专利名称：单相马达的驱动装置及驱动方法
技术领域：
本发明涉及一种单相马达，特别涉及一种单相马达的驱动装置及驱动方法。
背景技术：
请参考图1A 图1C说明关于现有技术中单相马达的驱动装置，图1A 图 1B为现有技术的单相马达的驱动装置的方块示意图，图1C为现有技术的单相 马达的驱动装置内部讯号的时序图。此现有技术的驱动装置包含四个驱动晶体 管102、 104、 108及110、两个再生二极管112与114、单相线圈106、霍尔 元件116、比较电路118、绝对值电路120、检测装置122及控制电路132。
首先，霍尔元件116对应单相马达的旋转位置，即对应相向的转子侧的磁 极变化而输出正弦波信号。接着，比较电路118将霍尔元件116所输出的正弦 波信号波形整形为方波信号，且此方波信号为转流信号。而绝对值电路120 则将正弦波信号的位准与基准值进行比较，输出时序信号以再生单相线圈106 的驱动电流。比较电路130会根据比较电容124的非接地侧的充放电电压与基 准电压VREF的大小，判断单相马达的旋转或停止，以输出"H"检测讯号表 示旋转，"L"检测信号表示停止。
最后，控制电路132会根据检测装置122的输出值，来运算比较电路118 及绝对值电路120的输出。当检测信号为"L"时，输出驱动信号Al、 Bl、 Cl、 Dl，而当检测信号为"H"时，输出驱动信号A2、 B2、 C2、 D2。
由于霍尔元件116输出的具有实线及虚线的180度相位差的正弦波信号， 因此有零交越点的出现(驱动电流的转流点)，以此点为中心向前后方向扩大。
当驱动信号A2、 D2升起时，驱动晶体管102、 104会ON，在单相线圈 106流动的驱动电流方向会变为纸面右方向。随着驱动信号A2下降时，仅驱 动晶体管104会ON，此时驱动电流在单相线圈106、驱动晶体管104和再生 二极管112所组成的虚线的再生路径，并由顺时针方向地循环再生路径，慢慢地消耗并随着时间减少而成为零。当驱动信号D2也F降时，驱动晶体管104 在零交越点会OFF。
当驱动信号B2、 C2升起时，驱动晶体管108、 U0会ON，在单相线圈 106上的驱动电流为纸面左方向。当驱动信号C2下降时，仅驱动晶体管U0 会ON。因此驱动电流借着不断逆时针循环的一点链线的再生路径，慢慢消耗 并随时间减少至零。当驱动信号B2也下降时，驱动晶体管110会OFF。
请参考图2A 图2B所示，其分别为现有技术的另一实施例的单相马达的 驱动装置的部分电路示意图，及单相马达的驱动装置内部讯号的时序图。
晶体管2、 4是根据被提供的驱动信号A、 D而供给单向线圈6在纸面右 方向的驱动电流。为此晶体管2的集极-射极通路、单向线圈6和晶体管4的 集极-射极通路串联连接在电源Vcc和接地Vss之间。晶体管8、 IO是根据被 提供的驱动信号C、 B而供给单向线圈6再纸面左方向的驱动电流。为此，晶 体管8的集极-射极通路、单向线圈6和晶体管10的集极-射极通路串联连结 在电源Vcc和接地Vss之间。因此，晶体管2、 4及晶体管8、 IO是互补地导 通或关闭，且根据适宜地改变单向线圈6的驱动电流方向而使单向马达旋转。
然而，驱动信号A、 B、 C、 D的变化时序仅有一点点偏移，当晶体管2、 4及晶体管8、 IO互补地导通或关闭时，单向线圈6上的驱动电流有几乎无助 于转距的斜线无效电流，使得单向线圈6的驱动电流的方向急遽地变化，如此 一来，单向马达会有振动、杂音和电力消耗大的问题。
发明内容
一种单相马达的驱动装置及驱动方法，利用一驱动晶体管组及一辅助驱动
晶体管组来提供两同方向的驱动电流至单相线圈，再以一控制单元根据单相马 达的旋转装置的旋转位置来控制驱动晶体管组及辅助驱动晶体管组的导通与 关闭，使单相线圈上的驱动电流再生，以达到降低单相马达的振动、杂音及防 止单相马达呈现无法启动的停止状态的目的。
本发明的驱动装置包含一霍尔元件、 一放大电路、 一绝对值电路、 一控制 单元、两驱动晶体管组、两辅助驱动晶体管组、两再生二极管组及一单相线圈。
首先，放大电路及绝对值电路分别将霍尔元件所侦测到的正弦波信号转换 成放大讯号及绝对值信号。接着，控制单元再将放大讯号及绝对值信号作处理及运算，同时产生多个第一驱动讯号及多个第二驱动讯号。
最后，根据第一驱动讯号及第二驱动讯号，来控制两个驱动晶体管组及辅 助驱动晶体管组间的导通或关闭，使驱动装置内形成一驱动路径，或再搭配再 生二极管形成一再生路径，以驱动单相马达。
其中，辅助晶体管的装置避免使用前案所提的侦测装置，可以在风扇停止 在换相相位延迟脉冲的位置，避免造成无法重新启动马达线圈的情形。
图1A 图1B为现有技术的单相马达的驱动装置的方块示意图； 图1C为现有技术的单相马达的驱动装置内部讯号的时序图2A为现有技术的另一实施例的单相马达的驱动装置的部分电路示意
图2B为现有技术的另一实施例的单相马达的驱动装置内部讯号的时序
图3A 图3B为本发明内容的单相马达的驱动装置的方块示意图4为本发明内容的控制单元的方块示意图5为本发明内容的驱动电流的驱动路径示意图6为本发明内容的驱动电流的再生路径的示意图7为本发明内容的换相后的驱动电流的驱动路径示意图8为本发明内容的换相后的驱动电流的再生路径示意图；以及
图9为本发明内容的单相马达的驱动装置内部讯号的时序图。
其中，附图标记
晶体管 2、 4、 8、 10 单向线圈 6
驱动晶体管102， 104， 108， 110， Ql、 Q2、 Q3、 Q4、 辅助驱动晶体管Q5、 Q6、 Q7、 Q8 再生二极管112， 114、 Dll、 D12、 D21、 D22 检测装置 122 比较电容 124 比较电路 130控制电路 132 控制单元 240 第一脉冲产生器 241 讯号调整器 243 第二脉冲产生器 245 单相线圈 106， L 绝对值电路 120， 230 放大电路 118, 220 霍尔元件 116， 210
驱动讯号Al， A2， Bl， B2， Cl， C2， Dl， D2 第一驱动讯号Sl、 S2、 S3、 S4 第二驱动讯号S5、 S6、 S7、 S8
具体实施例方式
请参考图3A 图3B，其为本发明内容的单相马达的驱动装置的方块示意 图。在本发明中，将单相马达(single phase motor)的驱动装置(driving apparatus) 制作成集成电路上，而单相马达内的单相线圈(single phase coil) L以外接的 方式连结于集成电路。
驱动装置包含一霍尔元件(hall apparatus) 210、 一放大电路220、 一绝对 值电路(absolute value circuit)230、 一控制单元240、两个驱动晶体管组(driving transistor unit)、两个辅助驱动晶体管组(auxiliary driving transistor unit)、两 个再生二极管组(recirculating diode unit)及一单相线圈L。 一驱动晶体管组 为驱动晶体管Q1、 Q4，另一驱动晶体管组为驱动晶体管Q2、 Q3， 一辅助驱 动晶体管组为辅助驱动晶体管Q5、 Q8,另一辅助驱动晶体管组为辅助驱动晶 体管Q6、 Q7。 一再生二极管组为Dll、 D12，另一再生二极管组则为D21、 D22。其中，每一辅助驱动晶体管(Q5、 Q6、 Q7、 Q8)所提供的驱动电流皆 小于每一驱动晶体管(Q1、 Q2、 Q3、 Q4)，也就是说，每-一辅助驱动晶体管 的晶体管布局皆小于每一驱动晶体管。
霍尔元件210设置在与单相马达的旋转装置(rotationdevice)侧的磁铁相 向的规定位置，且以定电压偏压，所以霍尔元件210可侦测单相马达的旋转位置，即根据侦测旋转装置测的磁极(pole)变化，以输出正弦波信号(sine wave signal)。放大电路220具有用以防止马达振动的磁滞特性，并将霍尔元件210 所输出的正弦波信号整形为方波信号(square wave signal)，以产生一具有磁 滞特性(hysteresis characteristic)的放大讯号。绝对值电路230将正弦波信号 的位准与基准值(reference value)进行比较，输出 绝对值信号至控制单元 240，以再生单相线圈L的驱动电流(driving circuit)。
控制单元240会对应霍尔元件210所输出的正弦波信号，运算并处理由绝 对值电路230所提供的绝对值信号以及放大电路220所输出的放大讯号，同时 产生一组第一驱动讯号Sl、 S2、 S3、 S4，以及一组第二驱动讯号S5、 S6、 S7、 S8。而控制单元240还包含一第一脉冲产生器(plus generator) 241、-一讯号 调整器(signal tuner) 243及一第二脉冲产生器245，如图4所示。
第一脉冲产生器241将放大电路220所提供的放大讯号调整之后，产生多 个第一驱动电流，分别为S1 S4。讯号调整器243将放大电路220所提供的放 大讯号，根据绝对值电路230所提供的绝对值讯号来作调整，使第二脉冲产生 器245可以根据讯号调整器243的调整，来产生多个第二驱动讯号，分别为 S5 S8。
为了更进一步地阐述本发明内容，请参考图3A 图3B、图9所示，以说 明控制单元240的动作。图9为本发明内容的单相马达的驱动装置内部讯号的 时序图。
霍尔元件210对应单相马达的旋转位置而输出具有实线及虚线(dotted line)的正弦波信号，而实线的正弦波信号与虚线的正弦波信号呈现180度的 相位差(differentialphase)，因此在实线的正弦波信号与虚线的正弦波信号相 交时，会产生一零交越点(zero cross point)。接着放大电路220会将正弦波 信号作调整，以产生放大信号至控制单元240，而此放大信号为转流信号，是 将单相线圈L上的第一驱动电流IL1或第二驱动电流IL2切换方向的依据。绝 对值电路230会将正弦波信号的位准与基准值加以比较，以输出绝对值讯号至 控制单元240，以再生单相线圈上的第一驱动电流IL1或第二驱动电流IL2。
控制单元240可以根据绝对值电路230所提供的绝对值信号，在进行运算 处理后，输出第二驱动讯号S5、 S6、 S7、 S8，同理，根据放大电路220所提 供的放大信号，可直接地输出第一驱动讯号S1、 S2、 S3、 S4。当正弦波信号靠近零交越点时，绝对值电路230会产生一绝对值信号，即相位延迟讯号(phase delay signal)，由许多脉冲组合而成。此时，相位延迟 讯号会由零变一或由一变零。当正弦波信号在到达零交越点时，相位延迟讯号 会保持在高电位状态(即为一)或低电位状态(即为零)。而控制单元240 所输出的第一驱动讯号S1、 S2、 S3、 S4会出现讯号转换的现象，即由零变-一 或由一变零。当正弦波信号到达零交越点时，第二驱动讯号S5、 S6、 S7、 S8 会出现讯号转换的现象，即由零变一或由一变零。其中，第一驱动讯号的S1、 S4与第一驱动讯号的S2、 S3间相隔相位延 迟讯号的一脉冲时间，而第二驱动讯号的S5、 S8与第二驱动讯号的S6、 S7 间的启动为相互交替。第二驱动讯号S5 S8所驱动的辅助晶体管(Q5 Q8) 的目的在于正常运转状态时可以提供部分驱动电流至线圈，此外，在马达停止 运转状态时，避免可能因为停止的位置正好落在原先A1 D1的产生相位延迟 脉冲的位置，而无法重新启动马达线圈的情形，因此可以避免使用前案所提的 侦测装置。为了更进一步地阐述本发明内容的流经单相线圈L的驱动电流再生动作， 请参考图5 图9所示，图5为本发明内容的驱动电流的驱动路径示意图，图6 为本发明内容的驱动电流的再生路径的示意图，图7为本发明内容的换相后的 驱动电流的驱动路径示意图，图8为本发明内容的换相后的驱动电流的再生路 径示意图。首先，正弦波信号尚未靠近零交越点前，第一驱动讯号S1、 S4及第二驱 动讯号S5、 S8为高电位状态，使得驱动晶体管Ql、 Q4及辅助驱动晶体管Q5、 Q8会导通，而第一驱动讯号S2、 S3及第二驱动讯号S6、 S7为低电位状态， 使得驱动晶体管Q2、 Q3及辅助驱动晶体管Q6、 Q7保持关闭。当驱动晶体管Q1、 Q4导通时，第一驱动电流IL1在已导通(ON)的驱 动晶体管Q1、 Q4、单相线圈L所组成的一点实线的驱动路径(drivingpath) 中，向单相线圈L充电。同时，当辅助驱动晶体管Q5、 Q8导通时，第二驱动 电流IL2在已导通的辅助驱动晶体管Q5、 Q8及单相线圈L所组成的纸面右方 向虚线驱动路径中，向单相线圈L充电，如图5所示。接着，当正弦波信号逐渐靠近零交越点时，第一驱动讯号S1、 S4会由一 变零，使得驱动晶体管Q1、 Q4关闭，而第二驱动讯号S5、 S8则继续保持高电位状态，使得辅助驱动晶体管Q5、 Q8继续保持导通状态。当驱动晶体管 Ql、 Q4关闭时，再生二极管D21、 D22会导通，使得单相线圈L上的纸面右 方向的第一驱动电流IL1在再生二极管D21、 D22、单相线圈L所组成的虚线 的再生路径(recirculatingpath)中，慢慢地消耗并随着时间减少而成为零。当 辅助驱动晶体管Q5、 Q8继续导通时，纸面右方向的第二驱动电流IL2也继续 向单相线圈L充电，如图6所示。由于辅助晶体管Q5、 Q8在驱动能力上远小 于Q1及Q4，大部分驱动电流将延虚线路径再生。如图7所示，当正弦波信 号己达到零交越点时，表示正弦波信号已达到换相的临界点，也就是说在磁滞 效应中已达到换相的临界点(critical point)。此时，第一驱动讯号S1、 S2、 S3、 S4仍保持低电位状态，使得驱动晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4仍保持关闭， 而第二驱动讯号S5、 S8会由一变零，使得辅助驱动晶体管Q5、 Q8关闭，第 二驱动讯号S6、 S7会由零变一，使得辅助驱动晶体管Q6、 Q7导通。当辅助 驱动晶体管Q6、 Q7导通时，第二驱动电流IL2在辅助驱动晶体管Q6、 Q7及 单相线圈L所组成的虚线驱动路径中，向单相线圈L充电，使得单相马达的 旋转装置不会因为正弦波讯号出现零交越点而无法再次启动。当正弦波信号越过了零交越点后，表示正弦波信号己经换相，此时，第一 驱动讯号S2、 S3会由零变一，使得驱动晶体管Q2、 Q3导通，第二驱动讯号 S6、 S7会由零变一，使得辅助驱动晶体管Q6、 Q7导通，而第一驱动讯号S1、 S4与第二驱动讯号S5、 S8仍保持低电位状态，使得驱动晶体管Q1、 Q4及辅 助驱动晶体管Q5、 Q8保持关闭。当驱动晶体管Q2、 Q3导通时，第一驱动电流IL1在已导通的驱动晶体管 Q2、 Q3与单相线圈L所组成点实线的驱动路径中，向单相线圈L充电。由于 辅助驱动晶体管Q6、 Q7也是导通，因此第二驱动电流IL2也向单相线圈L继 续充电。当正弦波信号再一次地靠近零交越点时，第一驱动讯号S2、 S3由一变零， 使得驱动晶体管Q2、 Q3关闭，第二驱动讯号S6、 S7保持高电位状态，使得 辅助驱动晶体管Q6、 Q7也保持导通状态，而第一驱动讯号S1、 S4与第二驱 动讯号S5、 S8仍保持低电位状态，使得驱动晶体管Q1、 Q4及辅助驱动晶体 管Q5、 Q8保持关闭。当驱动晶体管Q2、 Q3关闭时，再生二极管Dll、 D12 会导通，使得单相线圈L上的纸面左方向的第一驱动电流IL1在再生二极管Dll、 D12、单相线圈L所组成的点实线的充电路径中，慢慢地消耗并随着时 间减少而成为零。当辅助驱动晶体管Q6、 Q7继续导通时，纸面左方向的第二 驱动电流IL2也继续向单相线圈L充电。当正弦波信号再一次地达到零交越点上时，表示正弦波信号又达到换相的 临界点。此时，第一驱动讯号S1、 S2、 S3、 S4仍保持低电位状态，使得驱动 晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4仍保持关闭，而第二驱动讯号S5、 S8会由零变一， 使得辅助驱动晶体管Q5、 Q8导通，第二驱动讯号S6、 S7会由一变零，使得 辅助驱动晶体管Q6、 Q7关闭。当辅助驱动晶体管Q6、 Q7关闭时，第二驱动 电流IL2在图5的辅助驱动晶体管Q6、 Q7及单相线圈L所组成的虚线驱动路 径中，向单相线圈L充电。以后就重复上述的动作。由上述可知单相线圈L的一方向的第一驱动电流是在正弦波信号靠近零 交越点时所产生的脉冲期间，缓慢地减少而成为零，并切换为另一方向的第一 驱动电流ILL因此可以抑制单相马达的振动与杂音。此外，第二驱动电流IL2 在正弦波信号到达零交越点时，瞬间启动或关闭，使得在上述脉冲期间仍可继 续向单相线圈L充电，以防止单相马达的旋转装置呈现无法启动的停止状态。 正弦波信号在换相前，有一较长时序的驱动讯号来驱动驱动晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4，以防止单相线圈L上电流突波的发生。虽然，本发明的实施方案中，再生二极管另行设置于驱动晶体管Q1、Q2、 Q3、 Q4与辅助驱动晶体管Q5、 Q6、 Q7、 Q8之外的元件，但是并不局限于此， 就再生二极管而言，其可为驱动晶体管Q1、 Q2、 Q3、 Q4及辅助驱动晶体管 Q5、 Q6、 Q7、 Q8其中两者间的寄生二极管，如此一来，大幅降低单相马达 驱动装置的芯片尺寸。此外，虽然绝对值电路230所设定的基准值为固定的， 也非受限于此，其也可为可变的，因此可以对应各种单相马达的特性的时序信本发明所提供的优点在于，同时利用两组驱动讯号来驱动单相马达。本发明所提供的另一优点在于，同时利用两个驱动电流来驱动单相马达， 且这些驱动电流为同一方向。本发明所提供的再一优点在于，正弦波信号在换相的同时，仍有至少一个 驱动电流在驱动单相马达。本发明所提供的再一优点在于，附加了一组输出较小驱动电流的驱动晶体管，使正弦波信号在换相的同时，单相马达仍能被驱动。本发明所提供的再-优点在于，利用邻再生二极管并搭配单相线圈来组 合再生路径或驱动路径。本发明所提供的再 一优点在于，正弦波信号在换相前，有一较长的时序的 驱动讯号来驱动驱动晶体管，以防止单相线圈上电流突波的发生。附图提供参考与说明使用，并非用来对本发明加以限制。只是以上所述仅 为本发明的较佳可行实施例，所以并不是用于限制本发明的专利保护范围，所 以只要运用本发明说明书及附图内容进行的等效结构变化，都同样包含于本发 明的范围内，特此陈明。
权利要求
1. 一种单相马达的驱动装置，其特征在于包括一驱动晶体管组，用以根据一第一驱动讯号组，来供应一方向的第一驱动电流至一单相线圈；一辅助驱动晶体管组，用以根据一第二驱动讯号组，来供应相同方向的一第二驱动电流至所述单相线圈；以及一控制单元，用以根据所述单相马达的一旋转装置的一旋转位置，来控制所述驱动晶体管组及所述辅助晶体管组间的导通与关闭，以再生所述第一驱动电流及所述第二驱动电流；其中，所述旋转位置控制所述第一驱动讯号组及所述第二驱动讯号组，而所述驱动装置使所述单相线圈上的第一驱动电流再生。
2. 根据权利要求l所述的单相马达的驱动装置，其特征在于还包含一再 生二极管组，用以搭配所述单相线圈来形成一再生路径，提供再生所述第一驱 动电流之用。
3. 根据权利要求l所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述第一驱 动讯号组与所述第二驱动讯号组同时产生。
4. 根据权利要求l所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述第一驱 动讯号组在所述单相马达的一旋转装置旋转至换相位置后启动，且在旋转至换 相位置前关闭。
5. 根据权利要求1所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述第二驱 动讯号组在所述旋转装置旋转至换相位置时启动或关闭。
6. 根据权利要求1所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述第一驱 动讯号组的换相延迟时序较所述第二驱动讯号组大。
7. 根据权利要求1所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述第一驱 动电流大于所述第二驱动电流。
8. 根据权利要求1所述的单相马达的驱动装置，其特征在于所述控制单 元包含一第一脉冲产生器、 一第二脉冲产生器及一讯号调整器。
9. 一种单相马达的驱动方法，其特征在于包含侦测所述单相马达的一旋转装置的旋转位置，产生一正弦波信号；调整所述正弦波信号，以产生具磁滞效应的一放大讯号； 运算所述正弦波信号的位准与，基准值，以产生一绝对值讯号； 运算并处理所述放大讯号及所述绝对值讯号，以同时产生多个第一驱动讯号及多个第二驱动讯号；根据所述第一驱动讯号，使所述驱动晶体管组输出一第一驱动电流； 根据所述第二驱动讯号，使所述辅助驱动晶体管组输出一第二驱动电流-， 根据所述正弦波信号，控制所述驱动晶体管组及所述辅助驱动晶体管组的导通与关闭，来再生所述第一驱动电流及所述第二驱动电流；以及根据所述第一驱动电流及或所述第二驱动电流，来驱动所述旋转装置，使其转动。
10. 根据权利要求9所述的单相马达的驱动方法，其特征在于所述第一驱 动讯号组在所述正弦波信号靠近一零交越点时，由零变一或由一变零。
11. 根据权利要求9所述的单相马达的驱动方法，其特征在于所述第二驱 动讯号在所述正弦波信号到达一零交越点时，由零变一或由 一变零。
12. 根据权利要求9所述的单相马达的驱动方法，其特征在于所述第一驱 动讯号的换相延迟时序较所述第二驱动讯号大。
13. 根据权利要求9所述的单相马达的驱动方法，其特征在于所述第一驱 动电流大于所述第二驱动电流。
全文摘要
一种单相马达的驱动装置及驱动方法，利用一驱动晶体管组及一辅助驱动晶体管组来提供两同方向的驱动电流至单相线圈，再以一控制单元根据单相马达的旋转装置的旋转位置来控制驱动晶体管组及辅助驱动晶体管组的导通与关闭，使单相线圈上的驱动电流再生，以达到降低单相马达的振动、杂音及防止单相马达呈现无法启动的停止状态的目的。
文档编号H02P6/08GK101222195SQ20071000087
公开日2008年7月16日 申请日期2007年1月12日 优先权日2007年1月12日
发明者林怡诚, 萧应辰, 萧祝瓜, 陈议诚 申请人:盛群半导体股份有限公司