，知道六步进顺序(通常称为六步进控制）中的下一换向状态。可针 对换向目的实际上确定基准或绝对位置。因为无需旋转马达，所以此是有利的（在启动之 前，反EMF方法需要旋转马达以实现信号测量且确定位置或驱动到固定位置）。当通过例如 通风导管(某一术语将此称为风转）中或在受限换向应用或脉冲换向应用中的空气的外力 转动马达时，转子位置的测量也是有用的。在此情况下，较精细分辨率位置测量是可行的且 还是方向性信息(CW/CCW)。此是通过经由克拉克变换(Clarke transformat ion)将三相时 域测量变换为空间矢量表示且接着对两个正交相位变换信号执行反正切三角函数而完成。 通常在F0C(磁场定向控制）马达控制应用中使用后者连同帕克变换（Park transf ormation)。然而，因为定子场未产生旋转磁场，所以只需要克拉克变换及反正切函 数解析转子位置。测量准确度将与组件容限、电感随同转子位置的特性变动有关，且设想针 对给出马达，准确度可小于一（1)度(机械）。分辨率相似地将受前述提及影响且还受与转子 速度相比的测量速率影响。
[0049] 根据第二实施例，可执行"测量及马达驱动交错"操作，其中功率电桥是在不同时 间用于功率驱动及转子定位测量目的两者。所以沿循此前描述的实施例，可持续短时间段 驱动马达以确保旋转之后的马达位置测量。在旋转马达上进行测量且因此可在前述提及的 第一实施例中实现更精细分辨率位置测量，其可用以更准确使马达换向。此方法并非理想， 因为在此类型交错控制及测量中，马达将加速及减速。然而，与换向（驱动）时间相比，测量 时间较小，且在此情况下，CTMU使用其固有能力协助实现在较小时隙中精细分辨率时间测 量。针对此交错顺序，马达的换向可为六个(6)步进梯形或甚至正弦F0C(磁场定向控制）。
[0050] 根据第三及第四实施例，描述一种更顺畅方法，其中转子位置测量及马达驱动两 者可并行而非循序进行。此将使用经修改硬件，其专用于测量子系统以解耦独立接取及控 制功率电桥的需要。先前描述的第一及第二实施例需要独立接取及控制功率电桥，此是归 因于所采用的特定测量顺序(例如，换向顺序不同于关于驱动通过马达绕组的电流的方向 的测量顺序）。然而，第三及第四实施例特别考虑六步进换向顺序(六步进控制方法），借此 在任何时候只供能给三个马达绕组中的两个。此剩下可用于电感变化测量目的的未供能 相，但是完成此项需要不同于第一及第二实施例的测量方法。通过用手转动或自旋马达(参 见图5、6及7)作出各种测量显现出电感中的特性变动且因此可显现出针对通过马达绕组的 双向及单向电流两者的转子位置。因此，在换向顺序期间，为转子位置测量目的，可在未供 能马达绕组上使用单向电流绕组激励(第三实施例）。此外，在换向顺序期间，为转子位置测 量目的，可在未供能马达绕组上使用双向电流绕组激励(第四实施例）。
[0051] 此实现测量及换向顺序并行进行。有效信号处理可使用从对每一未供能定子绕组 的测量导出的相对相位及时间位移，以确定六个(6)步进顺序中的下一个换向。此测量特定 硬件可传递经控制电流通过未供能相，所述经控制电流的量值远小于用于换向/驱动马达 的电流。替代地，硬件可用以将未经控制电流持续少量时间传递通过未供能相。此两者意图 是解耦测量及换向且限制其间的相互作用影响。在使用此方法的情况下，可在超过更广速 度范围中完成位置测量。归因于CTMU缩放性能，在换向PWM循环的部分内完成测量是可行 的。为此目的，还可针对特定目的调整PWM循环。此将提供使测量适配于除梯形换向以外的 其它换向方案中的能力，所述换向方案(例如正切换向）连续换向全部马达相，借此未供能/ 未驱动相的概念是非透明的，但是在PWM循环的低(关闭）部分期间，可对相中的任何一者执 行测量。此将实现针对马达控制应用的更通用测量能力。
[0052]现参考图式，示意性地说明实例实施例的细节。将通过相同数字表示图式中的相 同元件，且将通过具有不同小写字母后缀的相同数字表示相似元件。
[0053]参考图1，描绘根据本发明的教示的三相无传感器的无刷直流电马达及电子换向 马达控制器的示意图。整体上由数字100表示的三相无传感器的无刷直流电马达可包括多 个定子绕组102及包括至少一个永久磁体的转子(未展示）。为讨论目的，本文描述的马达 100将是需要360电角度旋转以产生180度的半机械回转的四极三相配置。可用连接到马达 的定子绕组1〇2(绕组)及直流电(DC)电源(未展示)的切换式功率晶体管108及110(例如，功 率场效应晶体管，三相马达的每个相使用一对晶体管）以电子形式将三相无传感器的无刷 直流电马达100换向。反电动势(EMF)零交越检测器104(为说明而展示，但并非本文教示的 部分)及数字装置1〇6(例如，微控制器)可具有PWM产生器116，PWM产生器116提供耦合到功 率晶体管驱动器118的脉冲宽度调制(PWM)输出。功率晶体管驱动器118(PWM0到BW5)可控 制切换式功率晶体管108及110的开启及关闭。针对转子位置检测，根据本发明的教示，反电 动势(EMF)零交越检测器并非是必需的且只用于六步进梯形控制情况。可使用霍尔传感器 等同取代反电动势(EMF)零交越检测器。
[0054] 可凭借通过功率晶体管驱动器118耦合到功率晶体管108及110的数字装置106(例 如，微控制器)控制功率晶体管108及110，功率晶体管驱动器118可或不可为数位装置106的 部分。数字装置106可经由功率晶体管驱动器118提供六个脉冲宽度调制(PWM)输出PWM0到 PWM5,其可根据适当定序及定时的PWM信号通过开启及关闭功率晶体管108及110的适当者 来控制马达旋转方向及速度。数字装置106可进一步包括电压比较器122、模数转换器121及 充电时间测量单元(CTMU) 120，如下文更全面描述。
[0055] 第一实施例及第二实施例
[0056] 根据第一实施例及第二实施例，可分别在静止或换向马达上完成测量方法。针对 第二实施例，转子位置测量是交错的（未在换向期间发生)且因此可以循序方式进行换向及 测量。另外，如果如本文描述般通过外力旋转马达，那么还可在换向开始之前检测转子位置 (例如，使用第一实施例）。
[0057] 可将第一及第二实施例的方法及系统集成到通常称为六步进控制BLDC马达(但不 限于此，BLDC马达的其它马达变体(例如，永久磁体同步马达(PMSM))的换向模式中。在启 动/换向马达之前，可确定转子位置(第一实施例)且此可用以选择在相关联的六步进控制 顺序中的切换状态（启动点）。此实际上在启动之前将换向顺序与转子位置同步，且此具有 能够当换向顺序开始时使有效扭矩传递到马达的效果。此密切配合电子控制无刷马达的同 步控制性质。
[0058] 参考图5、6及7,描绘展示电感改变/转子位置的典型测量，其不但说明位置，而且 说明信号振幅与速度且因此还可用于确定其变动。通过经测量信号的有效矢量表示，呈卡 拉克变换形式的测量的信号处理及三角反正切函数可用以确定转子位置(取决于特定电感 特性)及速度。实际上，设想此可在一（1)机械角度内实现转子位置测量。因此，此实现更有 效换向调度及因此比通过霍尔传感器提供更有效的马达操作，霍尔传感器通常每60电角度 提供信号改变指示。应注意，用于图5、6及7所展示的曲线图的数据是连同12位模数转换器 (ADC)-起采用。
[0059] 可以循序方式进行转子位置的换向及测量且此提供马达以较低频率速率换向（脉 冲类型换向），这可使能够实现低功率消耗操作模式。例如，借此希望马达操作在低速度下 产生旋转，但是全扭矩并非是应用所需。此将合适(例如)其中采用具有较低整体摩擦力的 较大惯性负载(例如飞轮)的系统。因此，一旦旋转，负载及低摩擦力就使得其能够在无连续 换向的情况下保持转动。在此情形中，换向是用以启动及保持马达旋转及中间换向，接着进 行速度及位置的测量，直到调度下一个换向点为止。以此方式，在逻辑六步进控制顺序中换 向并非必须为下一者。另一实例是需要风扇以低速度运行且因此缩减扭矩。此类型的操作 还可缓和长时间段具有静止马达的影响，借此在一些情境中，污染物的静摩擦及堆积可影 响马达可靠性。相似地，通过此类测量知道转子位置及速度提供在特定位置处制动马达的 能力。因此，此可与（例如)脉冲换向模式耦合以实现位置控制系统。因此，此类型的系统可 使用用于合适应用的更低成本BLDC马达实现取代步进马达。
[0060] 参考图2,描绘根据本发明的特定实例实施例的图1所展示的三相无传感器的无刷 直流电马达及电子换向马达控制器的简化示意图。此电路布置可用以确定在静置及在低速 度下的永久磁体转子的位置，而不需要额外硬件或反EMF零交越检测器104(图1)。为了简化 描述本文电路操作，功率晶体管108及110分别展示为开关108及110。开关108将马达定子绕 组102耦合到DC+，且开关110将马达定子绕组102耦合到电流感测装置112(例如，电阻器(为 了便于解释而展示）），其完成从DC+到DC-的绕组电流路径。通过电流感测装置112的电流可 产生与此电流成比例的电压且可耦合到电压比较器122的第一输入(例如负输入）。可预期 到且在本发明的范围内，除仅电阻器外，任何类型的电流感测装置(例如，电流变压器及并 联连接电阻器等)也可用以产生电压。在熟悉电子及功率系统设计及本发明的权利的一般 技术者可容易选择与可将经感测电流转换为典型电压的装置结合的此类电流感测装置。
[0061] 数字装置106可进一步包括电压参考224、AND栅极228及数字处理器及存储器226。 电压参考224可耦合到电压比较器122的第二输入(例如，正输入)且可提供参考电压到此第 二输入。当跨电流感测装置112的电压小于参考电压时，比较器122的输出将处于逻辑高 ("1"）。当跨电流感测装置112的电压等于或大于参考电压时，比较器122的输出将处于逻辑 低（"0"）。因此，当AND栅极228的两个输入是在逻辑高（"Γ )处时，CTMU 120可开始定时且当 比较器122输出达到逻辑低（"0"）时，停止定时。当以此方式启用CTMU 120时，根据应用的需 要，可选择的恒定电流(未展示但集成在CTMU 120内）传递到外部电容器114中，允许电容器 114依特定速率充电。当充电终止时，所得电压表示充电电容器114所用时间。可由内部ADC 121转换电压，以供由数字处理器226进行随后处理。
[0062] 以此方式，可由CTMU 120及ADC 121执行极精确时间测量，此时间测量表示产生等 于来自电压参考224的参考电压的跨电流感测装置112的电压所需时间。在微控制器的上下 文中，此具有超越受其分辨率限制的纯ADC或基于计数器的时间测量的优势，例如较短周期 期间测量的电压中的较小改变将产生较低分辨率结果。特定地说，在测量脉冲已开始之后， 可启动CTMU 120,其允许所得测量中的进一步敏感性，例如，可通过允许外部电容器在缩减 时隙中更快速充电而放大从一者到下一者的时间测量偏差。在马达构造及转子位置测量的 上下文中，尽管在转子位置因其设计而固有减少定子电感变动，但此将允许测量例如此类 称为"表面永久磁体(SPM)"的设计变体。相反地，通常以凸极构造为特征的称为"内部永久 磁体（IPM)"的设计通过设计而产生更广范围的转子位置的定子电感变动且因此将产生用 于转子位置确定的相对较大信号。当在数字处理器226的控制下经由功率晶体管驱动器118 选择性闭合开关108及110时，而产生通过电流感测装置112的电流，如下文更全面描述。 [0063] CTMU 120提供精确时间测量，当将逻辑高（"1"）施加到CTMU 120的控制输入232 时，CTMU 120可启动。当逻辑低（"0"）施加到CTMU 120的控制输入232时，CTMU 120的定时停 止。可提供外部定时电容器114作为CTMU 120定时功能的部分。数字处理器226可开始CTMU 120定时以及重设此时间，同时还控制开关108及110的操作，如下文更全面描述。为参考目 的，图9中展示典型的基于CTMU的测量定时迹线。此描绘施加到CTMU 120的测量脉冲