专利名称：相位调整电路、电动机驱动控制电路和电动机设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种能够调整具有第一相位、第二相位和第三相位的正弦波信号的相位的相位调整电路，其中各个相位之间的相位差为120°；一种包括此相位调整电路的电动机驱动控制电路，其控制一个诸如使光盘旋转的主轴电动机或者此类的三相无刷电动机的驱动的相位调整电路；一个具有此电动机驱动控制电路的电动机设备。
背景技术：
通常，如日本专利申请公开号NO.2002-84772和日本专利申请公开号NO.2003-111481所公开的电动机设备就是此类型的电动机设备。附图4示出了该电动机设备。该电动机设备101包括旋转位置检测单元HU、HV和HW，它们是检测电动机的转子的位置并输出旋转位置信号的霍尔单元；电动机驱动控制电路102，其根据旋转位置信号和电动机控制命令部分(附图中没有显示)发出的一条命令输出PWM信号；功率驱动器103，其使与PWM信号相对应的驱动电流流向电动机的电枢线圈LU、LV和LW。旋转位置信号是具有由旋转位置检测单元HU输出的差分U相位信号HU+和HU-、旋转位置检测单元HV输出的差分V相位信号HV+和HV-、旋转位置检测单元HW输出的差分W相位信号HW+和HW-组成，且各个相位之间的相位差为120°的三相正弦波信号。
电动机驱动控制电路102包括旋转位置信号放大器110到112，它们是以固定放大率放大旋转位置信号HU+和HU-、HV+和HV-以及HW+和HW-并输出正弦波信号U+、U-、V+、V-、W+和W-的三个霍尔放大器；自动增益控制(AGC)电路113，其使每个正弦波信号U+、U-、V+、V-、W+和W-超前30°相位，并以与转矩控制电路118输出的控制电压相对应的增益对信号进行放大，输出信号UHL、VHL和WHL；以及三个PWM输出比较器114、115和116，它们分别把UHL、VHL和WHL信号输入到同相端子，把来自三角波发生器117的三角波输入到反相端子(共同的)，并输出比较结果的PWM信号。这里将正弦波信号U+、U-、V+、V-、W+和W-的相位超前30°的目的是为了施加具有使电动机转子以最大效率旋转的定时的磁场。此外，转矩控制电路118根据电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流输出一个控制自动增益控制电路113的控制电压，以及一个用于控制电动机转速的转矩控制电压TORQUE，它是来自电动机控制命令部分的一条命令。
然而，线路中会产生延迟，由组成电动机设备的元件和电路的工作会引起(元件延迟或电路延迟)延迟，从旋转位置检测单元HU、HV和HW输出旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-开始，直到相应的驱动电流流到各自电枢线圈LU、LV和LW为止。该延迟导致了相位的偏移，所以即使自动增益控制电路113被设定在30°的最佳超前相位角，磁场也无法在最佳的时刻被施加于转子上。
通常，使光盘旋转的主轴电动机的电动机转速会根据光盘的读取速度和写入速度改变。例如，对于CD-R/RW电动机设备，执行读取的电动机转速大约是4000到10000rpm，执行写入的电动机转速大约是1000到2000rpm。同时，上文所述的电动机设备的延迟是基本上恒定的量，与电动机转速无关，并且与此延迟对应的角度随电动机转速的增加而增加。例如，若转速是1000rpm时角度是1.5°，转速是6000rpm时角度大约是9°。这样，如果电动机转速增加，就会从最佳相位超前角(30°)产生很大偏移，结果电动机的效率下降。此外，如果最佳相位角的偏移很大，旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-的波形就会失真，电枢线圈LU、LV和LW的相应的驱动电流的波形也会失真，因此电动机产生的噪声就会增加。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的优选实施例提供了；一种能够对三相正弦波信号进行精细相位调整(fine phase adjustment)的相位调整电路、一种能够通过宽的电动机转速范围提高效率和降低噪声并包括上述新颖的相位调整电路的电动机驱动控制电路、以及一种包括该新颖的电动机驱动控制电路的电动机设备。
为了解决上述问题，本发明优选实施例的相位调整电路是这样的相位调整电路输入第一相位、第二相位和第三相位正弦波信号，且各个相位之间的相位差为120°，并通过相位调整电压调整这些信号的相位，输出第一相位、第二相位和第三相位的正弦波信号，其中通过对第一相位的输入正弦波信号和乘以与相位调整电压相对应的比值后的第二相位或第三相位输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为两个相位之一的正弦波信号输出；通过对第二相位的输入正弦波信号和乘以所述比值后的第三相位或第一相位的输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为两个相位之一的正弦波信号输出；通过对第三相位的输入正弦波信号和乘以所述比值后的第一相位或第二相位的输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为两个相位之一的正弦波信号输出。
优选地，此相位调整电路输出从第一相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第二相位的输入正弦波信号的反相信号所获得的信号，作为第二相位的正弦波信号；输出从第二相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第三相位的输入正弦波的反相信号所获得的信号，作为第三相位的正弦波信号；输出从第三相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第一相位的输入正弦波信号的反相信号所获得的信号，作为第一相位的正弦波信号。
优选地，此相位调整电路输出通过合成与第一相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、与所述电流反向流动并与乘以所述比值后的第二相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、校正这些电流的直流电平差值的直流电流所获得的信号，作为第二相位的正弦波信号；以及输出通过合成与第二相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、与所述电流反向流动并与乘以所述比值后的第三相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、校正这些电流的直流电平差值的直流电流所获得的信号，作为第三相位的正弦波信号；输出通过合成与第三相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、与所述电流反向流动并与乘以所述比值后的第一相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的电流、校正这些电流的直流电平差值的直流电流所获得的信号，作为第一相位的正弦波信号。
本发明优选实施例的电动机驱动控制电路包括旋转位置信号放大器，其输入并放大U相位、V相位和W相位的旋转位置信号；上述的相位调整电路，其输入由旋转位置信号放大器输出的U相位、V相位和W相位信号，作为第一相位，第二相位和第三相位正弦波信号；以及自动增益控制电路，其输入由相位调整电路输出的U相位、V相位和W相位信号，其增益根据电动机电枢线圈的驱动电流被反馈控制。
优选地，电动机驱动控制电路还包括脉冲序列生成电路，其根据U相位、V相位和W相位的旋转位置信号中的至少一个生成周期性的脉冲序列；以及频率电压转换电路，其将脉冲序列的频率转换为相应电压，并将此电压作为相位调整电压输出。
本发明优选实施例的电动机设备包括上述的电动机驱动控制电路；功率驱动器；其由电动机驱动控制电路控制并驱动电动机的电枢线圈；以及旋转位置检测单元，其检测电动机转子位置并输出旋转位置信号。
由于本发明优选实施例的相位调整电路使用与相位调整电压对应的比值计算两个输入正弦波信号，并且将得出的信号作为其中一个正弦波信号输出，所以该电路能够实现精细(fine)的相位调整。此外，由于本发明优选实施例的电动机驱动控制电路和电动机设备通过相位调整电路实现了U相位、V相位和W相位的相位调整，由线路引起的延迟和由电路或元件的工作引起的延迟能够得到补偿，因此可以通过驱动电动机在宽的电动机转速范围内以最佳时间来提高电动机设备的效率并降低噪声。
本发明的其它特点、要素、特征和优点通过对下面参考附图的本发明优选实施例的详细描述将变得更加明显。
图1是本发明优选实施例的电动机设备的一个总体结构图。
图2是附图1所示本发明优选实施例的相位调整电路的操作原理。
图3是附图1所示本发明优选实施例的相位调整图的电路图。
图4是一个常规电动机设备的总体结构图。
具体实施例方式
本发明优选实施例的相位调整电路、电动机驱动控制电路和电动机设备将在下面详细描述。如附图1所示，电动机设备1最好包括旋转位置检测单元HU、HV和HW，它们最好是检测电动机转子位置并输出旋转位置信号的霍尔单元；电动机驱动控制电路2，其根据旋转位置信号和电动机控制命令部分(附图中没有示出)的命令输出PWM信号；以及功率驱动器3，其使与PWM信号相对应的驱动电流流向电动机的电枢线圈LU、LV和LW。旋转位置信号是由旋转位置检测单元HU输出的差分U相位信号HU+和HU-、旋转位置检测单元HV输出的差分V相位信号HV+和HV-和旋转位置检测单元HW输出的差分W相位信号HW+和HW-组成的三相正弦波信号。各个相位之间的相位差为120°。
电动机驱动控制电路2最好包括旋转位置信号放大器10到12，它们最好是以固定放大率放大旋转位置信号HU+和HU-、HV+和HV-、HW+和HW-，并输出正弦波信号U+，U-，V+，V-，W+和W-的三个霍尔放大器；以及的相位调整电路20，其通过使相位调整电压VDEG+和VDEG-操作正弦波信号U+、U-、V+、V-、W+和W-来执行相位调整，并输出正弦波信号AU+、AU-、AV+、AV-、AW+和AW-；自动增益控制(AGC)电路13，其输入正弦波信号AU+、AU-、AV+、AV-、AW+和AW-，并根据转矩控制电路18输出的控制电压的增益放大这些信号，并输出信号UHL、VHL和WHL；以及三个PWM输出设备14，15和16，它们分别输入UHL、VHL和WHL信号和来自三角波发生器17的三角波，并输出PWM信号。此电动机驱动控制电路2还包括脉冲序列生成(FG)电路21，其使用三相旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-中至少一个产生周期性的脉冲序列；以及频率电压(F-V)转换电路22，其将脉冲序列的频率转换为电压，并输出相位调整电压VDEG+和VDEG-。
下面以更具体的术语来描述电动机驱动控制电路2的各个部分。旋转位置信号放大部分10最好是一个U相位差分放大器，其分别输入旋转位置检测单元HU的旋转位置信号HU+和HU-到同相输入端子和反相输入端子，以固定的放大率放大这些信号，并输出放大的信号。旋转位置信号放大部分11最好是一个V相位差分放大器，其分别输入旋转位置检测单元HV的旋转位置信号HV+和HV-到同相输入端子和反相输入端子，以固定的放大率放大这些信号，并输出放大的信号。旋转位置信号放大部分12最好是一个W相位差分放大器，其分别输入旋转位置检测单元HW的旋转位置信号HW+和HW-到同相输入端子和反相输入端子，以固定放大率放大这些信号，并输出放大的信号。
相位调整电路20输入由旋转位置信号放大器10到12输出的正弦波信号，例如差分U相位(第一相位)信号U+和U-、差分V相位(第二相位)信号V+和V-和差分W相位(第三相位)信号W+和W-，来实现各自信号的调整从而使得相位可以任意超前α(后面介绍)比值，并输出U相位(第一相位)信号AU+和AU-、V相位(第二相位)信号AV+和AV-和W相位(第三相位)信号AW+和AW-。如下文即将说明的，如果α＝0，相位超前角是60°，如果α＝1，相位超前角是30°，如果α＝2，相位超前角大约是19.1°。振幅也会随相位超前角的增加而增加，如果α＝0，是1倍，如果α＝1，大约是1.73倍，如果α＝2，约是2.65倍。这里，比值α依据相位调整电压VDEG+和VDEG-来表示；如果这些电压的差值为0，则α＝1。这个30°的超前角是一个基准角。如果差值是负数，α＞1，α的最大值是2。如果差值是正数，α＜1，α的最小值是0。
这里，要在α＜1的范围内进行调整以将相位超前角设定为30°(这是最佳的相位超前角)，这样，在从旋转位置检测单元HU、HV和HW输出旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-开始，到相应的驱动电流流到各自电枢线圈LU、LV和LW为止的全部的延迟期间实现补偿。然而，在旋转位置检测单元HU、HV和HW与LU、LV和LW分别配置而对相关的偏移进行了补偿的情况下可能需要在α＜2的范围内进行调整。
自动增益控制电路13输入由相位调整电路20输出的正弦波信号AU+、AU-、AV+、AV-、AW+和AW-，以与转矩控制电路18输出的控制电压相对应的增益放大这些信号，并输出信号UHL、VHL和WHL。此增益根据电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流，通过转矩控制电路18被反馈控制。
作为自动增益控制电路13工作的结果，与相位调整电路20的相位超前角一起发生的振幅增加得到补偿。换句话说，由自动增益控制电路13输出的正弦波信号UHL、VHL和WHL的振幅受到了上文提及的反馈控制。结果，即使输入的正弦波信号AU+、AU-、AV+、AV-、AW+和AW-的振幅增加了比值α，上文提及的信号也不受此影响。
PWM输出比较器14到16分别输入由自动增益控制电路13输出的信号UHL、VHL和WHL到各自的同相输入端子，输入来自三角波发生器17产生的三角波到反相输入端子(共同的)，并且输出这些信号的比较所产生的PWM信号，由此控制功率驱动器3。对于每一个信号UHL、VHL和WHL，U相位、V相位或W相位的PWM信号在电压高于三角波的高电平“on”期间被输出。
转矩控制电路18输入电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流和用来控制电动机转速的转矩控制电压TORQUR，并输出控制自动增益控制电路13的控制电压。转矩控制电压TORQUE由包括CPU或其它适合的控制器的电动机控制命令部分(附图未示出)所控制。电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流在U相位、V相位和W相位的PWM信号各自的“on”期间流动，并根据各自的实际相位变化。转矩控制电路18通过检测的阻抗将这些驱动电流转换为电压，比较峰值电压或平均电压与转矩控制电压TORQUE，并输出结果给自动增益控制电路13。
如上所述，脉冲序列生成电路21使用三相旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-中至少一个来产生周期性的脉冲序列。例如，如果只使用了U相位的同相信号HU+，则产生与此信号的频率相等的脉冲序列。此外，如果三个相位的同相信号HU+、HV+和HW+都被使用，就会产生三倍于这些信号的频率的脉冲序列。
频率电压转换电路22将脉冲序列生成电路21输出的脉冲序列的频率转换为相应的电压，并将此电压作为相位调整电压VDEG+和VDEG-输出。如上所述，从旋转位置检测单元HU、HV和HW输出旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-开始，直到相应的驱动电流流到各自的电枢线圈LU，LV和LW为止的全部延迟实质上是常量，与电动机的rpm无关，与此延迟对应的角随着电动机转速的增加而增加。因此，在频率电压转换电路22中，当输入脉冲序列的频率增加时，差分电压VDEG+和VDEG-之间的差值向正的方向增加，从而比值α降低，而相位调整电路20的超前角增加。这样，电动机可以在最佳时刻以电动机转速的自动响应被驱动，从而使在宽的电动机转速范围内提高电动机设备的效率和降低噪声成为可能。
此外，例如，当电动机的rpm在CD-R电动机设备或此类设备中相对较小的情况下，脉冲生成电路21和频率电压转换电路22可省略，相位调整电压VDEG+和VDEG-可以设为固定电压。在这种情况下，固定电压取决于从旋转位置检测单元HU、HV和HW输出旋转位置信号HU+、HU-、HV+、HV-、HW+和HW-开始，到相应的驱动电流流到各自被涉及的电枢线圈LU、LV和LW为止的全部延迟。
接下来，对电动机设备1的电动机转速控制操作进行说明。在转矩控制电路18的峰值电压或平均电压比转矩控制电压TORQUE低的情况下，转矩控制电路18输出控制电压从而使由自动增益控制电路13输出的正弦波信号UHL、VHL和WHL的振幅增大。因此，在PWM输出设备14到16中生成一个具有长的“on”周期的PWM信号，并输出到功率驱动器3。结果，功率驱动器3增大了流向电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流，因而电动机转速就增加了。这些驱动电流在转矩控制电路18中被转换为电压，峰值电压或平均电压会与转矩控制电压再次进行比较。这个循环操作被重复，当峰值电压或平均电压与转矩控制电压TORQUE相符时稳定运行。相反的，在转矩控制电路18的峰值电压或平均电压比转矩控制电压TORQUE高的情况下，输出一个电压以至于由自动增益控制电路13输出的正弦波信号UHL、VHL和WHL的振幅被减小。因此，在PWM输出比较器14到16中生成具有短的“on”周期的PWM信号并输出到功率驱动器3。其结果是，功率驱动器3使流向电枢线圈LU、LV和LW的驱动电流减小，所以电动机转速下降。这些驱动电流在转矩控制电路18被转换为电压，峰值电压或平均电压与转矩控制电压TORQUE再次比较。这个循环操作被重复，并且当峰值电压或平均电压与转矩控制电压TORQUE相符时稳定运行。
下面，参考附图2描述相位调整电路20的工作原理。在附图中，相位超前的方向选为顺时针方向。V相位同相信号V+相对于U相位同相信号U+超前120°，W相位同相信号W+相对于V相位同相信号V+超前120°，U相位同相信号U+相对于W相位同相信号W+超前120°。此外，U相位反相信号U-位于与U相位同相信号U+相差180°的位置上，V相位反相信号V-位于与V相位同相信号V+相差180°的位置上，W相位反相信号W-位于与W相位同相信号W+相差180°的位置上。
例如，为了实现调整而使U相位的同相信号U+超前30°，在信号U-没有被放大或衰减的情况下(例如信号U-被乘以一个α＝1的比值)，从W相位的反相信号W-减去U相位的反相信号U-。减去U相位反相信号U-与加上U相位同相信号U+是一样的。为了将U相位同相信号U+超前多于30°，在将信号U-衰减后(例如信号U-被乘以一个α＜1的比值)，再从W相位的反相信号W-减去U相位的反相信号U-。因此当U相位同相信号U+超前到60°的情况下(直到W相位反相信号W-)，减去逐渐衰减到0的U相位反相信号U-。相反的，为了使U相位同相信号U+以小于30°超前，可将信号U-放大后(例如信号U-被乘以一个α＞1的比值)，再从W相位的反相信号W-减去U相位的反相信号U-。在相位调整电路20中，由于U相位反相信号U-的放大率被设置为2倍的最大值，最小的超前角大约是19.1°。因此，相位调整电路20的U相位同相信号U+的调整范围扩展到了大约19.1°到大约60°。U相位反相信号U-和V相位，W相位的同相和反相信号(然而，附图2中没有显示U-，V-和W-的调整)的调整也是一样。此外，随着相位超前角的增加，振幅也会增加。
下面将参考附图3描述用来实现此操作原理的相位调整电路20的特定电路。相位调整电路最好包括相位调整电压输入电路24、U相位处理电路25、V相位处理电路26、W相位处理电路27、DC电平校正电路28和电压转换电路29。在这些处理电路25，26，27中，与各个差分信号U+和U-、V+和V-或W+和W-之间的差值相对应的电流被生成，然后，通过将上述电流值乘以1和比值α所获得的电流(1倍电流和α倍电流)被生成。1倍电流是供应方向的电流，例如源电流；α倍电流是提取方向的电流，例如宿电流(sink current)。相减由通过连接线路的特定组合所合成的电流来进行。例如，由W相位处理电路27产生的与反相信号W-相对应的1倍电流被提供给连接AU+端子的线路；由U相位处理电路25产生的与反相信号U-相对应的α倍电流从此线路中提取。得到的合成电流的DC电平被DC电平校正电路28校正，并被电压转换电路29使用基准电位VREF转换为电压作为基准。详细的电路配置和操作将在下面描述。
相位调整电压输入电路24最好包括NPN型晶体管30，其输入相位调整电压的反相电压VDEG-到它的基极；NPN型晶体管，其输入相位调整电压的同相电压VDEG+到它的基极；连接晶体管30和31发射极的电阻34；位于晶体管30和31各自发射极和地电势之间的恒流源32和33；各自集电极和基极分别连接晶体管30和31的集电极的PNP型晶体管35和36；以及发射极连接到晶体管35和36的相互连接的发射极的NPN型晶体管37，它的基极和集电极连接到电源Vcc。反相电压Vdeg-和同相电压Vdeg+分别从晶体管30的集电极和晶体管35的集电极之间的连接点、以及晶体管31的集电极和晶体管36的集电极之间的连接点输出。相位调整电压VDEG+和VDEG-被相位调整电压输入电路24转换为具有由后继电路25到28操作的输入电平的电压Vdeg+和Vdeg-。
U相位处理电路25最好包括输入U相位同相信号U+到它的基极的NPN型的晶体管40u；输入U相位反相信号U-到它的基极的NPN型的晶体管41u；连接晶体管40u和41u的发射极之间的电阻44u；位于晶体管40u和41u各自发射极和地电势之间的具有电流值Ia的恒流源42u和43u；各自集电极和基极分别连接晶体管40u和41u的集电极的PNP型的晶体管45u和55u，它们的发射极连接电源Vcc；与晶体管45u组成电流镜像电路的PNP型晶体管46u；与晶体管45u组成电流镜像电路的PNP型晶体管47u和48u，它们的集电极互相连接；输入反相电压Vdeg-到基极，发射极连接晶体管47u和48u的集电极的PNP型晶体管50u；输入同相电压Vdeg+到基极，发射极连接晶体管47u和48u的集电极，集电极接地的PNP型晶体管51u；集电极和基极连接晶体管50u的集电极，发射极接地的NPN型晶体管52u；与晶体管52u组成电流镜像电路的NPN型晶体管53u；与晶体管55u组成电流镜像电路的PNP型晶体管56u；与晶体管55u组成电流镜像电路的PNP型晶体管57u和58u，它们的集电极互相连接；输入反相电压Vdeg-到基极，发射极连接晶体管57u和58u的集电极的PNP型晶体管60u；输入同相电压Vdeg+到基极，发射极连接晶体管57u和58u的集电极的PNP型晶体管61u，它的集电极接地；集电极和基极连接晶体管60u的集电极，发射极接地的NPN型晶体管62u；与晶体管62u组成电流镜像电路的NPN型晶体管63u。晶体管46u的集电极连接AV-的输出端子，晶体管56u的集电极连接AV+的输出端子。此外，晶体管53u的集电极连接AV-的输出端子，晶体管63u的集电极连接AV+的输出端子。V相位处理电路26和W相位处理电路27最好包括与U相位处理电路25完全同样的电路单元。因此，这些电路的内部构造的描述被省略。
下面描述输出端子AU+的输出电压。在W相位处理电路27中，流向晶体管55w的电流根据W相位信号W+和W-变化。在特定条件下，如果W相位信号W+和W-间的差别为零，Ia的电流就会流向晶体管55w。如果W相位信号W+和W-间的差别为正，流向晶体管55w的电流会减少。相反的，如果W相位信号W+和W-间的差别为负，流向晶体管55w的电流会增加。换句话说，具有DC电平Ia的正弦波电流根据正弦波的W相位信号W+和W-流向晶体管55w。Ia的最大振幅可能是这些正弦波电流的最大振幅。与晶体管55w的电流值相同的电流也流向晶体管56w，此电流在提供电流的方向流向连接输出端子AU+的线路。
同时，在U相位处理电路25中也一样，具有DC电平Ia的正弦波电流根据U相位正弦波信号U+和U-流向晶体管55u。与此晶体管55u的电流相等的电流也流向晶体管57u和58u。如果同相电压Vdeg+和反相电压Vdeg-的差值为零，流向晶体管58u的电流分量‘原样’流向晶体管62u。如果同相电压Vdeg+和反相电压Vdeg-的差值为负，流向晶体管58u的电流分量的一部分通过晶体管61u流向地电势。因此流向晶体管62u的电流被降低。相反的，如果同相电压Vdeg+和反相电压Vdeg-的差值为正，流向晶体管57u的电流分量的一部分加到流向晶体管58u的电流分量上，从而流向晶体管62u的电流被增加。换句话说，通过将流向晶体管55u的电流乘以与同相电压Vdeg+和反相电压Vdeg-的差值相应的比值α而产生的电流流向晶体管62u。与晶体管62u的电流值相等的电流流向晶体管63u，且此电流在提取方向从连接的线路流向输出端子AU+。
因此，如果提供给连接到输出端子AU+的线路的电流比提取电流的电流值大，则电压转换电路29就会输出正电压给输出端子AU+(以基准电压VREF为基准)。相反，如果提供给连接到输出端子AU+的线路的电流比提取电流的电流值小，电压转换电路29就会输出负电压给输出端子AU+(以基准电压VREF为基准)。这样电压W--αU-从输出端子AU+输出(以基准电压VREF为基准)。例如，α＝0的情况下，与W相位反相信号W-相位相同，并且振幅乘以1倍的信号被输出。α＝1的情况下，角度位于W相位反相信号W-和U相位同相信号U+(与U相位反相信号U-反相的信号)中心的信号被输出，例如角度超前30°、振幅大约1.73倍的情况。在α＝2的情况下，超前U相位同相信号U+大约19.1°，振幅大约2.65倍的信号被输出。
此外，当具有DC电平Ia的正弦波电流根据正弦波的W相位信号W+和W-流向晶体管56w时，具有DC电平α×Ia的正弦波电流根据正弦波的U相位信号U+和U-流向晶体管63u。因此，连接到输出端子AU+的线路上的电流具有DC电平(1-α)×Ia。校正此DC电平的DC电平校正电路28将在下面描述。
DC电平校正电路28最好包括电流值为Ia的恒流源70，其一端接地；集电极和基极连接恒定电流源70另一端、发射极连接电源Vcc的PNP型晶体管71；与晶体管71组成电流镜像电路、集电极互相连接的PNP型晶体管72和73；与晶体管71组成电流镜像电路的PNP型晶体管74和79；基极输入反相电压Vdeg-、发射极连接晶体管72和73的集电极、集电极接地的PNP型晶体管81；基极输入同相电压Vdeg+，发射极连接晶体管72和73的集电极的PNP型晶体管82；集电极和基极连接晶体管82的集电极、发射极接地的NPN型的晶体管83；与晶体管83组成电流镜像电路、集电极分别连接晶体管74到79的集电极的NPN型晶体管84到89。晶体管74到79和晶体管84到89之间的各个连接点与六个诸如输出端子AU+之类的输出端子连接。
在此DC电平校正电路28中，电流Ia流向晶体管71到79。流向晶体管83的电流会根据同相电压Vdeg+和反相电压Vdeg-间的差值而变化，并为(2-α)×Ia。与晶体管83的电流值相等的电流会流向晶体管84到89。由于此电流由晶体管71到79的电流Ia合成，DC电平校正电路28输出DC电平(α-1)×Ia。通过合成此DC电流和上述具有DC电平(1-α)×Ia的电流产生具有0DC电平的电流。这样，DC电平被DC电平校正电路28校正。
下面描述电压转换电路29。电压转换电路29最好包括电阻90到95，每一个的其中一端分别连接六个比如输出端子AU+之类的输出端子的其中之一，每一个的另一端共同连接基准电势VREF。输入电压转换电路29的电流乘以电阻90到95的阻值所产生的电压被输出。
这样，由于相位调整电路20包括相位调整电压输入电路24、U相位处理电路25、V相位处理电路26、W相位处理电路27、DC电平校正电路28以及电压转换电路29，比值α依据相位调整电压VDEG+和VDEG-被调节，然后，从W相位同相信号W+的反相信号(例如W-)中减去乘以比值α后的U相位同相信号U+的反相信号(例如U-)所获得的信号作为U相位同相信号AU+被输出。从U相位同相信号U+的反相信号(例如U-)中减去乘以比值α后的V相位同相信号V+的反相信号(例如V-)所获得的信号作为V相位同相信号AV+被输出。从V相位同相信号V+的反相信号(例如V-)中减去乘以比值α后的V相位同相信号W+的反相信号(例如W-)所获得的信号作为W相位同相信号AW+被输出。此外，从W相位反相信号W-的反相信号(例如W+)中减去乘以比值α后的U相位反相信号U-的反相信号(例如U+)所获得的信号作为U相位反相信号AU-被输出。从U相位反相信号U-的反相信号(例如U+)中减去乘以比值α后的V相位反相信号V-的反相信号(例如V+)所得到的信号作为V相位反相信号AV-被输出。从V相位反相信号V-的反相信号(例如V+)中减去乘以比值α后的W相位反相信号W-的反相信号(例如W+)所获得的信号作为W相位反相信号AW-被输出。
本发明并不限于上述优选实施例。在下面的权利要求的范围内，各种设计的改进是可能的。例如，优选实施例中描述的相位调整电路20最好是这样的电路输入用于调整相位的三相差分信号和差分电压，这三个相位可调，并输出三相差分信号AU+、AU-、AV+、AV-、AW+和AW-。然而，只输出三相同相信号AU+、AV+和AW+的电路也是可以的。在这种情况下，与差分信号的输出相比，由于电路的输入偏移，输入信号经例如自动增益控制电路13之类的后继电路的正弦波精确处理可能会有下降。然而，相位调整电路20的电路规模可以减小。此外，DC电平校正电路28的排列方式被设置为简化自动增益控制电路13输入级的结构。然而，也可以通过在自动增益控制电路13中设置一个类似的电路或设置一个通过大容量耦合电容输入AC的电路来省略相位调整电路20中的DC电平校正电路28。此外，可以通过在自动增益控制电路13的输入级设置一个类似电路或在自动增益控制电路13的后面设置一个输入瞬间电流的电路来省略电压转换电路29。
此外，如上所述的相位调整电路20的操作原理可以由上述的相对简单的电路实现。然而，能够被一个复杂电路，如输出由U相位同相信号U+和V相位同相信号V+计算出的信号AU+的电路实现的另一个操作原理也可以被使用。
权利要求
1.一种相位调整电路，所述相位调整电路输入第一、第二和第三相位的正弦波信号，各个第一、第二和第三相位之间的相位差值为120°，并且所述相位调整电路通过相位调整电压调整正弦波信号的相位，并输出第一相位、第二相位和第三相位的正弦波信号；其中，通过对第一相位的输入正弦波信号和乘以与相位调整电压相对应的比值后的第二相位或第三相位的输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为第一、第二和第三相位之一的正弦波信号输出；通过对第二相位的输入正弦波信号和乘以所述比值后的第三相位或第一相位的输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为第一、第二和第三相位之一的正弦波信号输出；通过对第三相位的输入正弦波信号和乘以所述比值后的第一相位或第二相位的输入正弦波信号进行运算所获得的信号，被作为第一、第二和第三相位之一的正弦波信号输出。
2.如权利要求1所述的相位调整电路，其中所述相位调整电路输出从第一相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第二相位的输入正弦波信号的反相信号所获得的信号，作为第二相位的正弦波信号；输出从第二相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第三相位的输入正弦波信号的反相信号所获得的信号，作为第三相位的正弦波信号；以及输出从第三相位的输入正弦波信号的反相信号减去乘以所述比值后的第一相位的输入正弦波信号的反相信号所获得的信号，作为第一相位的正弦波信号。
3.如权利要求1或权利要求2所述的相位调整电路，其中所述相位调整电路输出通过合成与第一相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第一电流、反向流动并与乘以所述比值后的第二相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第二电流、以及校正第一和第二电流的直流电平差值的直流电流所获得的第一信号，作为第二相位的正弦波信号；输出通过合成与第二相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第三电流、反向流动并与乘以所述比值后的第三相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第四电流、以及校正第三和第四电流的直流电平差值的直流电流所获得的第二信号，作为第三相位的正弦波信号；输出通过合成与第三相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第五电流、反向流动并与乘以所述比值后的第一相位的输入正弦波信号的反相信号相对应的第六电流、以及校正第五和第六电流的直流电平差值的直流电流所获得的第三信号，作为第一相位的正弦波信号。
4.如权利要求1所述的相位调整电路，其中所述相位调整电压是恒定值。
5.如权利要求1所述的相位调整电路，其中所述相位调整电压是变化值。
6.如权利要求1所述的相位调整电路，其中第一、第二和第三相位的输入正弦波信号的相位任意地超前根据所述比值所确定的相位超前角；其中所述的相位超前角的范围从大约19.1°到大约60°。
7.如权利要求6所述的相位调整电路，其中如果所述比值等于0，所述相位超前角约为60°；如果所述比值等于1，所述相位超前角约为30°；如果所述比值等于2，所述相位超前角约为19.1°。
8.如权利要求6所述的相位调整电路，其中第一、第二和第三相位的输入正弦波信号的振幅随相位超前角增大。
9.如权利要求8所述的相位调整电路，其中如果所述比值等于0，振幅增加1倍；如果所述比值等于1，振幅大约增加1.73倍；如果所述比值等于2，振幅大约增加2.65倍。
10.如权利要求1所述的相位调整电路，包括相位调整电压输入电路、U相位处理电路、V相位处理电路、以及W相位处理电路。
11.如权利要求10所述的相位调整电路，还包括直流电平校正电路和电压转换电路。
12.如权利要求10所述的相位调整电路，其中相位调整电压输入电路包括多个NPN型晶体管、多个PNP型晶体管和至少一个电阻器。
13.如权利要求10所述的相位调整电路，其中U相位处理电路、V相位处理电路和W相位处理电路的每一个包括多个NPN型晶体管、多个PNP型晶体管和至少一个电阻器。
14.如权利要求11所述的相位调整电路，其中直流电平校正电路包括恒流源、多个PNP型晶体管和多个NPN型晶体管。
15.如权利要求11所述的相位调整电路，其中电压转换电路包括多个电阻器。
16.如权利要求1所述的相位调整电路，其中所述比值根据至少两个相位调整电压进行调整。
17.一种用于电动机设备的电动机驱动控制电路，包括旋转位置信号放大器，所述旋转位置信号放大器输入并且放大U相位、V相位和W相位的旋转位置信号；如权利要求1所述的相位调整电路，所述相位调整电路输入由旋转位置信号放大器输出的U相位、V相位和W相位信号作为第一相位、第二相位和第三相位的正弦波信号；自动增益控制电路，所述自动增益控制电路输入由相位调整电路输出的U相位、V相位和W相位信号，其增益根据电动机的电枢线圈的驱动电流被反馈控制。
18.如权利要求17所述的电动机驱动控制电路，还包括脉冲序列生成电路，所述脉冲序列生成电路根据U相位、V相位和W相位的旋转位置信号的至少之一产生周期性的脉冲序列；频率电压转换电路，所述频率电压转换电路将脉冲序列的频率转换为相应电压，并输出此电压作为所述相位调整电压。
19.一种电动机设备，包括如权利要求17或权利要求18所述的电动机驱动控制电路；功率驱动器，所述功率驱动器由电动机驱动控制电路所控制，并驱动电动机的电枢线圈；以及，旋转位置检测单元，所述旋转位置检测单元检测电动机的转子位置，并输出旋转位置信号。
全文摘要
一种相位调整电路、电动机驱动控制电路和电动机设备，被构造为补偿此电动机设备工作中的延迟，从而，在宽的电动机转速范围内通过在最佳定时驱动提高效率和降低噪声。该电动机设备的电动机驱动控制电路包括相位调整电路，其输入由旋转位置信号放大器输出的U相位信号、V相位信号和W相位信号，它对各个信号进行调整，从而使得相位以与相位调整电压对应的比值任意超前；自动增益控制电路，其输入此电路的输出信号，其增益与电动机的电枢线圈的驱动电流的反馈控制一致；从旋转位置信号产生周期性的脉冲序列的FG电路；以及频率电压转换电路，其实现与脉冲序列的频率相对应的电压的转换，并将转换电压输出为相位调整电压。
文档编号H02P6/16GK1661904SQ200510052130
公开日2005年8月31日 申请日期2005年2月25日 优先权日2004年2月25日
发明者藤村高志 申请人:罗姆股份有限公司