[发明专利]用于电动机的反向电流保护控制

说明书

技术领域

本发明总体涉及电动机控制，并且更具体地涉及无刷直流(DC)电动机的控制。

背景技术

无刷DC电动机在广泛的多种应用中被采用，并且(例如)无刷DC电动机的一个应用是作为用于硬盘驱动器(HDD)或光盘驱动器(即数字通用光盘或DVD播放器)的主轴电动机。对于这些应用中的一些应用(如DVD播放器)，电动机的速度控制可能非常重要，因为电动机将频繁地改变速度。这意味着存在制动和加速的瞬变时段。

特别地，对于制动来说，电动机应迅速放慢速度以大体上确保保存适当的功能性，并且在图1中可以看到采用制动方案的系统100-1的示例。在此示例中，电动机110是三相无刷DC电动机，其中每个相位PHA到PHC分别耦合到反相器106的晶体管对Q1/Q2、Q3/Q4以及Q5/Q6(其如图所示为NMOS晶体管)。控制器104-1向反相器106施加脉冲宽度调制(PWM)信号PWM1至PWM6，以控制电动机110的相位PHA至PHC(即驱动电动机110)。但是，在制动期间，电动机110产生通过集成电路(IC)或电动机驱动器102-1的引脚U、V和W到电源引脚VDD上的反向电流或负电流。当发生此情况时，控制器104-1闭合放电电路108的开关S以便通过将晶体管Q8的漏极耦合到电源引脚GND上来启动电流镜Q7和Q8(其如图所示为PMOS晶体管)。这允许反向电流或负电流通过电阻器R2放电。然而，这种布置的一个问题是晶体管Q7和Q8可以占据IC 102-1的面积的较大部分以充分大到足以承载反向电流，因此作为一个替代方案(在图2中示出)，可以移除放电电路108并且采用几种不同类型的制动方案(如图3和图4中所示)。

对于一个方案(其在图3中示出)，控制器104-2可以停用或“关闭”晶体管Q1至Q6，使反相器106处于高阻抗或HIZ模式中。机械摩擦(即来自轴承)可以用于减慢电动机110的转速。通常，为使此情况发生，向控制器104-2发出的速度指令在时间T1处从代码L1(其对应于目标转速ω1)变化到代码L3(其对应于未示出的目标转速)以使得产生负电流或反向电流。在此时，反相器106被置于HIZ(断开)状态或模式，但是由于摩擦导致的损耗通常如此小以至于电动机110在所需的减速期间内(即在时间T1与T2之间)并未达到所需的目标速度ω2(其与代码L2相关联)。相反，电动机110在时间T2处达到高得多的速度ω3。

对于另一方案(其在图4中示出)，可以采用短的制动周期。在时间T3与T4之间的周期期间，将向控制器104-2发出的速度指令设定成代码L3(其对应于未示出的目标转速)。因此，控制器104-2使反相器106处于制动模式或状态。在此制动状态中，晶体管Q1、Q3和Q5被停用或“关闭”，而晶体管Q2、Q4和Q6被启用或“打开”。这使得反向电流或负电流通过引脚COMM流回以便通过电阻器R1耗散。使用这种短的制动周期能有效地使电动机110在所需的减速周期内(即在时间T3与T4之间)放慢速度到所需速度或目标速度，但是速度并不稳定。确实会发生一些“振铃瞬变(ringing)”。

因此，需要无刷DC电动机的制动的改进方法和/或设备。

常规系统的一些示例是：美国专利第6,528,968号、美国专利第7,309,967号、美国专利第8,098,031号、美国专利预授权公开第2009/0218972号。

发明内容

一种示例性设备实施例包括反相器以及控制器，所述反相器被配置为耦合到电动机；所述控制器具有：耦合到反相器的脉冲宽度调制(PWM)发生器；耦合到PWM的反向电流检测器；耦合到PWM发生器并且被配置为接收目标速度信号的控制逻辑；以及耦合到反向电流检测器和控制逻辑的反向电流逻辑，其中反向电流逻辑被配置为接收目标速度信号、制动参数以及转速参数，并且其中当检测到反向电流时，反向电流逻辑被配置为至少部分基于目标速度信号、制动参数以及转速参数计算基于制动时间间隔的制动与断开的比率。

在一种形式中，反向电流逻辑被配置为向控制器提供控制信号以便将制动与断开的比率应用到反相器上。

在一种形式中，反向电流被配置为针对多个制动时间间隔反复地计算多个制动与断开的比率，以实现由目标速度信号指示的目标速度。

在一种形式中，反向电流逻辑进一步包括有限状态机。

在一种形式中，反向电流检测器进一步包括：耦合到PWM发生器的电阻器；以及耦合到电阻器的比较器。

在一种形式中，旋转参数被配置为是电动机的转速。