用于電機控制器的過零檢測電路及其方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及用于電機控制器的過零檢測電路及其方法。相關(guān)方法包括基于對應(yīng)的電機繞組是否通電，有選擇地將多個電機繞組信號中的每一個傳遞至集成電路處的第一節(jié)點?；谖赐婋姍C繞組信號和基于第一節(jié)點處的信號，確定未通電電機繞組信號處的過零事件。
【專利說明】用于電機控制器的過零檢測電路及其方法
【背景技術(shù)】
[0001] 本公開一般涉及電機控制器，以及更具體地涉及電機控制器的過零檢測。
[0002] 直流電機可以包括傳感器或刷，以將轉(zhuǎn)子的角位置傳遞給電機控制裝置。替代地， 可以通過監(jiān)控在非通電電機繞組中產(chǎn)生的反電動勢（EMF)信號確定無傳感器和無刷電機 的轉(zhuǎn)子位置。隨著繞組穿過電機的磁場，在非通電電機繞組中產(chǎn)生反EMF信號。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 通過參考附圖，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以更好地理解本公開，以及其眾多的特征和優(yōu) 點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員變得顯而易見，其中在不同附圖中使用相同附圖標記來指示相似或 相同的項目。
[0004] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的電機控制系統(tǒng)的系統(tǒng)框圖；
[0005] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)的電路原理圖；
[0006] 圖3是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)雙極運行的時序圖；
[0007] 圖4是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)單極操作的時序圖；
[0008] 圖5是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的識別過零事件方法的流程圖；以及
[0009] 圖6是示出根據(jù)本發(fā)明另一實施例的識別過零事件方法的流程圖。
【具體實施方式】
[0010] 圖1-6示出將電機控制電路并入集成電路（例如，在半導體管芯處形成的集成電 路）的技術(shù)。這些技術(shù)是針對三相無傳感器無刷直流（BLDC)電機的控制。集成電路包括過 零檢測器，所述過零檢測器當繞組不通電時識別在電機繞組處產(chǎn)生的反EMF (電動勢）信號 處的過零事件。例如，BLDC電機通常包括共享共同中性連接的三個定子繞組。當反電動勢 信號的信號電平等于電機共同中性連接處的電壓時，反EMF信號處的過零事件出現(xiàn)。正如 這里所公開的，集成電路包括用于識別過零事件的比較器。比較器設(shè)置了虛擬中性參考信 號，該虛擬中性參考信號在集成電路處產(chǎn)生并跟蹤在電機繞組的共同中性連接處的信號。 通過有選擇地將從每一電機繞組接收的信號傳遞到虛擬中性電路節(jié)點，從而產(chǎn)生該虛擬中 性參考信號。
[0011] 例如，開關(guān)可以被配置為，有選擇地將從電機的通電電機繞組接收的信號傳遞到 虛擬中性電路節(jié)點，同時將從未通電電機繞組接收的反電動勢信號與虛擬中性節(jié)點隔離。 將反EMF信號與虛擬中性電路節(jié)點隔離，防止未通電電機繞組中產(chǎn)生的反EMF電流對虛擬 中性參考信號的不利影響，并因而允許虛擬中性參考信號更好地跟蹤電機的共同中性連接 處的電壓。在一個實施例中，集成電路可以包括電阻器，該電阻器與集成電路外部對應(yīng)的電 阻器聯(lián)合，并被配置為提供電阻分壓器從而將集成電路處接收的電壓電平限制在安全值。
[0012] 圖1是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的電機控制系統(tǒng)100的系統(tǒng)框圖。系統(tǒng)100包 括示出為微控制器10的數(shù)據(jù)處理器、換向電路20和無刷直流（BLDC)電機30。微控制器10 是集成電路，以及包括過零檢測器12和脈寬調(diào)制（PWM)控制電路14。微控制器10可以包 括與電機控制有關(guān)或無關(guān)的附加電路。例如，微控制器10可以包括微處理器、微型計算機、 片上系統(tǒng)（SOC)等等。過零檢測器12連接到PWM控制電路14并提供過零信息。PWM控制 電路14連接到換向電路20并提供控制信號16。在一個實施例中，控制信號16可以包括 被配置為調(diào)控BLDC電機30轉(zhuǎn)速的PWM信號。下面參考圖2-圖4描述這些信號。換向電 路20可以包括功率切換晶體管、棚極驅(qū)動電路、死區(qū)時間插入電路等等。換向電路20將由 PWM控制電路14提供的控制信號16轉(zhuǎn)換成提供給互連21的信號VA、信號VB和信號VC。 互連21也連接到電機30。信號VA、信號VB和信號VC具有根據(jù)電機30的類型和功率選擇 的電壓和電流特性。電機30包括設(shè)置成WYE配置的定子繞組32。過零檢測器12通過電阻 器40與互連21連接。
[0013] 在操作期間，微控制器10可以向換向電路20提供三相PWM信號的初始集。換向 電路20被設(shè)置成，基于三相PWM信號，在任意特定時間向三個定子繞組32中的兩個繞組通 電，同時第三個繞組保持未通電。電機30內(nèi)產(chǎn)生的磁場引起在未通電繞組中感應(yīng)的反EMF 信號。正如根據(jù)圖3和圖4將詳述的，以順序的方式時每一定子繞組32施加通電信號。PWM 控制信號的占空比決定了電機30的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速。除了被提供給電機30以外，信號VA、信號 VB和信號VC還被提供給過零檢測器12。例如，在特定時間，只有信號VA和信號VB包括由 換向電路20提供的通電信號，以及VC可以包括在電機30的未通電繞組處產(chǎn)生的反EMF信 號?；谛盘朧A、信號VB和信號VC，過零檢測器12和PWM控制電路14被配置為識別電機 30的轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動角以及調(diào)整提供給換向電路20的控制信號16的時序，從而建立期望的電 機30的三相控制。如果信號VA、信號VB和信號VC的電壓電平超過微控制器10處接收允 許的電平，則包括電阻器40。
[0014] 圖2是示出根據(jù)本發(fā)明特定實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)100的部分的電路原理 圖200。圖200包括換向電路20、電機30和微控制器10的特定實施例。換向電路20包括 開關(guān)22,開關(guān)22包括開關(guān)S0、開關(guān)S1、開關(guān)S2、開關(guān)S3、開關(guān)S4和開關(guān)S5。電機30包括 定子繞組32,定子繞組32包括繞組A、繞組B和繞組C。定子繞組32包括共同中性連接節(jié) 點VMN。換向電路20的開關(guān)S0和開關(guān)S1的電流電極在節(jié)點VA處連接到定子繞組A，換向 電路20的開關(guān)S2和開關(guān)S3的電流電極在節(jié)點VB處連接到定子繞組B，以及換向電路20 的開關(guān)S4和開關(guān)S5的電流電極在節(jié)點VC處連接到定子繞組C。當定子繞組對應(yīng)的開關(guān)中 的一個閉合時，定子繞組被稱為是通電的。例如，當或者開關(guān)S0或者開關(guān)S1被閉合時，定 子繞組A被通電。相似地，當對應(yīng)的開關(guān)被打開時，定子繞組被稱為未通電。例如，當開關(guān) S0和開關(guān)S1都被打開時，定子繞組A未通電。通過標示為R1的電阻器40將節(jié)點VA、節(jié)點 VB和節(jié)點VC中的每個連接到微控制器10的端子TA、端子TB和端子TC中對應(yīng)的一個。端 子TA、端子TB和端子TC對應(yīng)于微控制器10的接口引腳。在下面的描述中，將會理解，為了 方便，關(guān)于電路節(jié)點、在電路節(jié)點處的信號和在電路節(jié)點處的電壓，可以可交換地使用參考 標簽或數(shù)字。例如，可以說信號VA被提供給節(jié)點VA，以及信號VA具有電壓VA。
[0015] 微控制器10包括過零檢測器12的組件，該過零檢測器12包括電阻器202、開關(guān) 203、電阻器204、比較器205、比較器206和比較器207、以及開關(guān)控制模塊210。在一個實施 例中，開關(guān)控制模塊210可以被包括在圖1所示的PWM控制電路14處。過零檢測器12被 配置為，當繞組不被換向器20通電時，識別發(fā)生在每一定子繞組處發(fā)生的過零事件。過零 檢測器12包括產(chǎn)生虛擬中性信號的電路，該虛擬中性信號被配置為跟蹤電機30的共同中 性連接VMN。另外，過零檢測器12可以包括用于衰弱從電機30接收的信號VA、信號VB和 信號VC的電路。
[0016] 微控制器10包括端子TA、端子TB和端子TC。端子TA連接到電路節(jié)點VCA和比 較器205的第一輸入。端子TB連接到電路節(jié)點VCB和比較器206的第一輸入。端子TC連 接到電路節(jié)點VCC和比較器207的第一輸入。每一電路節(jié)點VCA、電路節(jié)點VCB和電路節(jié)點 VCC通過對應(yīng)的電阻器202(R2)連接到接地參考電壓。另外，每一電路節(jié)點VCA、電路節(jié)點 VCB和電路節(jié)點VCC通過對應(yīng)的開關(guān)203和電阻器204連接到虛擬中性節(jié)點VN。具體的， 節(jié)點VCA通過串聯(lián)的開關(guān)SA和對應(yīng)的電阻器R3連接到節(jié)點VN，節(jié)點VCB通過串聯(lián)的開關(guān) SB和對應(yīng)的電阻器R3連接到節(jié)點VN，以及節(jié)點VCC通過串聯(lián)的開關(guān)SC和對應(yīng)的電阻器R3 連接到節(jié)點VN。在一個實施例中，可以使用電阻器來實現(xiàn)每一個開關(guān)203。例如，每一個開 關(guān)203可以包括一個或多個場效應(yīng)晶體管（FET)或雙極晶體管。
[0017] 在操作期間，響應(yīng)于由PWM控制電路14(圖2中未示出）提供的控制信號16,換向 電路20的開關(guān)S0-開關(guān)S5被有選擇地打開和閉合。開關(guān)S0-開關(guān)S5被配置為，將電機電 源電壓VDC或接地參考電壓中的一個連接到選擇的定子繞組32。在任意特定時間，由換向 電路20通電三個定子繞組32中的兩個，以及第三個定子繞組是不通電的。因此，信號VA、 信號VB和信號VC中的兩個信號是由換向電路20提供的通電信號，以及剩余的信號是由電 機30內(nèi)產(chǎn)生的磁場在未通電繞組內(nèi)感應(yīng)的反EMF信號。如圖3-圖4所示，繞組32被順序 通電?？梢曰陔姍C30的規(guī)格確定電源電壓VDC。例如，電源電壓VDC的范圍可以以從小 于5伏到大于100伏。
[0018] 電阻器40 (R1)和電阻器202 (R2)在節(jié)點VCA、節(jié)點VCB和節(jié)點VCC的每個處提供 電阻分壓器。例如，如果VDC是48伏并且將提供給微控制器10的電源電壓是3伏，則可以 選擇電阻器R1和電阻器R2的值以便在端子TA-端子TC處接收的最大電壓小于或者等于 3伏。典型地，電阻器40中的每個具有相同的值，電阻器202中的每個也是同樣的。因而， 在端子TA、端子TB、和端子TC處接收的信號分別相對于信號VA、信號VB和信號VC的值被 衰弱相同的分數(shù)量。如果電機電源電壓VDC小于或等于微控制器10的操作電壓，可以省略 電阻器40,因為無需信號衰弱。
[0019] 在操作期間，開關(guān)控制210有選擇地打開和閉合開關(guān)203。特別地，開關(guān)控制210 被配置為，閉合對應(yīng)于通電繞組的開關(guān)，以及打開對應(yīng)于未通電繞組的剩余開關(guān)。例如，在 電機30的轉(zhuǎn)子的特定角位置處，PWM控制電路14和換向電路20可以對電機繞組A和電機 繞組B通電，對繞組C保持未通電。開關(guān)控制210,大體上與PWM控制14和換向電路20的 操作同步，閉合對應(yīng)于通電的繞組A和繞組B的開關(guān)SA和開關(guān)SB，并打開對應(yīng)于未通電的 繞組C的開關(guān)SC。隨著每一電機繞組順序地通電和未通電，開關(guān)控制210順序地激活開關(guān) 203,以便對應(yīng)于未通電繞組的開關(guān)被打開，而對應(yīng)于通電繞組的開關(guān)被閉合。對應(yīng)于未通 電繞組的開關(guān)203被打開，以防止未通電繞組中的反EMF信號影響虛擬中性VN處的電勢。
[0020] 在電機控制系統(tǒng)10的操作期間，電源電壓VDC在繞組32的兩個通電繞組之間平 均分配，因此在定子繞組32的共同中性連接VMN處的電壓是VDC/2。因為在任何特定時間 有兩個定子繞組是通電的，所以基于如下公式確定在虛擬中性節(jié)點VN處的電壓：
因而，在虛擬中性節(jié)點VN處的電壓等于由R1和R2提供的電阻分壓器衰弱的共同中性 連接VMN處的電壓。節(jié)點VCA、節(jié)點VCB和節(jié)點VCC處的每一信號被電阻器R1和電阻器R2 衰弱，并且由如下公式確定在這些節(jié)點處的信號電平：
[0021] 反EMF信號處的過零事件對應(yīng)于，在未通電繞組中感應(yīng)的反EMF的信號電平等于 電機30處的共同中性連接VMN處的電壓的時刻。因而，過零事件還對應(yīng)于，節(jié)點VCA、節(jié)點 VCB或節(jié)點VCC中的一個處的衰弱的反EMF等于虛擬中性節(jié)點VN處的電壓的時亥lj。比較器 205-比較器207被配置為檢測此事件。例如，如果定子繞組A未通電，繞組A中感應(yīng)的反 EMF被連接于端子TA的電阻器R1和電阻器R2衰弱，并被施加于比較器205的第一輸入。 來自于通電繞組B和通電繞組的虛擬中性電勢VN被施加于比較器205的第二輸入。因此， 當節(jié)點VCA處的電勢等于節(jié)點VN處的電勢時，這對應(yīng)于繞組A處的反EMF信號的過零事 件的時間，輸出ZCA被確立或取消。相似地，當反EMF過零事件發(fā)生在繞組B處時，比較器 206的輸出ZCB被確立或取消，以及當反EMF過零事件發(fā)生在繞組C處時，比較器207的輸 出ZCC被確立或取消。在一個實施例中，開關(guān)（圖2中未示出）可以被配置為，當過零檢測 信號ZCA、過零檢測信號ZCB和過零檢測信號ZCC無效時，將比較器205-比較器207的輸 出與PWM控制電路14(圖2中未示出）處的輸入隔離。例如，PWM控制電路14和換向電路 20可以操作在或者單極配置中或者雙極配置中。具體的，當電機控制系統(tǒng)100操作在單極 配置中時，在未通電繞組中感應(yīng)的反EMF信號基于PWM控制信號16的相位將周期性地在有 效反EMF電平和地電平之間交替。圖3和圖4示出了電機控制系統(tǒng)100的操作的雙極和單 極操作。
[0022] 圖3是示出根據(jù)本公開特定實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)的雙極操作的時序圖 300。時序圖300的橫軸示出電機30的轉(zhuǎn)子的單個360度旋轉(zhuǎn)的間隔301-間隔306。間隔 301-間隔306中的每一間隔代表轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的60度，從而對于轉(zhuǎn)子的每一完整旋轉(zhuǎn)而重復間 隔301-間隔306的序列。間隔301對應(yīng)于在0度和60度之間的電機30的轉(zhuǎn)子的角旋轉(zhuǎn)。 相似地，間隔302對應(yīng)于60度-120度的旋轉(zhuǎn)，間隔303對應(yīng)于120度-180度的旋轉(zhuǎn)，間隔 304對應(yīng)于180度-240度的旋轉(zhuǎn)，間隔305對應(yīng)于240度-300度的旋轉(zhuǎn)，以及間隔306對 應(yīng)于300度-360度的旋轉(zhuǎn)。
[0023] 時序圖300的縱軸示出以電壓為單位的與微控制器10、換向電路20和電機30關(guān) 聯(lián)的各種時序波形。波形310-波形315對應(yīng)于信號PWM0、信號PWM1、信號PWM2、信號PWM3、 信號PWM4和信號PWM5。信號PWM0-信號PWM5中的每個被提供給圖2的換向電路20處 對應(yīng)的開關(guān)22S0-S5。信號310PWM0控制換向電路20的開關(guān)22的開關(guān)S0。相似地，信號 PWM1311控制開關(guān)S1，信號PWM2312控制開關(guān)S2,信號PWM3313控制開關(guān)S3,信號PWM4314 控制開關(guān)S4,以及信號PWM5315控制開關(guān)S5。在一個實施例中，信號310-信號315大體上 與圖1的控制信號16相同，以及在換向電路20處的柵極驅(qū)動電路不需要死區(qū)時間插入能 力。在另一個實施例中，控制信號16僅包括三個PWM信號，例如大體上對應(yīng)于PWMO、PWM2 和PWM4。在該實施例中，在換向電路20處的柵極驅(qū)動電路執(zhí)行死區(qū)時間插入。
[0024] 換向電路20的開關(guān)22S0-S5響應(yīng)于信號PWM0-信號PWM5分別變得被確立以使電 機30的電機繞組32通電。例如，在間隔301期間，信號PWM0和信號PWM1是無效的，使得開 關(guān)S0和開關(guān)S1被設(shè)置為打開配置。開關(guān)S0和開關(guān)S1的電流電極在節(jié)點VA處連接到繞組 A。因而，繞組A在間隔301期間是不通電的。在間隔301期間，信號PWM2和信號PWM3是 有效的，示出為具有50%的脈寬調(diào)制占空比。信號PWM2的確立閉合開關(guān)S2,以及信號PWM3 的確立閉合開關(guān)S3。開關(guān)S2和開關(guān)S3被交替地激活。開關(guān)S2和開關(guān)S3的電流電極在節(jié) 點VB連接到繞組B。開關(guān)S2的閉合將電源電壓VDC連接到節(jié)點VB，以及開關(guān)S3的閉合將 接地參考電壓連接到節(jié)點VB。相似地，在間隔301期間，信號PWM4和信號PWM5是有效的。 信號PWM4的確立閉合開關(guān)S4,以及信號PWM5的確立閉合開關(guān)S5。開關(guān)S4和開關(guān)S5被交 替地激活。開關(guān)S4和開關(guān)S5的電流電極在節(jié)點VC處連接到繞組C。開關(guān)S4的閉合將電 源電壓VDC連接到節(jié)點VC，以及開關(guān)S5的閉合將接地參考電壓連接到節(jié)點VC。
[0025] 波形320、波形321和波形322分別對應(yīng)于節(jié)點VA、節(jié)點VB和節(jié)點VC處的信號的 平均值。參考電機繞組32的共同中性連接節(jié)點VMN處的電壓顯示波形320-波形322,所述 電機繞組32的共同中性連接節(jié)點VMN在操作期間具有VDC/2的電壓。在間隔301期間，信 號VB 321的平均電壓電平小于VDC/2,以及信號VC 322的平均電壓電平大于VDC/2。本領(lǐng) 域技術(shù)人員將理解為清楚起見示出50%的PWM占空比；然而信號PWM0-信號PWM5的實際 占空比將隨時間變化。例如，基于信號PWM2和信號PWM3的相對占空比確定信號VB的平均 電壓。在間隔301期間，因為信號PWM3激活開關(guān)S3連接接地參考電壓到節(jié)點VB，比信號 PWM2激活開關(guān)S2連接電源電壓VDC到節(jié)點VB，具有更大的時間百分比，所以節(jié)點VB處的 平均電壓小于VDC/2。與此相反，在間隔301期間，因為與信號PWM5激活開關(guān)S5連接接地 參考電壓到節(jié)點VC相比，信號PWM4激活開關(guān)S4連接電源電壓VDC到節(jié)點VC具有更大的 時間百分比，所以節(jié)點VC處的平均電壓大于VDC/2。
[0026] 在間隔301期間，繞組A是不通電的，以及波形VA320在間隔301期間代表繞組A 中感應(yīng)的反EMF信號。隨著繞組A旋轉(zhuǎn)穿過電機的磁場，感應(yīng)的反EMF的大小在變化。例 如，在間隔301期間，在節(jié)點VA處的電壓顯示從小于VDC/2的值轉(zhuǎn)變?yōu)榇笥赩DC/2的值。在 大約30度的轉(zhuǎn)子角度，過零事件發(fā)生在波形VA處，以標記341示出，其中在節(jié)點VA處的反 EMF信號的信號電平穿過橫軸，所述橫軸代表繞組32的共同中性連接VMN處的電勢，VDC/2。 繞組A在間隔304期間，再次未通電，其中另一個過零事件在標記342處發(fā)生。在間隔303 和間隔306期間，繞組B未通電，以及在標記351和標記352處示出反EMF過零事件。在間 隔302和間隔305期間，繞組C未通電，以及在標記361和標記362處示出反EMF過零事件。
[0027] 波形330、波形331和波形332分別對應(yīng)于在過零檢測器12的開關(guān)203S0、S1和S2 處的控制電極。例如，在間隔301期間，繞組A是不通電的，因此開關(guān)S0被配置為被打開。 繞組B和繞組C是通電的，因此開關(guān)SB和開關(guān)SC被配置為被閉合。在間隔302期間，開關(guān) SA和開關(guān)SB被閉合，因為繞組A和繞組B是通電的，以及開關(guān)SC被打開，因為繞組C是不 通電的。在間隔303期間，開關(guān)SA和開關(guān)SC被閉合，因為繞組A和繞組C是通電的，以及 開關(guān)SB被打開，因為繞組B是不通電的。在間隔304期間，開關(guān)SB和開關(guān)SC被閉合，因為 繞組B和繞組C是通電的，以及開關(guān)SA被打開，因為繞組A是不通電的。在間隔305期間， 開關(guān)SA和開關(guān)SB被閉合，因為繞組A和繞組B是通電的，以及開關(guān)SC被打開，因為繞組C 是不通電的。在間隔306期間，開關(guān)SA和開關(guān)SC被閉合，因為繞組A和繞組C是通電的， 以及開關(guān)SB被打開，因為繞組B是不通電的。
[0028] 波形340、波形350和波形360分別對應(yīng)于圖2的比較器205、比較器206和比較 器207的輸出處的信號ZCA、信號ZCB和信號ZCC。例如，信號ZCA響應(yīng)于由標記341指示 的信號VA處的過零事件而被確立，以及響應(yīng)于由標記342指示的信號VA處的過零事件而 被取消。信號ZCB響應(yīng)于由標記351指示的信號VB處的過零事件而被確立，以及響應(yīng)于由 標記352指示的信號VB處的過零事件而被取消。信號ZCC響應(yīng)于由標記361指示的信號 VC處的過零事件而被確立，以及響應(yīng)于由標記362指示的信號VC處的過零事件而被取消。 雖然波形340、波形350和波形360利用信號轉(zhuǎn)變識別過零事件，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員將理 解比較器205-比較器207可以以例如通過脈沖等等的其他方式指示過零事件。
[0029] 在操作期間，過零檢測信號ZCA、過零檢測信號ZCB和過零檢測信號ZCC控制控制 信號16和PWM信號310-PWM信號315的時序，以及PWM信號310-PWM信號315最終控制過 零事件的時序，以及最終控制信號ZCA、信號ZCB和信號ZCC的時序。因而，電機控制系統(tǒng) 100可以被稱為閉環(huán)反饋系統(tǒng)。
[0030] 圖4是示出根據(jù)本公開的特定實施例的圖1的電機控制系統(tǒng)的單極操作的時序圖 400。時序圖400的橫軸示出電機30的轉(zhuǎn)子的單個360度旋轉(zhuǎn)的間隔401-間隔406。縱軸 示出對應(yīng)于PWM信號410-PWM信號416的波形，分別在節(jié)點VA、節(jié)點VB和節(jié)點VC處的信號 平均值，分別對應(yīng)于過零檢測器12的開關(guān)203S0、S1和S2處的控制電極的波形430、波形 431和波形432,以及分別對應(yīng)于圖2的比較器205、比較器206和比較器207的輸出處的信 號ZCA、信號ZCB和信號ZCC的波形440、波形450和波形460。過零事件對應(yīng)于標記441、 標記442、標記451、標記452、標記461和標記462。
[0031] 除了僅有的一個例外，時序圖400與圖3的時序圖300相似。在單極PWM系統(tǒng)中， 每一相位的只有一個分支（leg)切換以及第二相位是恒定確立的。例如，在間隔401期間， PWM2411和PWM3414是有效的，以及換向開關(guān)S2和換向開關(guān)S3交替導通，開關(guān)S4持續(xù)閉 合，以及開關(guān)S5持續(xù)打開。在單極系統(tǒng)中，在未通電繞組中的反EMF信號在有效狀態(tài)和接 地狀態(tài)之間交替切換。因而，包含在比較器205-比較器207的輸出處的開關(guān)（未在圖2中 示出）被配置為，僅當過零信號是有效時，將過零檢測信號ZCA、過零檢測信號ZCB和過零檢 測信號ZCC傳到PWM控制電路14。與之相反，施加到通電相位的PWM信號操作在雙極PWM 系統(tǒng)中的窗口（dialog)中。在雙極系統(tǒng)中，在未通電相位中感應(yīng)的反EMF從負到正單調(diào)地 增加，或從正到負單調(diào)地減少。
[0032] 圖5是示出根據(jù)本公開特定實施例的用于識別過零事件的方法500的流程圖。方 法500在塊501處開始，其中接收來自第一通電電機繞組的第一信號，以及接收來自第二個 通電電機繞組的第二個信號。在塊502處，接收來自未通電電機繞組的反EMF信號。例如， 在圖3的間隔350處，繞組B和繞組C是通電的，以及繞組A未通電。分別對應(yīng)于繞組A、繞 組B和繞組C的信號VA、信號VB和信號VC通過電阻器40R1連接到過零檢測器12。
[0033] 在塊503處方法500繼續(xù)，其中將第一信號和第二信號傳遞到第一節(jié)點。例如，對 應(yīng)于通電的繞組B的信號VB通過電阻器40R1、電阻器204R3和開關(guān)203SB連接到過零檢測 器12處的虛擬中性節(jié)點VN。相似地，對應(yīng)于通電的繞組C的信號VC通過電阻器40R1、電 阻器204R3和開關(guān)203SC連接到過零檢測器12處的虛擬中性節(jié)點VN。在塊504處方法繼 續(xù)，其中反EMF信號與第一節(jié)點隔離。例如，在圖3的間隔350期間，繞組A未通電，以及通 過開關(guān)203SA將對應(yīng)于繞組A的信號VA與虛擬中性節(jié)點VN隔離，所述開關(guān)203SA在間隔 350期間被打開。
[0034] 在塊505處方法500繼續(xù)，其中基于第一節(jié)點處的電壓識別反EMF信號處的過零 事件。例如，在間隔350期間，比較器205被配置為，將信號VCA和節(jié)點VN處的虛擬中性參 考電壓相比。當反EMF信號的電平等于虛擬中性參考電壓VN時（這對應(yīng)于繞組A處的過 零事件），過零檢測信號ZCA在間隔301期間被確立，或者在間隔304期間被取消。通過將 未通電繞組處的反EMF信號與節(jié)點VN隔離，節(jié)點VN處的虛擬中性參考電壓僅通過來自通 電繞組的信號確定。
[0035] 圖6是示出根據(jù)本公開另一實施例的用于識別過零事件的方法600的流程圖。在 塊601處方法600開始，其中在微控制器處接收來自電機繞組的信號。例如，圖1和圖2示 出與電機饒組32相關(guān)聯(lián)的信號VA、信號VB和信號VC。信號通過電阻器40被連接到微控 制器10的端子TA、端子TB和端子TC，其中信號被提供給過零檢測器12。在塊602處方法 繼續(xù)，其中在微控制器處提供分流電阻器以衰弱從電機繞組接收的信號。例如，電阻器202 被連接在節(jié)點VCA、節(jié)點VCB和節(jié)點VCC中的每一節(jié)點和接地參考之間。電阻器40 (R1)和 電阻器202 (R2)被配置為一起提供電阻分壓器。因此，信號VA、信號VB和信號VC都被衰弱 相同的量。
[0036] 在塊603處方法600繼續(xù)，其中與未通電電機繞組相關(guān)聯(lián)的開關(guān)被配置為打開狀 態(tài)，以及與通電電機繞組相關(guān)聯(lián)的開關(guān)被配置為閉合狀態(tài)。例如，基于對應(yīng)的電機饒組是通 電或未通電，圖2的開關(guān)控制電路210控制開關(guān)203中的每一個的狀態(tài)。在塊604處方法 600繼續(xù)，其中基于與通電繞組相關(guān)聯(lián)的衰弱信號，確定虛擬中性參考電壓。例如，在圖3的 間隔350期間，基于與通電繞組B和通電繞組C相對應(yīng)的衰弱信號，確定節(jié)點VN處的電壓。 因為開關(guān)SA被打開，所以在繞組A處存在的反EMF信號不影響節(jié)點VN處的電壓。因而，虛 擬中性節(jié)點VN處的電壓跟蹤電機30的共同中性連接VMN處的電壓。
[0037] 在塊605處方法600繼續(xù)，其中，基于虛擬中性參考電壓和衰弱的反EMF信號，識 別對應(yīng)于未通電繞組處的反EMF信號的過零事件。例如，在圖3的間隔350期間，圖2的比 較器205在一個輸入處接收衰弱的反EMF信號VCA，以及在另一個輸入處接收虛擬中性信 號。如圖3的標記341示出的，當過零事件發(fā)生在繞組A中時，比較器輸出ZCA被確立。在 塊606處方法繼續(xù)，其中，基于過零事件，控制施加到電機繞組的通電信號。例如，基于過零 檢測信號ZCA、過零檢測信號ZCB和過零檢測信號ZCC，確定由PWM控制電路14產(chǎn)生的控制 信號16的時序。
[0038] 在第一方面，方法可以包括：從第一通電電機繞組接收第一信號，從第二通電電機 繞組接收第二信號，從未通電電機繞組接收第三信號，將第一信號和第二信號傳遞至第一 節(jié)點以在該第一節(jié)點產(chǎn)生第四信號，將第三信號與第一節(jié)點隔離，以及基于第四信號確定 在第三信號處的過零事件。
[0039] 在第一方面的一個實施例中，通過第一開關(guān)將第一信號有選擇地傳遞到第一節(jié) 點，通過第二開關(guān)將第二信號有選擇地傳遞到第一節(jié)點，以及通過第三開關(guān)將第三信號有 選擇地傳遞到第一節(jié)點，每一開關(guān)包括晶體管。在另一實施例中，如果第一電機繞組是通電 的，則第一開關(guān)被閉合以將第一信號傳遞至第一節(jié)點，以及如果第三電機繞組未通電，則第 三開關(guān)被打開以將第三信號與第一節(jié)點隔離。在進一步實施例中，第三信號是在非通電電 機繞組處產(chǎn)生的反電動勢（EMF)信號。
[0040] 在第一方面的進一步實施例中，方法包括基于確定過零事件使第一電機繞組通 電。在另一實施例中，包括接收第一信號的方法進一步包括在集成電路裝置的第一端子處 接收第一信號，第一端子通過集成電路裝置外部的第一電阻器耦接到第一通電電機饒組， 以及其中通過包含在集成電路裝置處的第二電阻器將第一信號傳遞至第一參考電壓。在進 一步實施例中，包括接收第三信號的方法進一步包括在集成電路裝置的第一端子處接收第 三信號，第一端子通過集成電路裝置外部的第一電阻器耦接到未通電電機繞組，以及其中 通過包含在集成電路裝置處的第二電阻器將第一信號傳遞到至一參考電壓。
[0041] 在第一方面的又一個實施例中，通過第一電阻器將第一信號傳遞到第一節(jié)點，通 過第二電阻器將第二信號傳遞到第一節(jié)點，以及通過第三電阻器將第三信號傳遞到第一節(jié) 點。在更進一步實施例中，將第三信號傳遞到電壓比較器的第一輸入，將第四信號傳遞到電 壓比較器的第二輸入，以及基于電壓比較器的輸出處的信號確定過零事件。在另一實施例 中，方法包括在集成電路的第一端子處接收第一信號，在集成電路的第二端子處接收第二 信號，和在集成電路的第三端子處接收第三信號。
[0042] 在第二方面，裝置可以包括：從第一電機繞組接收第一信號的第一端子、從第二 電機繞組接收第二信號的第二端子、從第三電機饒組接收第三信號的第三端子，和有選擇 地將第一端子耦接到第一節(jié)點的第一開關(guān)、有選擇地將第二端子耦接到第一節(jié)點的第二開 關(guān)、有選擇地將第三端子耦接到第一節(jié)點的第三開關(guān)，和第一比較器，該第一比較器包括耦 接到第一端子的第一輸入、耦接到第一節(jié)點的第二輸入，和提供指示第一信號處過零事件 的信號的輸出。
[0043] 在第二方面的一個實施例中，裝置包括開關(guān)控制模塊，如果第一電機繞組是通電 的，則該開關(guān)控制模塊閉合第一開關(guān)，以及如果第一電機繞組未通電，則該開關(guān)控制模塊打 開第一開關(guān)。在另一實施例中，裝置包括第四端子，所述第四端子基于過零事件，提供信號 以有選擇地使第一電機繞組通電。
[0044] 在進一步實施例中，裝置包括將第一端子耦接到第一參考電壓的第一電阻器、將 第一端子耦接到第一參考電壓的第二電阻器、以及將第一端子耦接到第一參考電壓的第三 電阻器。
[0045] 在第一方面的另一實施例中，第一端子通過第一電阻器被耦接到第一電機繞組， 第二端子通過第二電阻器被耦接到第二電機繞組，以及第三端子通過第三電阻器被耦接到 第三電機繞組。在進一步實施例中，第一開關(guān)通過第一電阻器被耦接到第一節(jié)點，第二開關(guān) 通過第二電阻器被耦接到第一節(jié)點，以及第三開關(guān)通過第三電阻器被耦接到第一節(jié)點。
[0046] 在第三方面，方法可以包括，基于對應(yīng)的電機繞組是否通電，有選擇地將多個電機 饒組信號中的每一個傳遞到集成電路處的第一節(jié)點，以及基于未通電電機繞組信號和基于 第一節(jié)點處的信號，確定未通電電機繞組信號處的過零事件。
[0047] 在第三方面的一個實施例中，方法包括，基于對應(yīng)的電機繞組是否未通電，有選擇 地將多個電機繞組信號中的每一個與第一節(jié)點隔離。在進一步實施例中，方法包括，在集成 電路的第一端子處接收多個電機繞組信號中的第一電機繞組信號，第一端子通過集成電路 裝置外部的第一電阻器耦接到第一電機繞組，以及其中通過包含在集成電路裝置中的第二 電阻器將第一信號傳遞到第一參考電壓。在另一個實施例中，通過包含在集成電路處的對 應(yīng)的開關(guān)將多個電機繞組信號中的每個傳遞到第一節(jié)點，每一開關(guān)包括晶體管。
[0048] 在本文中，諸如"第一"和"第二"以及類似的相關(guān)術(shù)語可以僅用來將一個實體或 動作與另一實體或動作區(qū)分開，而不一定要求或暗示這些實體或動作之間的任何實際的這 種關(guān)系或次序。術(shù)語"包括"，"包含"或其其它任何變形都旨在涵蓋非排它性的包括，使得 包括元件列表的過程、方法、物品或設(shè)備不只包括那些元件，而是可以包括沒有明確列出或 對這種過程、方法、物品或設(shè)備固有的其它元件。元件前面的"包括"在沒有更多約束的 情況下，不排除在包括該元件的過程、方法、物體或設(shè)備中的附加相同元件的存在。
[0049] 當涉及將信號、狀態(tài)位或者類似設(shè)備翻譯成它的邏輯真狀態(tài)或邏輯假狀態(tài)時，分 別使用術(shù)語"有效"或"集合"和"求反"（或"無效"或"清除"）。如果邏輯真狀態(tài)為邏輯電 平1，那么邏輯假狀態(tài)就是邏輯電平0。以及如果邏輯真狀態(tài)為邏輯電平0，那么邏輯假狀態(tài) 就是邏輯電平1。
[0050] 通過考慮在此所公開的本公開的說明書和實踐，本公開的其他實施例、用途和優(yōu) 點對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言是顯而易見的。說明書和附圖應(yīng)被認為僅是示例性的，以及本 公開的范圍因此旨在僅由下面的權(quán)利要求及其等效物來限制。
[0051] 注意，在上述說明書中描述的活動或元件不是所有都需要，特定活動或設(shè)備的一 部分可能是不需要的，除這些已描述的之外還可能執(zhí)行一個或多個另外的活動或包括一個 或多個另外的元件。更進一步，所列出的活動的順序也不一定就是它們執(zhí)行的順序。
[0052] 并且，已參照特定實施例對原理進行了描述。但本領(lǐng)域普通技術(shù)人員意識到，在不 偏離下述權(quán)利要求所設(shè)定的本公開范圍的情況下可以作出各種修改和改變。因此，說明書 和附圖應(yīng)視作示例性而不是限制性的意義，并且所有這樣的修改都旨在包括在本公開的范 圍之內(nèi)。
[0053] 以上描述了關(guān)于特定實施例的益處、其他優(yōu)點和問題的解決方案。然而，這些益 處、優(yōu)點、問題的解決方案，和可以導致任何益處、優(yōu)點和解決方案發(fā)生或變得更加顯著的 任何特征，都不應(yīng)被解釋為任何或所有權(quán)利要求關(guān)鍵的、必需的或基本的特征。
【主權(quán)項】
1. 一種方法，包括： 接收來自第一通電電機繞組的第一信號； 接收來自第二通電電機繞組的第二信號； 接收來自未通電電機繞組的第三信號； 將所述第一信號和所述第二信號傳遞至第一節(jié)點，以在所述第一節(jié)點處產(chǎn)生第四信 號； 將所述第三信號與所述第一節(jié)點隔離；以及 基于所述第四信號，確定在所述第三信號處的過零事件。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中通過第一開關(guān)將所述第一信號有選擇地傳遞至所述 第一節(jié)點，通過第二開關(guān)將所述第二信號有選擇地傳遞至所述第一節(jié)點，以及通過第三開 關(guān)將所述第三信號有選擇地傳遞至所述第一節(jié)點，每個開關(guān)包括晶體管。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中如果所述第一電機繞組被通電，則所述第一開關(guān)被 閉合以將所述第一信號傳遞至所述第一節(jié)點，以及如果所述第三電機繞組未通電，則所述 第三開關(guān)被打開以將所述第三信號與所述第一節(jié)點隔離。4. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中所述第三信號是在所述非通電電機繞組處產(chǎn)生的反 電動勢EMF信號。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中進一步包括基于確定所述過零事件使所述第一電機 繞組通電。6. -種裝置，包括： 第一端子，接收來自第一電機繞組的第一信號； 第二端子，接收來自第二電機繞組的第二信號； 第三端子，接收來自第三電機繞組的第三信號； 第一開關(guān)，有選擇地將所述第一端子耦接到第一節(jié)點； 第二開關(guān)，有選擇地將所述第二端子耦接到所述第一節(jié)點； 第三開關(guān)，有選擇地將所述第三端子耦接到所述第一節(jié)點； 第一比較器，包括耦接到所述第一端子的第一輸入、耦接到所述第一節(jié)點的第二輸入， 和提供指示所述第一信號處過零事件的信號的輸出。7. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中進一步包括開關(guān)控制模塊，如果所述第一電機繞組 被通電，則所述開關(guān)控制模塊閉合所述第一開關(guān)，以及如果所述第一電機繞組未通電，則所 述開關(guān)控制模塊打開所述第一開關(guān)。8. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中進一步包括第四端子，根據(jù)所述過零事件提供信號 以有選擇地使所述第一電機繞組通電。9. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中進一步包括， 第一電阻器，將所述第一端子耦接到第一參考電壓； 第二電阻器，將所述第一端子耦接到所述第一參考電壓；以及 第三電阻器，將所述第一端子耦接到所述第一參考電壓。10. 如權(quán)利要求6所述的裝置，其中 所述第一端子通過第一電阻器被耦接到所述第一電機繞組； 所述第二端子通過第二電阻器被耦接到所述第二電機繞組；以及 所述第三端子通過第三電阻器被耦接到所述第三電機繞組。11.如權(quán)利要求6所述的裝置，其中 所述第一開關(guān)通過第一電阻器被耦接到所述第一節(jié)點； 所述第二開關(guān)通過第二電阻器被耦接到所述第一節(jié)點；以及 所述第三開關(guān)通過第三電阻器被耦接到所述第一節(jié)點。
【文檔編號】G01R19/175GK105897085SQ201410858406
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2014年12月23日
【發(fā)明人】吳崇理, 金杰, 張義忠
【申請人】飛思卡爾半導體公司