专利名称：无刷无传感器电动机的驱动电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种无刷无传感器电动机的驱动电路。
可以使用无刷无传感器电动机的驱动电路来驱动2相无刷电动机等。这种2相无刷电动机驱动电路不使用旋转检测传感器或元件(例如霍尔效应器件等)来检测电动机转子的旋转。这种2相无刷无传感器电动机的驱动电路可以利用驱动或励磁线圈中所产生的感应电压(反电动势)。尤其是，该无刷无传感器电动机的驱动电路检测励磁线圈中产生的感应电压，并通过在极性反转时把定时延迟一预定量来开关2相励磁线圈的励磁或驱动电流。进而，在该无刷无传感器电动机的驱动电路中，可以由一滤波器或其他类似装置来抑制励磁曲线翻转时所产生的尖峰电压(倒转电压)。
在上述无刷无传感器电动机的驱动电路中，可以产生一起动脉冲，并用其使转子开始旋转。例如，应考虑到转子位于正确停止位置(称为＂基准位置＂)时的状况，以及在励磁线圈被励磁之后转子未立即通电或旋转的状况。在此状况下，如果在预定时间周期内未能检测到励磁线圈中产生的感应电压，则产生一起动电压。结果，励磁线圈的励磁曲线由该产生的起动电压而转换到下一个励磁曲线，由此使转子开始旋转。
图7表示出2相双极无刷无传感器电动机的驱动电路。这种驱动电路一般包括一反电动势检测器203、一开关电路204、一驱动器电路205、一相位同步或锁相环(PLL)电路206和一起动电路207，它们按图7所示那样连接。这种驱动电路可被用于具有转子R的电动机上。
在工作中，当转子R旋转时，两相励磁线圈201或202产生反电动势205S-1至205S-4。反电动势205S-1至205S-4被提供给反电动势检测器203，该检测器203比较这些反电动势并提供一比较信号203s。该比较信号203s被加给开关电路204。开关电路204的输出信号204s被提供给驱动器电路205，在此这些信号被放大并加给励磁线圈201，202。
比较信号203s被进一步提供给PLL电路206，在此进行处理或相乘以便于产生一输出给起动电路207的内部时钟信号206s。在某些情况下，起动电路207可以产生一起动脉冲，可以使用该脉冲来使转子旋转。即，当励磁线圈201和202未产生电动势205S-1至205S-4时，起动电路207从停止方式转移到起动方式下。在该起动方式下，起动电路207可以使用内部时钟信号206s，例如，通过计数其脉冲，来形成输出给开关电路204的起动脉冲信号207s。结果，开关电路204实施两相的开关，以便于把励磁线圈201和202的励磁曲线转换到下一个励磁曲线上，由此使转子R旋转。
这样，在上述无刷无传感器电动机的驱动电路中，在两相励磁线圈201或202被激励之后转子R立刻旋转，在此检测出励磁线圈201、202中产生的反电动势205S-1至205S-4。进而，通过把反电动势的所谓过零时刻延伸一预定时间量来开关该励磁。当在预定时间区间内不能检测到电动势的过零点时，起动电路207被通电或使用，以便于防止转子R在励磁线圈201、202被激励之后立即断电。尤其是，起动电路207产生起动脉冲207s，该起动脉冲207s迫使励磁线圈201、202的励磁曲线被转换到下一个励磁曲线上。由于励磁曲线的转换，转子R旋转，而使在励磁线圈201、202中产生反电动势。
在检测到励磁线圈201、202的反电动势205S-1至205S-4的过零点之后如果满足预定条件则上述无刷无传感器电动机驱动电路从起动方式转换到正常电动机驱动方式下。许多条件可被用作为这类预定条件。例如，可以使用起动时钟的频率或相位及过零所对应的时间作为预定条件。
在上述无刷无传感器电动机的驱动电路的某些工作期间，一些问题就会出现。例如，应考虑到在转子R以一个方向起动旋转之后立即使转子R以相反方向旋转和在一个相对长的时间区间内未满足上述预定条件的情况。在该情况下，就需要几个步骤来使转子R以相反方向旋转。结果，电机起动时间和转子R起动时间就会波动。因而，转子R的起动性能就会受到为了把无刷无传感器电动机驱动电路从起动方式转换到正常电动机驱动方式而设置或使用的条件的影响。就应修正该无刷无传感器电动机驱动电路以便于能够进行从起动方式到正常驱动方式的转换，以产生相当高的精确度。但是，显然，这种修正驱动电路就需要将会提高驱动电路的复杂性和/或成本的附加元件和/或电路。
本发明的目的是提供一种无刷无传感器电动机的驱动电路，能够把电动机起动方式平滑地转换成正常驱动方式，以便于降低在起动时间的波动。
本发明的另一个目的是提供一种上述那样的廉价的无刷无传感器电动机的驱动电路。
根据本发明的第一方案，提供一种用于驱动具有一个可旋转转子和许多励磁线圈的电动机的无传感器电动机驱动电路。该驱动电路包括用于根据励磁线圈的感应电压来检测转子的基准位置的检测装置；用于产生时钟脉冲的锁相环电路；用于根据时钟脉冲产生延迟脉冲的延迟脉冲发生电路；转换信号发生装置，用于根据来自延迟脉冲发生装置的延迟脉冲的定时而由检测装置的输出信号产生励磁线圈的导通转换信号；用于根据导通转换信号而在励磁线圈中形成导通的驱动器电路；以及起动脉冲插入电路，用于当多个励磁线圈未发出感应电压时根据检测装置中的时钟脉冲来插入起动脉冲。
无传感器电动机驱动电路可用在2相双向无传感器电动机上，该电动机驱动旋转磁头装置的磁鼓旋转。另外，无传感器电动机驱动电路也可以用在驱动光盘旋转的2相双向无传感器电动机上。
无传感器电动机驱动电路的控制装置可包括同多个励磁线圈相连的比较电路，用于比较励磁线圈的每个感应电压。相位同步或锁相环电路(PLL电路)可以包括一用于把时钟脉冲信号进行分频的分频电路和一把分频后的脉冲同一微分脉冲进行比较的相位比较器。由延迟脉冲发生电路所产生的延迟脉冲可以通过计数由PLL电路所提供的时钟脉冲而从基准位置延迟一预定延迟时间。由转换信号发生装置所产生的励磁转换信号被用于迫使励磁线圈的励磁曲线转换到下一个励磁曲线上。起动脉冲插入电路可包括(i)转换装置，响应由锁相环电路所施加的时钟脉冲而工作在有效状态和无效状态之一中；和(ii)不平衡加压单元，响应该转换装置并在连接在多个励磁线圈的一部分上同比较电路相连，用于当转换装置处于无效状态下时把第一不平衡电压施加给比较电路而当转换装置处于有效状态下时把第二不平衡电压施加给比较电路。该不平衡加压单元可以包括多个电阻。
无传感器电动机驱动电路可以包括微分脉冲发生装置，适于根据来自检测装置的输出信号产生微分脉冲。
当一个或多个励磁线圈被激励而产生磁力并且转子由磁力驱动旋转时，检测装置检测并比较由励磁线圈所提供的反电动势。根据励磁线圈中产生的感应电压，检测装置检测或确定旋转中转子的基准位置。基准位置可被确定为当转子转过过零点时励磁线圈中感应的电压所处位置。
如果转子被磁力吸引并位于稳定的或中性的位置上，则即使当许多励磁线圈被激励，转子也不能旋转，从而不会产生感应电压。在此情况下，起动脉冲插入电路把电动机起动脉冲(由来自PLL电路的分频时钟脉冲获得)插入检测装置的比较电路中。结果，转换信号发生装置给励磁线圈产生励磁转换信号以便于使励磁线圈的励磁曲线转换到下一个励磁曲线上。这样，如上述那样，当励磁线圈不产生反电动势时，模拟起动或驱动脉冲插入电路就把电动机驱动脉冲插入检测装置的比较电路中。
转换装置响应起动或时钟脉冲信号而位于无效或有效状态下，以便于使第一或第二不平衡电压被施加给比较电路。(结果，比较电路分别处于第一不平衡电压状态或第二不平衡电压状态下)。当转换装置从无效状态转换到有效状态下时，第二不平衡电压被加给比较电路，在此，由比较电路产生的比较信号可以被变换或转换。在此时，如果转子位于中性位置，即使在励磁线圈被激励时转子也不会开始旋转并且也不会产生反电动势。这样，励磁线圈的励磁曲线需要转换。在此情况下，起动脉冲既可用作为起动脉冲也可用作为PLL电路的分频电路的脉冲。
第一和第二不平衡电压可以具有大大小于当转子旋转时所产生的反电动势所对应值的值。因此，在反电动势上迭加不平衡电压就产生了可以忽略不计的变化，结果，无刷无传感器电动机的驱动电路可以从起动方式平滑地转换到正常电动机驱动方式下。换句话说，由于来自起动脉冲插入电路的起动脉冲不是重大的变化或者不会干扰所产生的反电动势，就能平滑或有效地实现无刷无传感器电动机驱动电路的从起动方式向正常电动机驱动方式的转换。
当结合附图来阅读下述实施例的下列详细描述时，就会更清楚地了解本发明的其他目的、特征和优点。
图1是根据本发明的优选实施例的无刷无传感器电动机驱动电路的方框图；图2是在图1的无刷无传感器电动机驱动电路中使用的检测电路的方框图；图3是在说明图1的无刷无传感器电动机驱动电路的工作时当励磁被变成将要建立的基准时所获得的励磁波形、反转电压和过零点的曲线图；图4是在图1的无刷无传感器电动机驱动电路中使用的PLL电路的方框图5A-5R是在说明图1的无刷无传感器电动机驱动电路的工作时对将要建立的基准的信号时序图；图6是在说明第一不平衡电压状态和第二不平衡电压状态之间的变化时对将要建立的基准的时序图；图7是在说明本发明的背影技术时对所建立的基准的无刷无传感器电动机驱动电路的方框图；图8是在图1的无刷无传感器电动机驱动电路中使用的驱动器电路的方框图。
下面参照附图来描述本发明的优选实施例。
图1表示出适用于驱动无刷无传感器电动机120的无刷无传感器电动机驱动电路100。驱动电路100通常包括检测电路3、选择器4、转换电路5、驱动器电路6、微分电路7、锁相环(PLL)电路8、闩锁延迟电路9、遮盖信号发生电路11和解码器12，这些部件按图1所示连接。
无刷无传感器电动机120可以是2相双极励磁型无刷无传感器电动机或类似类型的电动机。如图1所示，无刷无传感器电动机120包括两个驱动或励磁线圈1、2和具有N极与S极的转子R。作为转子旋转的结果，在驱动线圈1和2中产生或发生感应电压即所谓反电动势。特别是，驱动线圈1产生或发生反电动势6S-1、6S-2，驱动线圈2产生或发生反电动势6S-3，6S-4。
无刷无传感器电动机120可用于许多应用。例如，这种电动机可以驱动视频和/或音频设备例如VCR(未示出)的旋转磁头装置的旋转磁鼓旋转，或可以驱动光盘装置(未示出)的光盘旋转。
由于转子R的旋转而在2相驱动线圈1或2中产生的反电动势可以提供给检测电路3，在此可检测到旋转转子R的基准位置。转子R的该基准位置代表当驱动线圈中所感应的电压通过过零点时转子R相对于驱动线圈1和2的位置。(下面将充分描述该过零点)。
检测电路3接收来自驱动电路1、2的感应电压即反电动势和来自PLL电路8的时钟脉冲8S，如下文所详细描述的那样，并且由此产生比较信号3S-1和S3-2。在图5B和5C中表示出了这种比较信号的一个例子。该比较信号3S-1和3S-2可被加给选择器4和微分电路7。
如后述那样，选择器4适于接收来自检测电路3的比较信号3S-1、3S-2和来自遮盖信号发生电路11的遮盖信号11S。根据所接收的信号，选择器形成选择的数据信号4S-1和4S-2，提供给转换电路5。在图5D和5E中表示出这种选择后的数据信号4S-1、4S-2的一个例子。
如下文所述，转换电路5适于接收来自选择器4的选择后的数据信号4S-1、4S-2和来自闩锁延迟电路9的闩锁延迟脉冲9S。根据所接收的信号/脉冲，该转换电路提供加给解码器12的转换输出信号5S-1和5S-2。在图5G和5E中表示出这种转换输出信号的一个例子。
解码器12适于接收转换输出信号5S-1和5S-2以根据预定技术对这种信号进行解码，以便于形成加给驱动器电路6的解码后的或励磁转换信号13S-1、13S-2、13S-3和13S-4。图5K、5L、5M和5N表示出这种信号的一个例子。
驱动电路6适于接收信号13S-1至13S-4，并响应其而使线圈或线圈组被激励。驱动器电路6可以包括一转换电路，如图8所示的。如其中所示，转换电路包括许多晶体管用于每个线圈1、2。尤其是，晶体管Tr1、Tr2、Tr3和Tr4用于线圈1，晶体管Tr5、Tr6、Tr7和Tr8用于线圈2。这些晶体管按图8所示那样布置，并响应信号13S-1至13S-4而转换到＂通＂，以便于使各个线圈被激励。例如，当信号13S-1具有比较高的值时，晶体管Tr1和Tr4导通，结果，驱动器电路6可使驱动器线圈1被激励，同样，当信号13S-2具有比较高的值时，晶体管Tr2和Tr3导通，由此驱动器电路使驱动器线圈1被励磁；当信号13S-3具有比较高的值时，晶体管Tr5和Tr8导通，由此驱动器电路使驱动器线圈2被激励；当信号13S-4具有比较高的值时，晶体管Tr6和Tr7导通，由此驱动器电路使驱动器线圈2被激励。在图5的底部提供了这种开关布置的标记。
微分电路7适于接收比较信号3S-1和3S-2，并且当比较信号中的任一个在极性上颠倒时产生一微分脉冲7S。图5F中表示出这种微分脉冲信号7S的一个例子。(也见图5B、5C和5F中的箭头F1和F2)。换句话说，当2相驱动线圈1和2的反电动势中的一个通过过零点(2C)时，微分电路7产生微分脉冲7S，如图3所示的。该微分脉冲7S被加给PLL电路8，闩锁电路9和遮盖信号发生电路11。
PLL电路8适于接收微分脉冲7S，据此而产生时钟脉冲信号8S。特别是，该时钟脉冲信号与微分脉冲7S同步地产生，并产生预定数量的时钟脉冲用于各个微分脉冲7S，如图5A所示。其中，发生16个时钟脉冲用于各个微分脉冲7S。所发生的时钟脉冲信号8S被加给检测电路3、闩锁延迟电路9和遮盖信号发生电路11。
图4中表示出PLL电路8的一个例子。该PLL电路8包括一相位比较器40、一低通滤波器42、一电压控制振荡器(VCO)44和一除N电路46，他们按图4所示连接。相位比较器40接收来自微分电路7的微分脉冲7S和来自除N电路46的输出信号或脉冲8P。相位比较器40把所接收的脉冲或信号进行比较并由其产生比较信号40a，加给低通滤波器42。低通滤波器42适于通过具有低于预定值的频率的比较信号40a的频率成分，以便于形成电压或输出信号42a。该输出信号42a被加给VCO44，由此同对应于输出信号42a的频率一起产生时钟脉冲信号8S。该发生的时钟脉冲8S由PLL电路8输出并加给除N电路46。除N电路46对时钟脉冲8S进行除法运算以提供具有时钟脉冲的1/N频率的信8P。结果，由除N电路46提供的信号8P具有时钟脉冲8S的1/16频率。该信号或脉冲8P被加给相位比较器40。
结果，时钟脉冲8S由VCO44以差不多是微分脉冲7S的16倍的频率进行振荡。进而，当来自低通滤波器42的输出信号具有比较高的电压时，VCO44可以产生具有较高频率的时钟脉冲信号8S，而当输出42a具有较低电压时，其可以产生具有较低频率的时钟脉冲信号。
回到图1，闩锁延迟电路9接收时钟脉冲信号8S和微分脉冲信号7S，根据该接收的信号，发生具有预定延时的闩锁延迟脉冲9S。为了确定预定延迟，闩锁延迟电路9可以使用一计数器或类似装置以计数时钟脉冲信号8S中的脉冲。结果，闩锁延迟脉冲9S具有对应于来自微分脉冲7S的三个时钟脉冲的延迟时间，如图5F和5J中的箭头G1和G2所示。进而，该闩锁延迟脉冲9S可以从转子R的基准位置延迟一预定时间。闩锁延迟脉冲9S被加给转换电路5。
遮盖信号发生电路11接收时钟脉冲信号8S和微分脉冲信号7S，根据该接收的信号，产生一遮盖信号11S。该遮盖信号11S以较高的即导通状态被保持一预定时间周期T，并保持在此状态下直到一预定事件发生为止。例如，自从微分脉冲7S发生后而形成闩锁延迟脉冲9S以来，遮盖信号11S保持在导通状态下直到经过预定时间为止，如图5i所示。遮盖信号11S由遮盖信号发生电路11提供给选择器4。
遮盖信号发生电路11防止过零点如ZC1(图3)被输入选择器4的逻辑电路(未示出)。相对于U相所对应的驱动线圈1的励磁波形(如图3所示)，作为对驱动线圈1切换电流的结果，由所产生的反电动势波形产生该过零点。换句话说，遮盖信号11S的期间T可以被看作为伪脉冲抑制期间T，其中当驱动线圈1、2的励磁被转换时所产生的伪脉冲或倒转电压(图3所示)可被抑制。
这样，遮盖信号发生电路11遮盖住了过零点ZC1，以便于消除由驱动线圈1、2的切换所引起的反电动器或倒转电压。由于过零点ZC1产生，则不管无刷无传感器电动机120的旋转而执行该处理。
下面参照图2来描述检测线圈3的实施例。
如图2所示，检测电路3包括比较器112、112和起动脉冲插入电路70、70，其每个都包括一不平衡加压单元80和一开关电路90。起动脉冲插入电路70、70可以是模拟电路，如下述详细描述那样，其响应比较器112、112的输出而工作。
比较器112、112的正和负输入端分别通过电阻R1和R2连到励磁线圈1、2上。(每个电阻具有10kΩ的电阻值)。这样，比较器112中的一个通过电阻R1和R2接收反电动势信号6S-1和6S-2并把所接收的信号进行比较，以便于获得所加的比较信号3S-1(图5B)。同样，另一个比较器112通过电阻R1和R2接收反电动势信号6S-3和6S-4并把所接收的信号进行比较，以获得所加的比较信号3S-2(图5C)。另外，除了反电动势之外，比较器112、112还可以接收来自不平衡加压单元80、80的电压。如下文所述。
由于每个起动脉冲插入电路70都基本上相同，则下文中只描述一个这样的电路以及其中所包括的元件。但是，象后面将要涉及的那样，该描述也可适用于其他的电路70。
开关装置90包括具有有效和无效状态的晶体管如NPN晶体管。该晶体管布置在PLL电路8和不平衡加压单元80之间，以使晶体管的基极同PLL电路8相连，晶体管的发射极接地，晶体管的集电极同不平衡加压单元80相连。
不平衡加压单元80可以是具有许多电阻的电阻桥型电路，例如连接成图2那样的5个电阻R3至R7。作为一个例子，电阻R3和R4具有100kΩ的电阻值，电阻R5具有95kΩ的电阻值，电阻R6具有90kΩ的电阻值，电阻R7具有10kΩ的电阻值。不平衡加压单元80连到晶体管/开关电路90和比较器112上。尤其是，电阻R6和R7之间的联结点同晶体管的集电极相连，不平衡加压单元80的电阻R5和R6之间的联结点同电阻R1与比较器112的正输入端之间的联结点相连，不平衡加压单元80的电阻R3和R4之间的联结点同电阻R2与比较器112的负输入端之间的联结点相连。
当接收到来自PLL电路8的时钟脉冲信号8S时，就触发了开关装置/晶体管90。即，开关装置90响应时钟或起动脉冲8S而从无效状态转换到有效状态下。结果，开关装置即晶体管给不平衡加压单元80提供一信号以把不平衡加压单元从第一不平衡电压加给比较器112的状态转换成第二不平衡电压加给比较器112的状态。
当转子R(图1)处于稳定状态下并且开关装置90处于无效状态下，电压10S会稍高于电压99S。这种电压状况或状态(即电压10S稍高于电压99S)被称为＂第一不平衡电压状态＂。该第一不平衡电压(电压10S-电压99S)最好稍高于比较器112的偏置标准和比较器112的输入部分的噪声级。由此，该不平衡电压可以对比较器112形成滞后作用，从而能防止比较器112因噪声而引起的误动作。
当转子R从稳定方式转换到起动方式下，并且来自PLL电路8的起动脉冲8S加到开关装置90上时，开关装置响应起动脉冲而从有效状态转换到无效状态下。在开关装置90处于有效状态下的情况下，电压10S低于电压99S。电压10S低于电压99S的状态被称为＂第二不平衡电压状态＂。
图6表示出了第一和第二不平衡电压状态(包括电压90S和99S)以及该状态和比较电压3S-1和3S-2之间的关系。在图6中，T1代表不平衡电压状态，T2代表第二不平衡电压状态。如其中所示，当第一不平衡电压状态T1变化或切换到第二不平衡电压状态T2下时，比较信号3S-1从较低值即关断状态变到较高值即导通状态下，该比较信号3S-1由比较器112提供。同样，当第一不平衡电压状态T1转换到第二不平衡电压状态T2下时，比较信号3S-2从较低值即关断状态变成较高值即导通状态，该比较信号3S-1由比较器112提供。
信号流用于把驱动电流加给驱动线圈1、2的过程中，以便于激励驱动线圈，这将在下文中描述。
在来自遮盖信号发生电路11(图11)的遮盖信号保持在较低即关断状态期间，通过选择器4(图1)来提供比较信号3S-1、3S-2。在遮盖信号11S处于导通状态之前立即获得的数据被选择器4闩锁并作为选择数据信号4S-1和4S-2输出给转换电路5。转换电路5以对应于由闩锁延迟电路9所提供的闩锁延迟脉冲9S的定时来闩锁所接收的的选择数据信号4S-1和4S-2，以便于形成转换输出信号5S-1和5S-2。换句话说，转换电路5以来自微分脉冲7S(参见图5F、5G、5H和5J)的3个时钟脉冲的延迟时间来闩锁该选择数据信号4S-1和4S-2。来自转换电路5的转换输出信号5S-1和5S-2被加给包括有逻辑电路(未示出)的解码器。解码器12根据建立在逻辑电路基础上的励磁代码来对转换输出信号5S-1和5S-2进行解码，以便于形成解码的即励磁转换信号13S-1至13S-4，这些信号被输入驱动器6电路。响应该转换信号，驱动器电路6通过使上述晶体管导通来实现2相转换(励磁曲线的转换)，以便于激励驱动线圈1、2。
在无刷无传感器电动机驱动电路100中，根据由PLL电路8所产生的时钟脉冲信号8S来控制用于激励驱动线圈1、2的大部分数据流。
下面针对两种情况来描述图1所示的无刷无传感器电动机驱动电路100的工作。
(1)在当无刷无传感器电动机驱动电路100被励磁时转子R被驱动旋转的情况下当通过激励无刷无传感器电动机驱动电路100来驱动转子R(图1)旋转时，驱动电流被加给两个驱动线圈1、2中的一个。当把驱动电流加给驱动线圈1、2中的一个时，转子R被磁力吸引，该磁力是由通过所施加的驱动电流所激励的各个驱动线圈(例如驱动线圈1)所产生的，其结果，转子R被稍稍驱动旋转。则检测器3就检测出在驱动线圈1中所产生的感应电压(反电动势)。
当检测反电动势时，检测电路3(图1)把比较信号3S-1、3S-2(图5B和5C)提供给选择器4和微分电路7。根据所接收的比较信号3S-1、3S-2，选择器电路4产生选择数据信号4S-1、4S-2(图5D和5E)，微分电路7产生微分脉冲7S(图5F)。该微分脉冲7S被加给PLL电路8、闩锁电路9和遮盖信号发生电路11。
PLL电路8产生一个具有较低频率的时钟脉冲信号8S。即，在微分脉冲7S加给PLL电路8之前，PLL电路的VCO44会产生一个具有该低频率的时钟脉冲信号8S。
PLL电路8能以微分脉冲7S的16倍的比率持续产生时钟脉冲信号8S。进而，PLL电路8能以来自微分脉冲7S的三个时钟脉冲的延迟时间持续转换时钟脉冲信号8S的相位，并以来自过零点ZC的恒定延迟间隔来持续转换相位，而不管转子R的转速。
PLL电路8把时钟脉冲信号8S提供给两个开关电路90、90(图2)、闩锁延迟电路9和遮盖信号发生电路11。
闩锁延迟电路9和遮盖信号发生电路11根据时钟脉冲信号和微分电路7所施加的微分脉冲7S而工作。
即，闩锁延迟电路9产生闩锁延迟脉冲9S(图5J)并把其提供给转换电路5。响应于闩锁延迟脉冲9S，转换电路5以对应于来自微分脉冲7S的预定数量的时钟脉冲例如两个时钟脉冲的延迟时间来闩锁选择数据信号4S-1、4S-2(图5D和5E)，以便于形成转换输出信号5S-1、5S-2。根据选择数据信号4S-1、4S-2和闩锁延迟脉冲9S来转换该转换输出信号5S-1、5S-2的相位。该输出信号被加给解码器12，在此形成励磁转换信号13S-1至13S-4。结果，驱动线圈1、2被激励，由此使转子R旋转。
当转子R开始旋转时可以重复上述工作，在此转子R以上升的转速旋转。同样，反电动势跨过过零点ZC(图3所示)处时的定时可以加快或提高，从而可以减小相邻微分脉冲7S间的间隔。
这样，无刷无传感器电动机驱动电路100使PLL电路8来输入驱动即励磁线圈1、2的反电动势(感应电压)。闩锁延迟电路9可以根据由PLL电路8所加的时钟脉冲信号通过形成相位移(相位延迟)来把转子R的位置从基准位置延迟一预定延迟量。
遮盖信号发生电路11通过使用遮盖区间T(图5i)来消除不需要的倒转电压(图3)，以使驱动线圈1、2在最佳条件下被持续励磁，而不管无刷无传感器电动机120(图1)的转子R的转速变化。
(2)在当励磁时转子R已经位于中性位置上而使转子R处于稳定状态并且转子R在起动方式下没有开始旋转的情况下如果转子R因来自驱动线圈1、2的磁力而处于稳定位置或状态中，即使在驱动电流已经加到驱动线圈1、2上之后则转子R不会通电，并且不会产生反电动势6S-1、6S-2、6S-3和6S-4。即使当转子R处于稳定状态下(不管驱动线圈1、2是否被激励)，PLL电路8也会产生时钟脉冲信号8S(具有上述低频)，并把其提供给闩锁延迟电路9和遮盖信号发生电路11。而且，时钟脉冲信号8S会或不会提供给检测电路3的开关电路90、90。下面描述后者的情况和效果。
当转子R处于稳定状态下并且开关电路90未被提供时钟脉冲信号8S时，开关电路处于无效状态。结果，不平衡加压单元80的电压10S具有稍高于电压99S的值或电平。该情况是图6所示的第一不平衡电压状态T1。
另一方面，当无刷无传感器电动机驱动电路100通过触发一个开关(未示出)而处于起动方式下时，时钟脉冲信号8S被输入给开关电路90，则开关电路处于有效状态。结果，不平衡加压单元80的电压10S具有低于电压99S的值或电平，由此使第一不平衡电压状态T1转换到第二不平衡电压状态T2，如图6所示。
在来自遮盖信号发生电路11(图1)处于其关断状态中的区间内，比较信号3S-1、3S-2被加给选择器4(图1)，并被允许从中通过。在遮盖信号11S处于其导通状态之前立即获得的数据被闩锁，同时遮盖信号11S处于其导通状态并作为选择数据信号4S-1、4S-2输出给转换电路5，该转换电路5根据闩锁延迟脉冲9S轮流地闩锁选择数据信号。(如上述那样，该闩锁具有对应于来自微分脉冲7S的三个时钟脉冲的相应延迟时间。)来自转换电路5的转换输出信号5S-1，5S-2被加给解码器12，以便于以上述方式被解码，并被加给驱动器电路6。来自驱动器电路6的输出信号用于激励驱动线圈1、2。即，驱动器电路6以类似于上述的方式通过使晶体管Tr1至Tr8(图8)的适当一个(多个)导通来切换励磁特性曲线的相位。
下面将描述转子R的起动方式转换成驱动方式的方法。
当转子R从动方式转换到驱动方式时，不平衡电压10S和99S(图2)被迭加在转子R旋转时所产生的反电动势6S-1至6S-4上。但是，由于该反电动势具有远大于不平衡电压10S和99S的电压值，迭回在反电动势上的不平衡电压不会产生任何不利影响，实际上对噪声具有相似的影响。因而，由于与反电动势相比电压10S和99S具有可以忽略不计的极小的值，转子R的起动方式可平滑地转换到转子驱动方式下。换句话说，在反电动势产生的时刻，无刷无传感器电动机120的转子R可以平滑地从起动方式转换到转子旋转方式下，而不会受到起动脉冲插入电路70的电压10S和99S的干扰。
进而，可以在图7的驱动电路中数字地控转子R的通电，虽然在本发明的无刷无传感器电动机驱动电路中是以模拟方式来进行该控制。即，在本发明的无刷无传感器电动机驱动电路中，起动脉冲插入电路70由具有许多电阻的电阻桥式电路和上述开关电路90(即晶体管)所组成，如图2所示那样。因而，就不需要建立在数字电路基础上的转换功能或专用分频电路等，而不象图7的驱动电路。例如，在图7的无刷无传感器电动机驱动电路中，当检测反电动势时，包括在PLL206中的第一分频器必须被复位。该复位就需要在第一分频器上附加一个附加复位分频器或专用分频器。另一方面，在该驱动电路中，PLL电路8的分频电路46被用于形成加给起动脉冲插入电路70的开关电路90的时钟脉冲信号8S，该分频电路也被用于产生起动脉冲供导通或关断开关电路90。作为一个例子，应考虑到除128电路需要产生起动脉冲以及PLL电路8需要除16电路的情况。在此情况下，除128电路包括七个双稳态多谐振荡器而除16电路包括四个双稳态多谐振荡器，但是，由于分频电路46也产生该起动脉冲，则只需要七个双稳态多谐振荡器。这样，本发明就能减少电路部件，由此而降低相应的成本。
由此，本发明提供了一种无刷无传感器电动机驱动电路，具有超过包括图7的电路的其他驱动电路的许多优点。下面将概述这些优点中的几个。
首先，通过使用遮盖信号发生电路11，本发明消除了当驱动线圈1、2的励磁被转换时所产生的尖峰电压(倒转电压)。特别是，遮盖信号发生电路能在尖峰电压产生的区间内遮盖该尖峰电压。结果，就能防止由该尖峰电压引起的过零点的误检测。
第二，转子R的转动方式可以平滑地转换到转子驱动方式下，并减小起动时间中的波动。
第三，不需要在电动机起动方式被转换为正常驱动方式下时设置条件。
第四，由于在起动脉冲插入电路70中不平衡加压单元80的不平衡电压10S、99S作为比较器112的输入侧上的偏置，就能避免比较器中所谓振动锁定的发生。
第五，如上述那样，本发明的电动机驱动电路具有比较简单的布置。因而，就能大大减小与制造和运行相关的成本。进而，该简化的设计可使本发明的驱动电路用于各种电动机。
尽管在描述本发明的上述实施例中描述了特定的特征和/或部件，但本发明并不仅限于此。例如，本发明的无刷无传感器电动机驱动电路并不仅限于用在2相无刷无传感器电动机上，其也可以用在3相或其他类型的无刷无传感器电动机上。进而，电动机也并不是必须是无铁心电动机或有铁心电动机，其也可以是永磁型(pm)步进电动机或混合型(HB)步进电动机及其他类型电动机。
虽然在此详细描述了本发明的优选实施例及其改型，但很显然本发明并不仅限于该实施例及改型，本领域技术人员在不背离权利要求书所确定的本发明内容和范围的条件下可以进行其他的改型及变化。
权利要求
1.一种无传感器电动机的驱动电路，用于驱动具有一个可旋转的转子和许多励磁线圈的电动机，所述驱动电路包括检测装置，用于根据所述励磁线圈的感应电压检测所述转子的基准位置；锁相环电路，用于产生时钟脉冲；延迟脉冲发生装置，用于根据所述时钟脉冲产生延迟脉冲；转换信号发生装置，用于根据来自所述延迟脉冲发生装置的所述延迟脉冲的定时从所述检测装置的输出信号产生所述励磁线圈的导通切换信号；驱动器电路，用于根据所述导通切换信号使所述励磁线圈导通；和起动脉冲插入电路，用于当所述多个励磁线圈未产生所述感应电压时在所述检测装置中根据所述时钟脉冲而插入起动脉冲。
2.根据权利要求1的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述检测装置包括同所述多个励磁线圈相连的比较电路，用于比较所述励磁线圈的每个感应电压。
3.根据权利要求2的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述起动脉冲插入电路同所述比较电路相连。
4.根据权利要求2的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述起动脉冲插入电路包括开关装置，响应于所述锁相环电路所加的所述时钟脉冲而工作在有效状态和无效状态中的一个之下；其中所述起动脉冲插入电路进一步包括不平衡加压单元，响应于所述开关装置并在连接到所述多个励磁线圈的一部分上同所述比较电路相连，用于当所述开关装置处于所述无效状态下时把第一不平衡电压加给所述比较电路而当所述开关装置处于所述有效状态下时把第二不平衡电压加给所述比较电路。
5.根据权利要求4的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述不平衡加压单元包括许多电阻器。
6.根据权利要求1的无传感器电动机驱动电路，其特征在于进一步包括微分脉冲发生装置，用于从所述检测装置的输出信号发生微分脉冲。
7.根据权利要求6的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述锁相环电路包括一分频电路，用于把所述时钟脉冲进行分频；和一相位比较器，用于把所述微分脉冲分频脉冲进行比较器。
8.根据权利要求1的无传感器电动机驱动电路，其特征在于进一步包括遮盖信号发生装置，用于产生遮盖信号以消除当所述励磁线圈的导通被切换时所产生的脉冲。
9.根据权利要求1的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述电动机是2相双向无传感器电动机，驱动一旋转磁头装置的磁鼓旋转。
10.根据权利要求1的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述电动机是2相环向无传感器电动机，驱动一光盘旋转。
11.一种无传感器电动机的驱动电路，用于驱动具有一可旋转的转子和许多励磁线圈的电动机，所述驱动电路包括检测装置，用于根据所述励磁线圈的感应电压检测所述转子的基准位置，所述检测装置具有同所述多个励磁线圈相连的比较电路，用于比较每个感应电压；微分脉冲发生装置，用于从所述检测装置的输出信号产生微分脉冲；锁相环电路，用于产生时钟脉冲，所述锁相环电路包括用于把所述时钟脉冲进行分频的分频电路和用于把所述微分脉冲同分频脉冲进行比较的相位比较器；延迟电路，用于根据所述时钟脉冲而产生延迟脉冲；转换信号发生装置，用于根据来自所述延迟电路的所述延迟脉冲给所述励磁线圈产生导通切换信号；驱动器电路，用于根据所述导通切换信号使所述励磁线圈导通；以及起动脉冲插入电路，用于当所述多个励磁线圈不产生所述感应电压时把建立在所述时钟脉冲上的起动脉冲插入到所述比较电路中。
12.根据权利要求11的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述起动脉冲插入电路包括开关装置，响应于由所述锁相环电路所加的所述时钟脉冲而工作在有效状态和无效状态中的一个之下；其中所述起动脉冲插入电路进一步包括不平衡加压单元，响应于所述开关装置并在连接到所述多个励磁线圈的一部分上同所述比较电路相连，用于当所述开关装置处于所述无效状态下时把第一不平衡电压加给所述比较电路而当所述开关装置处于所述有效状态下时把第二不平衡电压加给所述比较电路。
13.根据权利要求12的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述不平衡加压单元包括许多电阻器。
14.根据权利要求11的无传感器电动机驱动电路，其特征在于进一步包括遮盖信号发生装置，用于产生遮盖信号，以消除当所述励磁线圈的导通被切换时所产生的脉冲。
15.根据权利要求11的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述电动机是2相双向无传感器电动机，驱动一旋转磁头装置的磁鼓旋转。
16.根据权利要求11的无传感器电动机驱动电路，其特征在于所述电动机是2相双向无传感器电动机，驱动一光盘旋转。
17.一种无传感器电动机的驱动电路，用于驱动具有一可旋转转子和至少一个励磁线圈的电动机，所述驱动电路包括检测装置，用于检测来自所述励磁线圈的产生的感应电压并用于据此而产生一输出信号；锁相环电路，用于产生时钟脉冲；延迟脉冲发生装置，用于根据所述时钟脉冲产生延迟脉冲；转换信号发生装置，用于根据所述输出信号和所述延迟脉冲产生导通切换信号，用于使所述励磁线圈的励磁特性曲线被切换到另一个励磁特性曲线；以及起动脉冲插入电路，用于当未发出所述感应电压时在所述检测装置中插入建立在所述时钟脉冲基础上的起动脉冲。
全文摘要
无刷无传感器电动机驱动电路，驱动具有可旋转转子和许多励磁线圈的电动机，驱动电路包括检测电路，检测来自励磁线圈的感应电压；锁相环电路，产生时钟脉冲；延迟脉冲发生电路，根据时钟脉冲产生延迟脉冲；转换信号发生电路，根据来自检测电路的输出信号和延迟脉冲产生导通切换信号，使励磁线圈的励磁曲线特性转换到另一励磁特性曲线；起动脉冲插入电路，当未发出感应电压时在检测电路中插入建立在时钟脉冲基础上的起动脉冲。
文档编号H02P6/18GK1146098SQ9611104
公开日1997年3月26日 申请日期1996年6月22日 优先权日1995年6月23日
发明者稻垣衡一, 冈田宪明 申请人:索尼公司, 三洋电机株式会社