇器檢測的所述相信號及所述遮蔽信號，并且它輸出一個遮蔽控制信號，其用于對所檢測的相的所述過零點的遮蔽進行控制；一個遮蔽控制器，它接收所述遮蔽控制信號及來自所述比較器所述檢測的過零點，并根據所述遮蔽控制信號啟動所檢測的過零點的輸出；及一個過零信號發生器，它接收所述啟動的檢測過零點，并輸出所述過零信號。
11.根據權利要求9所述的電路，其中，所述間隔中遮蔽所述檢測過零點的部分通過改變所述邏輯門及輸入給它們的所述相應位對進行調節。
12.根據權利要求9所述的電路，其中，所述邏輯門是由“同”門組成的。
13.根據權利要求12所述的電路，其中，所述遮蔽信號發生器包括一個多輸入“與非”門。
14.根據權利要求10所述的電路，其中，遮蔽控制信號發生器包括一個“與”門。
15.根據權利要求10所述的電路，其中，遮蔽控制器包括多個D觸發器。
16.根據權利要求10所述的電路，其中，所述過零信號發生器包括一個“異或”門。
17.一種用于控制電動機換向的軟轉換電路，包括第一及第二計數器，它們對所述電動機轉動時檢測的反電勢過零點之間的間隔持續經過的時間進行計數，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個起始點檢測器，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中的換向起始點；一個延伸點檢測器，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔內的換向結束點，所述換向起始點及所述換向結束點是相對每個所述間隔的中心點對稱的；一個控制信號發生器，它接收所述起始點檢測器及所述延伸點檢測器的輸出，并輸出一個指示所述換向起始點及所述換向延伸點的信號；及一個軟轉換信號發生器，它接收由所述控制信號發生器輸出的信號及接收一個啟動信號以指示是否一引擎轉速為鎖定信號，并基于它們輸出一軟轉換信號。
18.根據權利要求17所述的軟轉換電路，其中，所述第一及第二計數器是由n位組成的及其中所述起始點檢測器包括多個第一邏輯門，它們分別接收來自所述第一及第二計數器的各相應位對，所述第一邏輯門的邏輯結果指示檢測到所述換向起始點，所述換向起始點位于每個所述間隔的所述中心點前方K/2m的分數間隔處，其中m在2及n之間及其中K＜2m；及一個起始點信號發生器，它接收所述邏輯結果及產生一起始點信號。
19.根據權利要求18所述的軟轉換電路，其中，所述延伸點檢測器包括多個第二邏輯門，它們分別接收來自所述第一及第二計數器的各相應位對，所述第二邏輯門的邏輯結果指示檢測到所述換向結束點，所述換向結束點位于每個所述間隔的所述中心點后方K/2m的分數間隔處，其中m在2及n之間及其中K＜2m；及一個結束點信號發生器，它接收所述邏輯結果及產生一結束點信號。
20.根據權利要求17所述的軟轉換電路，其中，所述控制信號發生器包括一個“或”門。
21.根據權利要求18所述的軟轉換電路，其中，所述軟轉換信號發生器包括一個“與”門。
22.根據權利要求20所述的軟轉換電路，其中，所述第一及第二邏輯門是“同”門。
23.根據權利要求20所述的軟轉換電路，其中，所述起始點信號發生器及所述結束點信號發生器各由一個“與”門組成。
24.一種用于控制電動機換向的電路，包括第一及第二計數器，它們根據內部時鐘對過零信號上升沿及下降沿之間的間隔持續經過的時間進行計數，所述過零信號指示在電動機轉動期間檢測的反電勢過零點，在所述間隔的奇數間隔期間所述第一計數器用作參考模型計數器及所述第二計數器用作模型跟隨計數器，而在所述間隔的偶數間隔期間所述第二計數器用作所述參考模型計數器及所述第一計數器用作所述模型跟隨計數器；一個角度延遲電路，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中的最佳轉換點；一個換向信號發生器，它接收一個指示由所述角度延遲電路檢測的所述最佳轉換點的定時信號，及它根據所述定時信號產生換向序列信號來控制所述電動機的換向；一個比較器，它將所檢測的反電勢與一公共電壓進行比較以檢測所檢測的反電勢的所述過零點；一個相選擇器，它監測由所述換向信號發生器輸出的所述換向序列信號并檢測所述電動機的相；一個遮蔽電路，它基于所述第一及第二計數器檢測每個所述間隔中遮蔽由所述比較器檢測的過零點部分，及它接收由所述相選擇器檢測的所述相及來自所述比較器所檢測的過零點，并基于它們輸出具有所述上升沿及下降沿的過零信號；一個軟轉換電路，它根據每個所述間隔內的換向起始點及換向結束點控制開關裝置的導通/關斷時間，所述換向起始點及結束點基于所述第一及第二計數器，及相對于每個所述間隔的中心點對稱；一個計數器時鐘控制電路，它使得所述第一及第二計數器在來自所述遮蔽電路的所述過零信號的所述上升沿及下降沿處交替地被操作；第一及第二溢出保護電路，它保護所述第一及第二計數器免于溢出；及一個時鐘調整電路，它通過m位移位計數器將所述內部時鐘用1/2m分頻來減小所述內部時鐘的頻率。
25.根據權利要求24所述的電路，其中，所述第一溢出保護電路包括第一溢出檢測器，它將所述第一計數器與一滿計數器值相比較并輸出第一結果；及第一溢出保護信號發生器，它接收所述第一溢出檢測器的所述第一結果，并基于它輸出第一溢出保護信號。
26.根據權利要求25所述的電路，其中，所述第二溢出保護電路包括第二溢出檢測器，它將所述第二計數器與一滿計數器值相比較并輸出第二結果；及第二溢出保護信號發生器，它接收所述第二溢出檢測器的所述第二結果，并基于它輸出第二溢出保護信號。
27.根據權利要求26所述的電路，其中，所述第一及第二溢出檢測器為“與”門。
28.根據權利要求26所述的電路，其中，所述第一及第二溢出保護信號發生器為多輸入“與”門。
29.根據權利要求24所述的電路，其中，所述計數器時鐘控制電路包括第一門，它接收所述過零信號及所述過零信號的反相信號，及它在所述過零信號的有效低區間輸出有效高電平的第一門驅動信號；第二門，它接收所述第一門驅動信號及接收所述內部時鐘作為時鐘輸入，以輸出第一同步的門驅動信號；第一啟動信號發生器，它接收所述過零信號及所述第二溢出保護電路的輸出，及當所述過零信號為有效低電平時或當在第二計數器上未產生溢出時輸出第一啟動信號；第二啟動信號發生器，它接收所述第一同步門驅動信號及所述第一啟動信號，并在所述過零信號的所述有效低電平時輸出第二啟動信號；及第一計數器時鐘信號發生器，它接收所述第二啟動信號，所述內部時鐘及所述第一溢出保護電路的反相輸出，并輸出第一時鐘信號作為所述第一計數器的時鐘輸入。
30.根據權利要求29所述的電路，其中，所述計數器時鐘控制電路包括第三門，它接收所述過零信號及所述過零信號的反相信號，及它在所述過零信號的有效高電平區間輸出有效高電平的第三門驅動信號；第四門，它接收所述第三門驅動信號及接收所述內部時鐘作為時鐘輸入，以輸出第二同步的門驅動信號；第三啟動信號發生器，它接收所述第一溢出保護電路的輸出及所述第二同步門驅動信號，及當所述過零信號為所述有效高電平或當在第一計數器上產生溢出時輸出第三啟動信號；第二計數器時鐘信號發生器，它接收所述第三啟動信號，所述內部時鐘及所述第二溢出保護電路的反相輸出，并輸出第二時鐘信號作為所述第二計數器的時鐘輸入。
31.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第一及第三門為RS觸發器。
32.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第二及第四門是D觸發器。
33.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第一啟動信號發生器包括一個“與非”門。
34.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第二啟動信號發生器包括一個“與”門。
35.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第三啟動信號發生器包括一個“或”門。
36.根據權利要求30所述的電路，其中，所述第一及第二時鐘信號發生器為三輸入“與”門。
37.根據權利要求24所述的電路，其中，所述計數器時鐘調整器包括第一及第二溢出檢測器，它接收所述第一及第二溢出保護電路的輸出，并分別檢測第一及第二溢出；第一觸發信號發生器，它接收所述第一及第二溢出檢測器的輸出及其反相信號，并當所述第一或第二溢出被檢測出時輸出一觸發信號；第二觸發信號發生器，它接收所述第一觸發信號發生器的輸出及接收所述內部時鐘作為時鐘輸入，及輸出一個同步的觸發信號；第三觸發信號發生器，它接收所述同步觸發信號及所述內部時鐘，及當所述兩個輸入信號為高電平時輸出一最后的觸發信號；一個m位移位計數器，它接收所述最后的觸發信號作為時鐘輸入，及在將所述最后觸發信號用1/2、1/4至1/2m分頻后輸出；一個選擇器，它接收所述第一及第二溢出信號作為時鐘輸入，并基于它們選擇所述m位移位計數器的一個輸出端；及一個調整時鐘信號發生器，它接收來自由所述選擇器選擇的所述輸出端的所述m位移位計數器的輸出，并當它在所述第一或第二計數器上產生溢出時輸出一個調整的時鐘信號。
38.根據權利要求37所述的電路，其中，所述第一及第二溢出檢測器為“或”門。
39.根據權利要求37所述的電路，其中，所述m位移位計數器包括m-T觸發器，它們連接成串行的級，以便接收前一級的輸出作為時鐘輸入并在分頻后輸出。
40.根據權利要求37所述的電路，其中，所述選擇器包括多個T觸發器，它們連接成串行的級，以接收前級的輸出作為時鐘輸入。
41.根據權利要求24所述的電路，其中，所述第一計數器是一n位計數器，及所述第二計數器是一鎖存電路。
42.根據權利要求24所述的電路，其中，所述軟轉換電路這樣控制所述開關裝置，即在所述電動機中的di/dt變化率被降低及電流再回流到電網被避免。
43.根據權利要求24所述的電路，其中，所述第一及第二溢出保護電路防止由于長換向間隔或所述電動機低轉速引起的溢出。
44.根據權利要求24所述的電路，其中，所述電動機是一個三相電動機，及所述換向序列具有六個狀態。
45.一種控制電動機換向的方法，包括以下步驟檢測所述電動機轉動時產生的反電勢，及產生具有指示所檢測的過零點的第一和第二過渡邊沿的過零信號；在所述過零信號的第一過渡邊沿時，將第一計數器設置為參考模型計數器及將第二計數器設置為模型跟隨計數器；在所述過零信號的第二過渡邊沿時，將所述第二計數器設置為參考模型計數器及將所述第一計數器設置為模型跟隨計數器；根據內部時鐘遞增所述模型跟隨計數器；將所述模型跟隨計數器與在所述參考模型計數器中存儲的計數值相比較，以確定是否檢測出最佳轉換點；如果檢測出最佳轉換點則執行換向；當檢測到所述最佳轉換點時復位所述參考模型計數器；及使所述模型跟隨計數器連續遞增直到所述過零信號的新過渡邊沿為止。
46.根據權利要求45所述的方法，其中，還包括下列步驟如果所述最佳轉換點被檢測到時，遮蔽所述過零點的檢測直到遮蔽時間過去為止；延遲所述復位步驟直到所述遮蔽時間過去為止。
47.根據權利要求45的方法，其中，還包括確定在所述過零信號的新過渡邊沿前是否在所述模型跟隨計數器中發生溢出；及如果所述溢出發生時調整所述內部時鐘，并返回到所述設置步驟。
48.根據權利要求45的方法，其中，所述確定是否檢測出最佳轉換點的步驟包括確定在所述模型跟隨計數器中的計數是否為存儲在所述參考模型計數器中的所述計數值的一半。
49.根據權利要求45的方法，其中，還包括以下步驟確定與所述過零信號的所述第一及第二過渡邊沿之間的間隔的中心點對稱的換向起始點及結束點；如果電動機轉速被鎖定時基于所述換向起始點及結束點執行軟轉換。
全文摘要
一種控制電動機換向的電路及方法，包括第一及第二n位計數器，在電動機轉動時于產生的反電勢檢測信號的交替過零間隔期間將這兩個計數器交替地用作參考模型及模型跟隨計數器；模型跟隨計數器對從檢測的過零點出現的時鐘周期進行計數并持續計數直到檢測到最佳換向轉換點為止，該換向點最好位于換向間隔的中途上；一個遮蔽電路，用以遮蔽偽過零點；一個軟轉換電路，確定于換向間隔中心點對稱的起始點及結束點；溢出保護電路。
文檔編號H02P6/18GK1144419SQ9610786
公開日1997年3月5日 申請日期1996年5月30日 優先權日1995年8月28日
發明者湯士明, 李祥鏞 申請人:三星電子株式會社