專利名稱：：無刷電機用的驅(qū)動器和包含由這種驅(qū)動器控制的無刷電機數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備的制作方法無刷電機用的驅(qū)動器和包含由這種驅(qū)動器控制的無刷電機數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備
技術(shù)領(lǐng)域：
和
背景技術(shù)：
用于轉(zhuǎn)動存儲介質(zhì)的光磁和磁盤驅(qū)動器中廣泛地使用直流無刷主軸電機。習(xí)慣上一最切實際地一在正常操作期間，使用反電動勢電壓來整流所述電機。利用不通電繞阻中感應(yīng)出的反電動勢信號，可以避免使用單獨的傳感器去檢則轉(zhuǎn)子相對于定子的角位置，也稱之為"電機位置"或"位置"。這減小了組合的系統(tǒng)成本和主軸電機的尺寸。通過脈沖寬度調(diào)制來控制轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，這里也稱為"電機速度"或"速度"。電機的速度隨占空比的增大而增大，利用所述占空比，可以調(diào)制電機的電源電流。但是，電機在低速時所產(chǎn)生的反電動勢電壓相當(dāng)?shù)?，容易受到脈沖寬度調(diào)制信號引起的擾動的遮蓋。不幸的是，由于各種原因，比如線圈之間的電容耦合、磁耦合(與轉(zhuǎn)子位置有關(guān))，以及驅(qū)動器中脈沖寬度調(diào)制信號的電阻性串?dāng)_等原因，通電繞阻中的脈沖寬度調(diào)制常會導(dǎo)致不通電繞阻中的擾動。公知的電機驅(qū)動器具有低速的管理范圍，在這個范圍內(nèi)，整流裝置是由預(yù)先確定的脈沖序列控制的，這個脈沖序列的產(chǎn)生與反電動勢信號無關(guān)。這種同步啟動模式的問題是它對于負載的依賴性不能處理大的負載變化。尤其是在光盤驅(qū)動器中，負載的變化(慣性和摩擦)超過10倍(因子)。本發(fā)明的目的在于提供一種用于無刷電機的電機驅(qū)動器，其中的整流器從啟動開始一直是由反電動勢電壓控制的。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的是按照本發(fā)明權(quán)利要求1所述電機驅(qū)動器實現(xiàn)的。本發(fā)明人認識到，如果輸入電壓能夠給出預(yù)先確定的最大電流，并且所產(chǎn)生的反電動勢信號經(jīng)過濾波，使其具有相當(dāng)弱的高頻傳輸特性，則直到整流頻率獲得預(yù)先確定的最小值時為止，反電動勢脈沖從啟動開始就能可靠地控制所述整流裝置。利用靜態(tài)位置檢測方法，如US6,204,617中描述的方法檢則電機的當(dāng)前位置是足夠的，這樣一來就可以初始化整流器的相位，并且隨后使用反電動勢信號來控制整流器。在啟動時向電機提供的最大電流提供快速加速，并且借此在產(chǎn)生第一個反電動勢脈沖時提供相當(dāng)高的瞬時速度。進而，以與電機之相當(dāng)?shù)偷乃俣葘?yīng)的相當(dāng)?shù)偷恼黝l率，濾波器抑制由脈沖寬度調(diào)制在驅(qū)動信號中引起的反電動勢信號中的噪聲。在與電機之相當(dāng)高的速度對應(yīng)的相當(dāng)高的整流頻率，濾波器具有相當(dāng)強的高頻傳輸特性和相應(yīng)的短暫延遲。在高的電機速度下，反電動勢信號顯著增強，從而使得盡管高頻擾動抑制得不太好，但也不會干擾反電動勢信號的檢測。濾波器的特性可以隨整流頻率逐漸改變，但是，按照另一種方式也可以表現(xiàn)出步進的一個或多個變化。允許電源電流由輸入控制信號控制的最小整流頻率可能(但并非一定)與濾波器特性發(fā)生一次步進的整流頻率一致重合。用常規(guī)的方法可以確定電機的瞬時速度，即用一個速度傳感器計數(shù)在一個時間間隔里的反電動勢脈沖的數(shù)目，或者測量兩個相繼的反電動勢脈沖的時間間隔。應(yīng)予說明的是，US5，640，073描述的無刷電機在電機的速度相對較高時具有相對較強的高頻傳輸特性，并且在電機的速度相對較低時具有相對較弱的高頻傳輸特性。然而，并沒有公開使用脈沖寬度調(diào)制來控制電機的速度。更加沒有公開選擇性地消除脈沖寬度調(diào)制噪聲。相反，該專利公開的是使用同步啟動裝置啟動和加速電機。還要說明的是，US5,672,948公開了具有反電動勢檢測器的無刷電機，它有一個固定的濾波器來濾除脈沖寬度調(diào)制噪聲。使用檢測到的脈沖寬度調(diào)制脈沖來確定驅(qū)動器的當(dāng)前相位和電機轉(zhuǎn)子的位置之間的相位誤差。這篇文獻沒有公開啟動是如何發(fā)生的。具體來說，沒有提到在靜態(tài)位置檢測步驟之后如何利用預(yù)先確定的最大電流對于電機進行啟動，以及從啟動開始如何通過反電動勢信號確定整流器的整流狀態(tài)。在按照權(quán)利要求l電機驅(qū)動器的實施例中，反電動勢檢測器具有一個閾值單元，用于在整流頻率一直達到預(yù)先確定的值之前抑制反電動勢信號。反電動勢信號的轉(zhuǎn)換包含一種比較，用以確定這個信號的零交叉。實踐中，檢測零交叉的準(zhǔn)確電平變成具有一定容差的目標(biāo)。這必然會帶來的結(jié)果是會使部分產(chǎn)品可能要受到拒絕，這是因為反電動勢檢測器是非常靈敏的，并且所述檢測器檢測到的是虛假的零交叉。通過在電機的啟動階段抑制閾值之前的反電動勢信號，可以避免產(chǎn)生虛假的零交叉。所述閾值應(yīng)該略高于所發(fā)生的距零交叉電平最差的偏差。所加的閾值電壓可能隨電機的速度逐漸改變，或者可能按照一個或多個臺階那樣的變化。在較高的整流頻率，發(fā)生零交叉的電平偏差對于檢測零交叉的時間點來說只有微小的結(jié)果。因此，抑制閾值之前的反電動勢信號就變成多余的了。按照一種實施例，驅(qū)動器具有硬切換操作模式，其中，在整流裝置的每個狀態(tài)下，電機驅(qū)動輸出之一提供恒定的電源電壓，第二個輸出交替地提供第一和第二電源電壓，第三個輸出保持在高阻抗?fàn)顟B(tài)。這樣做的優(yōu)點在于，每個整流階段的相對較長的時間間隔(60。)可用于檢測反電動勢電壓。進而，切換模式在輸出級涉及相對較少的切換操作，這對于低功耗是有利的。按照又一種實施例，驅(qū)動器具有軟切換操作模式，這種操作模式具有至少一個狀態(tài)，在這樣的狀態(tài)期間，兩個輸出模塊同時且同相位地提供在第一和第二電源電壓之間交替變化的輸出電壓。按照這種模式，提供給電機的電流的行為更像"正弦形"，它的優(yōu)點在于電機產(chǎn)生的可聽噪聲相對較小。按照這種模式，檢測反電動勢電壓的每個整流階段的相對較短的時間間隔(30。)足夠在穩(wěn)定狀態(tài)下操作電機，并使電機的加速和減速最為平穩(wěn)緩和。有益的情況是，至少在部分整流狀態(tài)期間，電機驅(qū)動器輸出之一提供恒定的電源電壓、第二個電機驅(qū)動器輸出交替地提供第一和第二電源電壓、第三個電機驅(qū)動器輸出在高阻抗?fàn)顟B(tài)和與第二輸出同步提供第一電源電壓的狀態(tài)之間的交替切換。所述整流狀態(tài)的所述一部分最少是所述整流狀態(tài)的結(jié)尾，并有固定的持續(xù)時間。按照另一種實施例，在兩個相繼的反電動勢脈沖之間的時間間隔的相對變化小于預(yù)先確定的數(shù)值時，驅(qū)動器取軟切換操作模式；在這個相對變化大于預(yù)先確定的數(shù)值時，驅(qū)動器取硬切換操作模式。一方面，這有可能允許強烈的加速或減速，另一方面，當(dāng)電機穩(wěn)定操作時，電機還是比較安靜的。按照再一種實施例，如果兩個相繼的反電動勢脈沖大于預(yù)先確定的時間間隔，則整流裝置的狀態(tài)是由靜態(tài)定位傳感器控制的。如果從最后一個反電動勢脈沖算起，大于預(yù)先確定的時間間隔的某個時間間隔己過，則電機或者停止，或者運行得過慢，以致不能產(chǎn)生能被檢測到的反電動勢脈沖。通過這一措施，電機可以再一次重新啟動。按照再一種實施例，驅(qū)動器具有第一制動模式，在這樣的模式下，電機的剩余動能復(fù)原成為電能，使電源重新充電。這樣做的優(yōu)點是，其中使用電機的系統(tǒng)平均功耗相對較低。尤其是在必須頻繁加速或減速的系統(tǒng)中，這更是一個優(yōu)點。本發(fā)明具體可被應(yīng)用于數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，比如光盤或磁盤驅(qū)動器，或者磁帶驅(qū)動器，如VCR(盒式錄像機)。這樣一種數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備包括用于接收數(shù)據(jù)載體的夾持器，用于移動數(shù)據(jù)載體的電機，按照前述權(quán)利要求之一所述電機驅(qū)動器，以及用于讀出數(shù)據(jù)載體的讀/寫單元。但是，本發(fā)明另外還適合于使用無線遙控的各種其它應(yīng)用場合，如剃須刀、風(fēng)扇和吹風(fēng)機。以下參照附圖更加詳細地描述這些以及其它的方面，其中圖1示意地表示無刷電機和本發(fā)明的驅(qū)動器；圖2更加詳細地表示驅(qū)動器的一部分；圖2A更加詳細地表示所述部分的一個方面；圖3表示一個狀態(tài)的示意圖；圖4表示驅(qū)動器的一種可供選擇的實施例；圖5示意地示出各種不同信號的幅度隨電機轉(zhuǎn)速變化所發(fā)生的變化；圖6表示驅(qū)動器另一部分的實施例；圖7表示所述另一部分的第二實施例；圖8a-8c示意地表示在驅(qū)動器第一操作模式下的各種不同信號；圖9a-9c示意地表示在驅(qū)動器第二操作模式下的各種不同信號；圖10示意地表示數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備。具體實施方式圖1以示意的方式表示一種無刷電機及其驅(qū)動器20、30、40。所述電機由它的線圈llu、llv、llw的電感、線圈的電阻12u、12v、12w，以及電壓源13u、13v、13w示意地表示，從而可以示意地表示由于反電動勢效應(yīng)的應(yīng)該以及由于其它通電繞組感應(yīng)的應(yīng)該在線圈中所引起的感應(yīng)電壓。所述線圈通常連接到星形接法的星點14。驅(qū)動器包括控制器20，輸出級30，其中輸出級30具有多個模塊30u、30v、30w，每個模塊提供多相無刷電機10的相應(yīng)的相位線圈llu、llv、llw。所述電機優(yōu)選為三相電機，并且輸出級30具有對應(yīng)的相位數(shù)。按照另一種可供選擇的方式，所述電機可以具有其它的相位數(shù)，如二相，或者大于三相。不過己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，三相電機和相關(guān)驅(qū)動器的制造是最為經(jīng)濟的，同時，電機能夠具有良好的性能，比如低的紋波。圖l所示的驅(qū)動器具有反電動勢檢測器40，該檢測器40包括耦合到線圈的前置放大器部分41、用于濾波前置放大器輸出的濾波器42，以及比較器43。在所示的實施例中，每個線圈都耦合到相應(yīng)前置放大器的一個輸入端。每個前置放大器另外還有一基準(zhǔn)輸入端?；鶞?zhǔn)輸入端全都耦合到星形接點14?？刂破?0用作整流器，用于控制輸出級的模塊。整流器選擇性地允許輸出級30的模塊30u、30v、30w工作。這種選擇性的允許是利用整流頻率Fc進行改變的。整流頻率F。線性地取決于電機10的轉(zhuǎn)速(VR)，按照下面的關(guān)系還記作電機的速度，其中的NF是極對的數(shù)目FC=VR.Np可將控制器20實現(xiàn)為一個適當(dāng)編程的通用處理器，或者實現(xiàn)為專用的硬件。在與電機10的相對較高的速度對應(yīng)的相對較高的整流頻率下，反電動勢檢測器中的濾波器42具有相對較強的高頻傳輸特性，并在與電機的相對較低的速度對應(yīng)的相對較低的整流頻率下具有相對較弱的高頻傳輸特性。為此，在所示的實施例中，借由來自控制器的信號Fon控制濾波器42:如果整流頻率小于預(yù)先確定的閾值，比如43赫茲，則接通該濾波器；如果整流頻率超過所述值，比如對于有六個電極對的電機而言，這個值對應(yīng)于430轉(zhuǎn)/分的速度，則斷開該濾波器。此外，還可以使用下述的濾波器，它的頻率傳輸特性從在相對較低的整流頻率下具有低截止頻率的低通特性逐漸變化到在相對較高的整流頻率下具有相對較高的截止頻率的低通特性。圖2更為詳細地表示的控制器20具有整流裝置21，用于根據(jù)電機的位置交替地允許輸出級30的對應(yīng)模塊30u、30v、30w工作。整流裝置21接收從選擇元件24檢測到的位置4>。選擇元件24接收控制信號Spd，以便或者選擇來自靜態(tài)定位傳感器22的輸出信號4)s，或者選擇來自動態(tài)定位傳感器23的輸出信號cK。由狀態(tài)機28提供控制信號SpD，下面將參照圖3更為詳細地描述狀態(tài)機的工作情況。靜態(tài)和動態(tài)定位設(shè)備兩者都使用在不通電繞組中測得的信號IND。為此，所述控制器包括另一選擇元件27，該選擇元件27的輸入端被耦合到電機的每個繞組，以便接收信號仏nd、VIND、WIND。所述另一選擇元件27由選擇信號Suvw控制，該選擇信號S^是由整流裝置提供的。狀態(tài)機的狀態(tài)取決于整流頻率。由于在速度和整流頻率之間存在固定的線性關(guān)系，所以，狀態(tài)機28的狀態(tài)可以基于從速度傳感器25獲得的速度的測量值，從而可以根據(jù)由反電動勢感應(yīng)的選擇信號IND確定電機的速度。此外，整流裝置可以提供代表整流頻率的信號。加速度檢測器26從這個信號"計算加速度，并且向狀態(tài)機28提供代表加速度的信號^。狀態(tài)機28進一步還接收控制信號ADC，該控制信號ADC代表期望的轉(zhuǎn)矩^^。響應(yīng)這些信號，狀態(tài)機28確定當(dāng)前的操作模式，并因此而控制所述信號S^和Fon。狀態(tài)機進一步還會提供一個輸出信號C，用于控制脈沖寬度調(diào)制單元29，調(diào)節(jié)輸出級30提供的電流強度。可以利用不同的選擇方案來確定或評估電流I的瞬時值，如圖2A所示。按照一種優(yōu)選的實施例，使用關(guān)系式V,f"ko)，即所產(chǎn)生的反電動勢電壓正比于電機常數(shù)k和轉(zhuǎn)速w的乘積，在乘法器28A中從瞬時電機速度可計算出反電動勢電壓的幅度。從速度檢測器25得到轉(zhuǎn)速"的值，速度檢測器25從反電動勢脈沖發(fā)生的頻率計算轉(zhuǎn)速，但轉(zhuǎn)速按照另一種方式也可以是由整流裝置21產(chǎn)生的信號，因為整流裝置對于電機來說是相位鎖定的?？蓪㈦姍C常數(shù)k作為一個固定值來存儲，但也可按照另一種方式存儲于可編程寄存器28B中，從而使驅(qū)動器可以適應(yīng)不同的電機。此外，還可以由一個部件的阻抗值表示數(shù)值k，如用一個電阻器的電阻值表示它，可以將這個部件焊接到驅(qū)動器上。減法器28C從提供給電機的電源電壓Vin扣除估算的反電動勢電壓，從而可以估算在100%占空比情況下電機可能消耗的電流。在占空比為S時的實際消耗電流估算值，是在乘法器28E中通過乘以這個占空比的值而獲得的。并非是從電機的轉(zhuǎn)速計算反電動勢電壓的值，而是使用來自乘法器27的反電動勢信號通過電壓測量單元28F來測量反電動勢電壓的值。在另一實施例中，控制器20可能有一個輸入端，用以接收代表實際電流的電流檢測信號Isense。然而，用比如圖2A所示的電路估算電流的優(yōu)點是，可以避免在檢測電阻內(nèi)的功率耗散。電機還具有較大的電壓余量。為了能夠可靠地檢測反電動勢脈沖，脈沖寬度調(diào)制單元29將電流強度控制在預(yù)先確定的最大值，一直到電機10具有預(yù)先確定的最小速度為止，并且在整流頻率已超過所述預(yù)先確定之最小值時，脈沖寬度調(diào)制單元29還控制所述電流在由輸入信號確定的數(shù)值。根據(jù)電機的類型和尺寸，整流頻率的預(yù)先確定的最小值范圍可為10-100赫茲，比如43赫茲。電機的實際物理轉(zhuǎn)速VB取決于上述的關(guān)系。在電機具有六個電極對的情況下，這對應(yīng)于430轉(zhuǎn)/分的轉(zhuǎn)速VR。預(yù)先確定的電流最好具有在電機啟動所需時間可以提供的最大值。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)，適宜的預(yù)先確定電流是2安培。反電動勢檢測器的前置放大器部分41具有可控的閾值單元，用于抑制閾值之前的反電動勢信號，一直到整流頻率達到預(yù)先確定的最小值時為止。反電動勢信號的轉(zhuǎn)換包含比較，用以確定這個信號的零交叉。在實踐中，檢測零交叉的準(zhǔn)確值已經(jīng)變成具有一定容差的目標(biāo)，例如在集成電路工藝中的固有失配。這帶來的必然結(jié)果是一部分產(chǎn)品可能會要受到拒絕，這是因為反電動勢檢測器是非常靈敏的，并且所述檢測器檢測到的是虛假的零交叉。利用在電機的啟動階段抑制閾值之前的反電動勢信號，可以避免產(chǎn)生虛假的零交叉。所述閾值應(yīng)該略高于所發(fā)生的與零交叉電平最差的偏差。所加的閾值電壓可能隨電機的速度逐漸改變，或者可以按照一個或多個臺階那樣變化。最合適的閾值取決于反電動勢檢測器的具體實施方案，并且，比如可以包括5-30毫伏的范圍。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，實際值是15毫伏。當(dāng)對應(yīng)于上述的最小整流頻率43赫茲，電機速度低于430轉(zhuǎn)/分時，所述閾值電壓可以采用來自狀態(tài)機28的信號0on。圖3表示本發(fā)明無刷電機驅(qū)動器之控制器20的狀態(tài)機28的狀態(tài)圖。通電后，狀態(tài)機取復(fù)位狀態(tài)RESET。為了使電機10啟動，提供代表期望轉(zhuǎn)矩的信號ADC。本文所述的實施例中，值A(chǔ)DC〈-125，這使電機制動剎車，在這個值>=130時，驅(qū)動器20、30、40使電機加速或減速到與ADC值相應(yīng)的轉(zhuǎn)速，而且，對于值125〈ADC〈130而言，轉(zhuǎn)矩為零。這在驅(qū)動器的輸入-輸出傳輸特性中形成死區(qū)。在復(fù)位狀態(tài)RESET,通過設(shè)置信號ADC為值>=130，可以激活驅(qū)動器。這使控制器20取狀態(tài)SPS，其中，控制器起動一個有如US6,204,617中所描述的那種靜態(tài)定位檢測方案。在這種狀態(tài)下，狀態(tài)機使選擇元件24采用控制信號SPD，以從靜態(tài)位置傳感器22中選擇靜態(tài)位置信號(Ds。在狀態(tài)Sp。期間，狀態(tài)機28進行控制，使繞組具有相對微弱的電流，或者具有很窄的電流脈沖，這個電流脈沖不足以引起電機的轉(zhuǎn)動。當(dāng)靜態(tài)位置檢測方案結(jié)束時，狀態(tài)機進入啟動模式STARTUP。不管信號ADC的準(zhǔn)確值有多大(只要是>=130)，在這個狀態(tài)下，總要為電機提供最大的預(yù)先確定電流1。此外，閾值電壓可以采用信號Oon，而且，在具有相對較弱的高頻傳輸特性的模式下，用信號Fon設(shè)定濾波器42、142。如果在預(yù)定的時間間隔內(nèi)，比如在100毫秒-l秒的范圍內(nèi)，沒有檢測到任何反電動勢脈沖，則狀態(tài)機28回到SPS狀態(tài)。如果所述預(yù)定的時間間隔小于100毫秒，比如50毫秒，則有可能發(fā)生電機工作的不正確中斷。如果預(yù)定的時間間隔長于l秒，比如2秒，則萬一失效重新啟動所需的時間就會不必要地加長。具有代表性的預(yù)定時間是300毫秒。--旦電機10達到超過所述預(yù)定最小值F.,.的整流頻率F(—本例中是43赫茲，狀態(tài)機28就取前進驅(qū)動模式FORWARD。在這種驅(qū)動模式下，電機電流不再固定于預(yù)先確定的最大值1，而是進行放開，以便經(jīng)輸出信號ADC由用戶控制。在前進驅(qū)動模式下，脈沖寬度調(diào)制控制器將檢測到的電機電流維持在與經(jīng)過輸出信號ADC由用戶設(shè)定的值相對應(yīng)的水平。前進驅(qū)動模式有兩個子模式高速子模式，在這種子模式下，電機由高于預(yù)先確定的閾值頻率的整流頻率驅(qū)動；低速子模式，在這種子模式下，電機由低于所述預(yù)先確定的閾值頻率FT的整流頻率驅(qū)動。在本實施例中，所述預(yù)先確定的閾值頻率等于預(yù)先確定的最小值43赫茲，狀態(tài)機28這時的工作模式從STARUP過渡到F0RWART，從而重新使用這個比較器硬件。因此，狀態(tài)機28在這個過渡以后直接釆取高速子模式。然而，如果整流頻率減小到低于閾值頻率Fr，則采取低速子模式。在低速子模式下，由信號0on重新允許閾值電壓，并且在具有相對較弱的高頻傳輸特性的模式下，利用信號Fon設(shè)定濾波器42。在高速子模式下，閾值電壓是禁用的，并且，在具有相對較強的高頻傳輸特性的模式下，用信號Fon設(shè)定濾波器42。如果給信號ADC指定的值<=125，則控制器根據(jù)整流頻率取模式ACTIVEBRAKE或SHORTBRAKE之一。如果整流頻率高于另一個閾值頻率FT2，這里的FT2是22赫茲，則選擇ACTIVEBRAKE模式。這里，使用電源在電機中產(chǎn)生減速轉(zhuǎn)矩。像在FORWARD模式下那樣，ACTIVEBRAKE模式具有低速子模式和高速子模式。像在FORWARD模式下那樣，對于濾波器42和前置放大器部分41的閾值進行模擬控制。整流頻率一旦下降到低于另一個閾值速度FT2，控制器取短制動模式SHORTBRAKE。轉(zhuǎn)向短制動模式的目的是為了防止反向轉(zhuǎn)動。這使得電機能夠利用短路電機終端進行制動。如果在另一個預(yù)先確定的時間間隔沒有檢測到任何反電動勢脈沖一這個時間間隔可能等于早些時候已經(jīng)提到過的預(yù)先確定的時間間隔，比如300毫秒，則控制器隨后取停止模式ST0P。在這種模式下，電機終端的短路已經(jīng)終止，并且電源已經(jīng)切斷。按照另一種可供選擇的方式，電源可能在SHORTBRAKE模式中就已經(jīng)切斷。圖4表示一種可供替換的實施例，其中，反電動勢檢測器的元件是共享的。這里與圖1中部件對應(yīng)的那些部件的標(biāo)號高出100。本實施例中的反電動勢檢測器140包括多路轉(zhuǎn)換器144，該多路轉(zhuǎn)換器144交替地選擇電機繞組之一，即選擇沒有通電的繞組，并向前置放大器141提供從該繞組接收的信號。通過由整流器21提供的控制信號S,來控制選擇元件144。本實施例中，控制器20中的選擇元件27多余的。圖5示意地表示出所產(chǎn)生的反電動勢電壓和脈沖寬度調(diào)制切換干擾隨轉(zhuǎn)速的變化而變化的情況。在相對較低的轉(zhuǎn)速下一這里為小于400轉(zhuǎn)/分，反電動勢信號相對較弱，但濾波器抑制了由脈沖寬度調(diào)制單元29引起的相對較高頻率的切換干擾，因此，反電動勢信號仍可被很好地檢測到。在相對較高的轉(zhuǎn)速，即〉400轉(zhuǎn)/分的情況下，切換干擾不再受到抑制，但反電動勢信號的幅度已經(jīng)增加到足以被很好地檢測到。在零轉(zhuǎn)速下，反電動勢信號是零。盡管如此，由于反電動勢比較器信號路徑方面的編程偏差的緣故，系統(tǒng)在啟動時的靈敏度具有非零的"反電動勢"信號。反電動勢零交叉比較器僅在反電動勢信號超過偏置值時翻轉(zhuǎn)。這說明在0轉(zhuǎn)/分時有非零的反電動勢信號。然而，由于初始啟動電流I肌很大，所以在STARTUP模式下，電機的轉(zhuǎn)速得到充分的加速，可以提供第一個足夠強的反電動勢脈沖，以致可以檢測到。圖6表示輸出級30、130模塊的實施例。圖6中與圖1對應(yīng)的那些部件的參考標(biāo)號高了200。比如模塊30U，它包括具有高端開關(guān)231a和低端開關(guān)231b的橋式電路、用于分別控制高端開關(guān)231a和低端開關(guān)231b的控制緩沖器232a、232b，以及齊納二極管233。所述控制緩沖器具有輸入端CuH和(V，用于切換輸出信號的值。所述模塊需要具有高阻抗斷開狀態(tài)，為的是不致破壞整流的反電動勢檢測相位。齊納二極管233提供高端開關(guān)231a的柵-源電壓保護。但這樣做的缺點是，齊納二極管233的偏置電流將會流到輸出端，破壞反電動勢檢測。圖7表示第二實施例，其中的高端開關(guān)利用分開的源通路336和吸收通路335進行保護。這里與圖5中對應(yīng)部分的參考標(biāo)號高出100。分開的源通路336和吸收通路335可以快速地從控制緩沖器332a吸收和付出電流。表1以示意的方式表示出在硬切換操作模式SPEEDY下，驅(qū)動器的整流狀態(tài)1-24。每個狀態(tài)都應(yīng)用于電機的一個特定的位置范圍。狀態(tài)n應(yīng)用于范圍(n-l).15°《(Kn.15°。該表示出輸出級30的每個輸出模塊30U、30V、30W的狀態(tài)。例如，"h和CuL分別是對于輸出級30的模塊30U的高端切換元件231a和低端切換元件231b的控制電壓的邏輯值。對于模塊30V的控制信號Cvh和Ca，以及對于模塊30W的控制信號"和C孔來說，都是按照類似的方式確定的。值1表示切換元件在導(dǎo)通模式(也稱允許模式)下由控制電壓控制。值0表示切換元件在非導(dǎo)通模式(也稱禁止模式)下由控制電壓控制。P表示切換元件按照脈沖寬度調(diào)制信號交替地在導(dǎo)通模式和非導(dǎo)通模式中進行控制。值Pi也表示切換元件按照脈沖寬度調(diào)制信號交替地在導(dǎo)通模式和非導(dǎo)通模式中進行控制，但與由P控制的元件的相位相反。在整流裝置21的每個狀態(tài)期間，電機驅(qū)動器輸出端U。、V。、W。之一提供恒定的電源電壓，第二個輸出端交替地提供第一和第二電源電壓，第三個輸端保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。例如，在整流狀態(tài)l期間，輸出模塊30U高端開關(guān)是被允許的，低端開關(guān)是被禁止的，所以它的輸出端234提供第一電源電壓Vdd。在整流狀態(tài)l中，模塊30V的兩種開關(guān)都是被禁止的，所以它的輸出端是高阻抗?fàn)顟B(tài)。在狀態(tài)1中，模塊30W的高端開關(guān)231a和低端開關(guān)231b通過脈沖寬度調(diào)制控制器交替地被允許和被禁止。高端開關(guān)231a按相反的相位(Pi)被切換到低端開關(guān)231b的狀態(tài)(P)。每個開關(guān)都要按照切換方案進行控制，在切換方案中，依次是4個狀態(tài)的允許(l)、兩個狀態(tài)期間由脈沖寬度調(diào)制控制的切換(P)、4個狀態(tài)期間的禁止(O)、兩個狀態(tài)期間由反向脈沖寬度調(diào)制控制的切換(Pi)、4個狀態(tài)期間的禁止(O)、兩個狀態(tài)期間由脈沖寬度調(diào)制控制的切換(P)。對于一對低端開關(guān)231b的切換方案相對于它的高端配對部件231a在時間上移動了12個狀態(tài)(180°)。每個模塊都有一個模塊切換方案，所述模塊切換方案包括用于它的兩個開關(guān)的切換方案。對于3個模塊，模塊切換方案相互之間移動了8個狀態(tài)(120°)，也即模塊30U的模塊切換方案的狀態(tài)n模24對應(yīng)于模塊30W的狀態(tài)(n+8)模24，并且，對應(yīng)于模塊30V的狀態(tài)(n+16)模24。表2表示硬切換反向操作模式，可用于有效地制動電機。正如這里可以看到的，每個開關(guān)依次地執(zhí)行在4個狀態(tài)期間利用反向脈沖寬度調(diào)制控制的允許、6個狀態(tài)期間的禁止、2個狀態(tài)期間的允許、4個狀態(tài)期間利用反向脈沖寬度調(diào)制控制的允許、2個狀態(tài)期間的允許、6個狀態(tài)期間的禁止。有如在硬切換的前進操作模式中那樣，對于一個開關(guān)中的低端開關(guān)231b的切換方案，相對于硬端配對部分231a在時間上移動了12個狀態(tài)(180°)。對于3個模塊，模塊切換方案相互之間還要移動8個狀態(tài)(120°)。圖8a-8c以示意的方式表示所述各種不同的信號與時間t的函數(shù)關(guān)系，其中圖8a表示模塊30U提供的相對于地的電壓U。-GND;200680029150.9說明書第12/16頁圖8b表示穿過繞組11U的電流Iu;圖8c表示模塊30U提供的相對于星點14、114的電壓U。-lT。表3表示軟切換前進操作模式。軟切換操作模式的優(yōu)點在于，比起硬切換操作模式的驅(qū)動來，電機電流的行為更類似于正弦，因此，可以減小可聽見的噪聲。軟切換前進操作模式不同于硬切換操作模式之處是軟切換操作模式至少具有一個狀態(tài)，在這一狀態(tài)期間，兩個輸出模塊同時并且同相地提供在第一和第二電源電壓之間交替的輸出電壓。例如，在狀態(tài)2期間，模塊30V和30W同時提供在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第一部分期間的第一電源電壓(Vss)和在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第二補加部分期間的第二電源電壓(Vdd)。此外，在整流裝置21的一個狀態(tài)的至少一部分期間，電機驅(qū)動器輸出端之一提供恒定的電源電壓，第二個輸出端交替地提供第一和第二電源電壓，第三個輸出端交替地在高阻抗?fàn)顟B(tài)和與第二輸出端一起同時提供第一電源電壓的狀態(tài)之間進行切換。例如，在狀態(tài)3期間，模塊30U的輸出端提供第二電源電壓Vdd，模塊30V的輸出端交替地提供在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第一部分期間的第一電源電壓(Vss)和在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第二補加部分期間的第二電源電壓(Vdd)，而且，在狀態(tài)3的至少一部分期間，模塊30W的輸出端交替地提供在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第一部分期間的第一電源電壓(Vss)和在脈沖寬度調(diào)制循環(huán)的第二補加部分期間的高阻抗?fàn)顟B(tài)。己經(jīng)發(fā)現(xiàn)特別有利的是，所述輸出端交替地提供第一電壓并且是處于高阻抗?fàn)顟B(tài)的整流狀態(tài)的這部分，它是處在所述整流狀態(tài)的結(jié)束，并且具有固定的持續(xù)時間一這里是80微秒。在所述整流狀態(tài)的開始時，應(yīng)該向它的前一個狀態(tài)那樣切換輸出端。這樣做使得相關(guān)的線圈可以逐漸放電。因為這樣做有一個固定的持續(xù)時間，所以，與一個整流狀態(tài)的持續(xù)時間相比的相對持續(xù)時間隨著電機速度的增大而增長。在這個整流狀態(tài)的最后的固定部分期間，占空比減小的數(shù)目是固定的，如8步，從瞬時占空比P減小到0%。在允許開關(guān)工作的情況下(l)，占空比從100%逐步減小到0%。在表1中可以看出，在4個整流狀態(tài)的期間保持開關(guān)是允許的(1)，在3個整流狀態(tài)期間用脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(P)，在2個狀態(tài)期間保持開關(guān)是禁止的(O)，在3個整流狀態(tài)期間用反向脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(Pi)，在4個狀態(tài)期間保持開關(guān)是禁止的(0〉，在3個整流狀態(tài)期間再一次地用反向脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(Pi)，其中在第3個狀態(tài)的最后一部分使所述開關(guān)禁止(O)并且在隨后的兩個狀態(tài)期間保持開關(guān)禁止(0)，并且隨后在3個整流狀態(tài)期間用脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(P)。像其它的開關(guān)模式一樣，一對開關(guān)的低端開關(guān)231b相對于高端開關(guān)231a在時間上移動了12個狀態(tài)(180°)。對于3個模塊，它們的模塊切換方案相互之間也是移動了8個狀態(tài)(120°)。圖9a-c以示意的方式表示相關(guān)的信號。與硬切換前進操作模式的情況相比，電機消耗的電流IU的形狀明顯地比較光滑。圖9a表示模塊30U提供的相對于地的電壓U。-GND;圖9b表示穿過繞組11U的電流Iu;圖9c表示模塊30U提供的相對于星點14、114的電壓U。-U*。表4表示反向軟切換操作模式，這種模式適合于相對較慢但有效的電機制動，可聽噪聲水平相對較低。在反向軟切換操作模式中，整流器具有至少一個狀態(tài)，在此狀態(tài)期間，輸出級的第一和第二輸出端兩者都提供第一電源電壓Vdd，而第三輸出端交替地提供第一電源電壓Vdd和第二電源電壓Vss。對于一個特定開關(guān)的整個切換循環(huán)而言，它包括以下的順序在4個狀態(tài)期間用向脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(Pi)，在5個狀態(tài)期間保持開關(guān)禁止(O)，在3個狀態(tài)期間保持開關(guān)允許(l)，在4個狀態(tài)期間用脈沖寬度調(diào)制切換所述開關(guān)(P)，在2個狀態(tài)期間保持開關(guān)允許(l)，并且在此之后的兩個狀態(tài)的第一部分狀態(tài)期間保持開關(guān)允許(l)，在這個第一部分之后的5個相繼的狀態(tài)期間禁止所述開關(guān)并且保持禁止。有如其它的切換模式那樣，這對開關(guān)中的低端開關(guān)231b的切換方案相對于它的高端配對部件231a在時間上移動了12個狀態(tài)(180°)。對于3個模塊，模塊切換方案相互之間移動了8個狀態(tài)(120。)。下面再參照圖3，可以看出，在每個模式ACTIVEBREAK和FORWARD下，每個子模式LOWSPEED和HIGHSPEED都有亞子模式SPEEDY和STEADY。當(dāng)在兩個隨后的反電動勢脈沖之間的時間間隔內(nèi)的相對變化小于預(yù)先確定的數(shù)值的時候，驅(qū)動器在FORWARD模式中的優(yōu)選實施例取亞子模式SPEEDY。在亞子模式STEADY,驅(qū)動器應(yīng)用如表3所示的軟切換前進操作模式。當(dāng)在兩個隨后的反電動勢脈沖之間的相對變化大于預(yù)先確定的數(shù)值的時候，驅(qū)動器取亞子模式SPEEDY,驅(qū)動器應(yīng)用如表l所示的硬切換前進操作模式。適宜的預(yù)先確定數(shù)值的范圍是10-15%。如果預(yù)先確定的數(shù)值大于15%，比如20%，則可能發(fā)生的情況是，在電機已經(jīng)快速加速的情況下，驅(qū)動器仍在軟切換前進操作模式下工作，在這種情況下，可能破壞所述的加速。如果預(yù)先確定的數(shù)值小于10%,比如5%，則可能發(fā)生的情況是，甚至于電機在相對較低的加速時，驅(qū)動器仍舊在硬切換前進操作模式下工作，由此產(chǎn)生不必要的噪聲。類似地，在BRAKE模式下，當(dāng)在兩個隨后的反電動勢脈沖之間的時間間隔內(nèi)的相對變化小于預(yù)先確定的數(shù)值的時候，驅(qū)動器取亞子模式STEADY。在BRAKE模式的亞子模式STEADY,驅(qū)動器應(yīng)用有如表4所示的軟切換前進操作模式。當(dāng)在兩個隨后的反電動勢脈沖之間的相對變化大于預(yù)先確定的數(shù)值的時候，驅(qū)動器取亞子模式SPEEDY,驅(qū)動器應(yīng)用有如表2所示的硬切換制動操作模式。圖10示意地表示出一種數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備。它包括保持器(此處為軸60)，用于接納一個數(shù)據(jù)載體50。軸借由電機10而旋轉(zhuǎn)，從而移動數(shù)據(jù)載體。電機是由上面所述電機驅(qū)動器20、30、40驅(qū)動的。數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備具有讀/寫單元70、70A，即該讀/寫單元包括讀/寫頭70A和信號處理單元70?？梢詫⑺鰯?shù)據(jù)讀/寫設(shè)備布置成用來讀出數(shù)據(jù)，寫入數(shù)據(jù)，或者兩者皆可。在布置用于讀出的設(shè)備中，信號處理單元70將讀/寫頭提供的信號轉(zhuǎn)換成輸出信號。信號處理單元70可以包括一些常規(guī)的模塊，用于濾波、放大、數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換、通道譯碼、誤差檢測，以及用于讀出數(shù)據(jù)載體的校正。在安排成用于寫入的設(shè)備中，信號處理單元70將輸入信號轉(zhuǎn)換成用于寫入數(shù)據(jù)載體的合適的信號，其中使用了用于模擬/數(shù)字轉(zhuǎn)換、濾波、放大、誤差校正編碼、通道編碼、等模塊。各種不同的技術(shù)都可用于寫入數(shù)據(jù)載體，例如磁的或光的。通過一個或多個執(zhí)行裝置可以定位讀出頭70A。應(yīng)予說明的是，本發(fā)明的保護范圍不限于這里所述的實施例。雖然在電機驅(qū)動器的應(yīng)用范圍內(nèi)的讀寫設(shè)備中具體地描述了電機驅(qū)動器，但電機驅(qū)動器還可以應(yīng)用在各種不同的其它設(shè)備中，例如剃須刀、吹風(fēng)機、風(fēng)扇。驅(qū)動器的的各種不同的設(shè)定值是可以編程的，例如，通過編程控制寄存器中的一個值編程，這個值比如是預(yù)先確定的最小電機速度、控制器從有效制動變到短制動的電機速度、檢測反電動勢脈沖的時間限制值、對于在兩個相繼的反電動勢脈沖之間相對變化的預(yù)定值的設(shè)定值?？梢杂糜布④浖?，或者它們的組合來實現(xiàn)系統(tǒng)的各個部分。本發(fā)明的保護范圍不受權(quán)利要求書中參考標(biāo)號的限制。術(shù)語"包括"并不排除存在除了權(quán)利要求中提到的部件以外的其它部件。在元件前邊的術(shù)語"一個"并不排除存在多個這樣的元件。形成本發(fā)明的一部分的裝置既可以用專用硬件的形成實現(xiàn)，也可以用編程的通用處理器的形式實現(xiàn)。本發(fā)明寓于每一個新的特征或新的特征的組合之中。表l:硬切換前進操作模式<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table>表2:硬切換反向操作模式<table>tableseeoriginaldocumentpage18</column></row><table><table>tableseeoriginaldocumentpage19</column></row><table>權(quán)利要求1.一種無刷電機(10)用的驅(qū)動器，包括—靜態(tài)位置檢測裝置(22)；—反電動勢檢測器(40)，用以檢測反電動勢信號；包括—濾波器(42)，用以濾波反電動勢信號；—輸出級(30)，包括至少三個模塊(30u、30v、30w)，用以向電機(10)相應(yīng)相位的線圈(11u、11v、11w)提供電流；—整流裝置(21)，根據(jù)電機的位置(Φ)選擇性地允許輸出級(30)的相應(yīng)模塊(30u、30v、30w)工作，所述選擇性地允許工作是以整流頻率(Vc)交替的，所述整流裝置(21)在電機啟動時由靜態(tài)位置檢測裝置(22)控制，并在第一個測得的反電動勢脈沖之后由反電動勢檢測器(40)控制；—脈沖寬度調(diào)制單元(29)，在整流頻率具有預(yù)先確定的最小值(FT)之前，按預(yù)先確定的最大值(IMAX)控制向電機提供的電流強度，并在整流頻率超過所述最小值時，按由輸入信號(ADC)確定的值控制所述電流強度，所述濾波器(42)在相對較高的整流頻率下具有相對較強的高頻傳輸特性，并在相對較低的整流頻率下具有相對較弱的高頻傳輸特性。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動器，其特征在于，反電動勢檢測器(40)具有閾值單元(41)，用以抑制閾值之前的反電動勢信號，直至整流頻率具有預(yù)先確定的最小值(F》時為止。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述驅(qū)動器，其特征在于，所述驅(qū)動器具有硬切換操作模式(SPEEDY)，其中在整流裝置(21)的每個狀態(tài)期間，電機驅(qū)動器輸出端(U。、V。、W。)之一提供恒定的電源電壓，第二個輸出端交替地提供第一和第二電源電壓，第三個輸出端保持高阻抗?fàn)顟B(tài)。4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，所述驅(qū)動器具有軟切換操作模式(STEADY),軟切換操作模式具有至少一個狀態(tài)，在此狀態(tài)期間，兩個輸出模塊同時并且同相地提供在第一和第二電源電壓之間交替變化的輸出電壓。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，在整流裝置(21)的至少一部分狀態(tài)期間，電機驅(qū)動器的一個輸出端提供恒定的電源電壓，第二個輸出端交替地提供第一和第二電源電壓，第三個輸出端在高阻抗?fàn)顟B(tài)和由第二輸出端同步提供第一電源電壓的狀態(tài)之間交替地切換。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，所述整流裝置的所述部分狀態(tài)是所述整流狀態(tài)的結(jié)束，并有固定的持續(xù)時間。7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，所述驅(qū)動器具有軟切換反向操作模式，其中整流裝置具有至少一個狀態(tài)，在此狀態(tài)期間，輸出級的第一和第二輸出端兩者都提供第一電源電壓(Vdd)，第三輸出端交替地提供第一電源電壓(Vdd)和第二電源電壓(Vss)。8.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，在兩個相繼的反電動勢脈沖之間的時間間隔的相對變化小于預(yù)定值時，所述驅(qū)動器取軟切換操作模式(STEADY),在所述相對變化大于所述預(yù)定值時，所述驅(qū)動器取硬切換操作模式(SPEEDY)。9.根據(jù)權(quán)利要求l所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，若兩個相繼的反電動勢脈沖之間的時間間隔大于預(yù)先確定的時間間隔，整流裝置(21)的狀態(tài)由靜態(tài)位置檢測裝置(22)控制。10.根據(jù)權(quán)利要求1所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，所述驅(qū)動器具有第一制動模式，其中將電機的剩余動能復(fù)原成電能，給電源重新充電。11.根據(jù)權(quán)利要求6所述無刷電機驅(qū)動器，其特征在于，所述電機驅(qū)動器具有第二制動模式，其中電機通過阻力損耗被制動。12.—種數(shù)據(jù)讀/寫設(shè)備，包括接納數(shù)據(jù)載體用的保持器，移動數(shù)據(jù)載體用的電機，驅(qū)動電機用的前述權(quán)利要求之一所述電機驅(qū)動器，以及讀取數(shù)據(jù)載體用的讀/寫單元。全文摘要一種用于無刷電機(10)的驅(qū)動器，包括靜態(tài)位置檢測裝置(22)，用于檢測反電動勢電壓的反電動勢檢測器(40)，包括濾波器(42)。驅(qū)動器還包括輸出級(30)，輸出級(30)至少有3個模塊(30U、30V、30W)，用于向電機(10)相應(yīng)相位的線圈(11U、11V、11W)提供電流，以及整流裝置(21)，用于根據(jù)電機的位置($)選擇地允許輸出級(30)的相應(yīng)模塊(30U、30V、30W)工作。利用整流頻率(V_E)選擇地改變所允許的工作。電機啟動時，整流裝置(21)由靜態(tài)位置檢測裝置(22)控制，并在第一個測得的反電動勢脈沖之后由反電動勢檢測器(40)控制。在整流頻率具有預(yù)定的最小值(F_E)之前，脈沖寬度調(diào)制單元(29)用來控制以預(yù)定的最大值(I_MAX)向電機提供的電流強度，并在整流頻率已超過所述最小值時，將電流強度控制在由輸入信號(ADC)確定的值。濾波器(42)在相對較高的整流頻率下具有相對較強的高頻傳輸特性，并在相對較低的整流頻率下具有相對較弱的高頻傳輸特性。文檔編號H02P6/18GK101258672SQ200680029150公開日2008年9月3日申請日期2006年8月2日優(yōu)先權(quán)日2005年8月9日發(fā)明者吉安·霍赫扎德申請人:Nxp股份有限公司