專利名稱：馬達轉速控制裝置與方法
技術領域：
本發(fā)明是有關于一種馬達轉速控制裝置與方法，且特別是有關于一種光學儲存系
統(tǒng)的馬達轉速控制裝置與方法。
背景技術：
主軸馬達是光學儲存系統(tǒng)的運轉軸心，其功能主要是承載碟片并帶動其旋轉，使 光學讀取頭能在資料軌上連續(xù)地寫入或是讀取信號。因此，主軸馬達是否具備穩(wěn)定的運轉 特性將直接影響光學儲存系統(tǒng)的存取速度且主軸馬達所能達到的轉速也將限制光學儲存 系統(tǒng)的最高讀取倍速。 在現(xiàn)有技術中，中國臺灣地區(qū)第584836號專利提出一種光盤轉速控制裝置及方 法，藉由檢測主軸馬達的電樞電流(Armature current)來計算主軸馬達參數，并利用主軸 馬達參數來計算得到相對轉速而達到控制馬達的目的。然而，此方法需要針對不同的主軸 馬達進行數學運算，以求得馬達各自所對應的主軸馬達參數。此外，此方法是通過差分放大 電路(Differential amplifier)來計算電樞電流，因此所計算出的電樞電流往往會因電阻 間的匹配和噪聲問題而存有誤差，進而無法準確地取得主軸馬達系數和轉速。
在另一現(xiàn)有技術中，中國臺灣地區(qū)第1274468號專利提出一種無霍爾元件的直流 有刷馬達煞車控制方法與系統(tǒng)。此方法是在系統(tǒng)啟動時先將馬達預先煞車，以檢測并紀錄 馬達停止時的靜止電樞電流值。之后，在馬達需要進行煞車控制時，輸出反向控制電壓并且 檢測馬達的電樞電流值。其中，所檢測到的電樞電流值若是與靜止電樞電流值相同，即代表 此馬達已處于靜止狀態(tài)。然而，此方法的缺點是，每次系統(tǒng)啟動時都必需先花費時間來將馬 達預先煞車，以檢測出作為判別依據的靜止電樞電流值。

發(fā)明內容
本發(fā)明提供一種馬達轉速控制裝置，在無須通過數學運算式或是差分放大電路的 情況下，藉由檢測直流有刷馬達的反電動勢來進行控制。 本發(fā)明提供一種馬達轉速控制方法，在無須通過數學運算式或是差分放大電路的 情況下，藉由檢測直流有刷馬達反電動勢信息來進行控制。 本發(fā)明提出一種馬達轉速控制裝置，用以控制具有第一控制端與第二控制端的直 流有刷馬達，且馬達轉速控制裝置包括馬達驅動器、檢測單元以及中央處理器。馬達驅動器 耦接直流有刷馬達的第一控制端與第二控制端。檢測單元用以在馬達驅動器設為禁能狀態(tài) 時，通過第一控制端與第二控制端來檢測直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢 信息。中央處理器依據反電動勢信息判別直流有刷馬達是否處在停止轉動的狀態(tài)，并依據 判別結果而決定是否產生煞車控制信號，且馬達驅動器在使能狀態(tài)時系依據煞車控制信號 來降低直流有刷馬達的轉動速度。 在本發(fā)明的實施例中，上述的檢測單元包括第一電阻、第二電阻、開關以及第一 模-數轉換器。第一電阻的第一端耦接第一控制端，且第一電阻的第一端與第二端分別用以產生第一檢測電壓與第二檢測電壓。第二電阻的第一端耦接第一電阻的第二端，第二電阻的第二端耦接至一第一參考電壓。開關的第一端耦接第一電阻的第二端，開關的第二端耦接第二控制端。其中，在馬達驅動器設為禁能狀態(tài)的期間，開關導通其第一端與第二端。第一模-數轉換器用以將第一檢測電壓與第二檢測電壓轉換成相應的數字值，以產生反電動勢信息。 在本發(fā)明的實施例中，上述的檢測單元包括一第三電阻、一第四電阻、一第五電阻以及一第二模-數轉換器。第三電阻的第一端耦接第一控制端。第四電阻的第一端耦接第三電阻的第二端，第四電阻的第二端耦接第二控制端，且第四電阻的第一端用以產生一第三檢測電壓。第五電阻的第一端耦接第四電阻的第二端，第五電阻的第二端耦接至一第二參考電壓，并將第四電阻的第二端的電壓準位拉至第二參考電壓，以作為一第四檢測電壓。第二模-數轉換器用以將第三檢測電壓與第四檢測電壓轉換成相應的數字值，以產生反電動勢信息。 本發(fā)明還提出了一種馬達轉速控制方法，用以控制具有第一控制端與第二控制端的一直流有刷馬達，且所述馬達轉速控制方法包括下列步驟通過馬達驅動器來驅動直流有刷馬達；在馬達驅動器設為禁能狀態(tài)時，通過第一控制端與第二控制端來檢測直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢信息；依據反電動勢信息判別直流有刷馬達是否已停止轉動，并依據判別結果而決定是否產生煞車控制信號；以及，在馬達驅動器設為使能狀態(tài)時，依據煞車控制信號來降低直流有刷馬達的轉動速度。 基于上述，本發(fā)明是藉由檢測直流有刷馬達的反電動勢來產生一反電動勢信息，并藉此據以控制直流有刷馬達的轉動速度。值得注意的是，本發(fā)明無須通過數學運算式或是差分放大電路即可測得反電動勢，故本發(fā)明可避免因電阻不匹配所造成的電壓偏移的影響，進而提升馬達轉速控制裝置在控制上的精確度。再者，本發(fā)明也無須在系統(tǒng)啟動時耗費時間來將馬達預先煞車，故可有效地縮減在時程上的耗費。


圖1所示為本發(fā)明的實施例提供的馬達轉速控制裝置的電路架構圖。
圖2所示為直流有刷馬達的電路示意圖。
圖3所示為直流有刷馬達的轉速解析度的波形示意圖。
圖4所示為依據本發(fā)明的實施例提供的一種檢測單元的電路架構示意圖,
圖5所示為本發(fā)明另一實施例提供的一種檢測單元的電路架構示意圖。
圖6所示為本發(fā)明又一實施例提供的一種檢測單元的電路架構示意圖。
圖7所示為本發(fā)明的實施例提供的一種馬達轉速控制方法的流程圖。
主要元件符號說明
100 :馬達轉速控制裝置110 :馬達驅動器
120 :檢測單元
130 :中央處理器
101 :直流有刷馬達
TM11 :直流有刷馬達的第一控制端
TM12 :直流有刷馬達的第二控制端 Dll :反電動勢信息 Sll :煞車控制信號 Ra:內電阻 Ea:反電動勢 R2:電阻 V2 :電壓 410、510 :多路復用器 420 、520 :模-數轉換器 R41、R42、R51 R53 :電阻 SW41 :開關 ND41、ND42、ND51、ND52 :連接點 VR4 、 VR5 、 VR6 :參考電壓 V41、V42、V51、 V52 :檢測電壓
具體實施例方式
圖1所示為本發(fā)明的實施例提供的馬達轉速控制裝置的電路架構圖。參照圖1，馬達轉速控制裝置100包括馬達驅動器110、檢測單元120以及中央處理器130。其中，馬達轉速控制裝置100用以控制直流有刷馬達IOI，其中直流有刷馬達101具有第一控制端TM11與第二控制端TM12。在說明本實施例的馬達轉速控制裝置100的操作原理之前，以下先就直流有刷馬達101的電路特性作進一步的說明。 圖2所示為直流有刷馬達的電路示意圖。參照圖2，直流有刷馬達101可等效成一內電阻Ra與一反電動勢Ea的串聯(lián)電路，其中反電動勢Ea是直流有刷馬達101在轉動時產生的。在此，如式(1)所示，反電動勢Ea的大小與直流有刷馬達lOl的轉動速度"為正比關系，其中Kb為常數值，因此藉由檢測反電動勢Ea的大小即可判斷出直流有刷馬達101的轉動速度的快慢。 Ea = Kb w 式(1) 在反電動勢Ea的檢測上，如圖2所示，倘若在直流有刷馬達101的兩端TMll與TM12連接有一電阻R2，則電阻R2與直流有刷馬達101所構成的回路將可測得電壓V2。其中，電壓V2與反電動勢Ea存在如式(2)所示的比例關系。因此，通過電壓V2可計算出反電動勢Ea的大小，進而判別出直流有刷馬達lOl的轉動速度。此外，如圖3所示，藉由改變電阻R2的大小將可對應地改變電壓V2的大小，且也可藉此判別直流有刷馬達101的轉速的解析度。
R2V2 =--Ea式(2)
R2 + Ra 請繼續(xù)參照圖1，馬達驅動器110耦接直流有刷馬達101的第一控制端TM11與第二控制端TM12。此外，馬達驅動器110可設定為禁能狀態(tài)或是使能狀態(tài)，其中在禁能狀態(tài)的期間，馬達驅動器110與直流有刷馬達101的兩端TM11與TM12將相互浮接(floating);此外，在使能狀態(tài)的期間，馬達驅動器110將依據中央處理器130所發(fā)送的信號，來對直流
6有刷馬達101進行相應的控制。 為了取得直流有刷馬達101目前轉速的相關信息，檢測單元120用以在馬達驅動器110設為禁能狀態(tài)時，通過直流有刷馬達101的兩端TMll與TM12來檢測直流有刷馬達101的反電動勢Ea，并根據該反電動勢Ea產生反電動勢信息Dll。依據上述的直流有刷馬達101的電路特性來看，中央處理器130將可通過反電動勢信息Dll得知直流有刷馬達101目前的轉速，進而判斷出直流有刷馬達101是否處在停止轉動的狀態(tài)。 當判斷結果為直流有刷馬達101尚未停止轉動時，中央處理器130將產生煞車控制信號Sll并發(fā)送至馬達驅動器110。此時，在使能狀態(tài)的馬達驅動器110將依據煞車控制信號Sll來降低直流有刷馬達101的轉動速度。相對地，當判斷結果為直流有刷馬達101已經停止轉動時，中央處理器130將停止產生煞車控制信號Sll。如此一來，由于馬達轉速控制裝置IOO是藉由檢測反電動勢Ea來控制馬達，因此馬達轉速控制裝置lOO無須額外配置差分放大電路，也無需通過復雜的數學運算式，即可對直流有刷馬達101進行相應的操控。此外，在操控馬達的過程中，馬達轉速控制裝置100也無須在系統(tǒng)啟動時耗費時間來將馬達預先煞車，故可有效地縮減在時程的耗費。 值得注意的是，在圖2所示的直流有刷馬達101的電路特性的理論探討中，已知通過跨接在直流有刷馬達101兩端TM11與TM12的電阻R2，可測得與反電動勢Ea相關的電壓V2。因此，在實際應用上，檢測單元120即可利用此原理來進行反電動勢Ea的檢測。為了致使本領域技術人員能更了解本實施例，以下將列舉多個實施例來進一步地說明檢測單元120的細部動作。 圖4所示為本發(fā)明的實施例提供的一種檢測單元的電路架構示意圖，其中為了說明方便起見，圖4中還包括直流有刷馬達101。參照圖4，檢測單元120包括電阻R41 (即第一電阻)、電阻R42(即第二電阻)、開關SW41、多路復用器410(即第一多路復用器)以及模_數轉換器420 (即第一模-數轉換器)。 參照圖4，電阻R41的第一端耦接直流有刷馬達IOI的第一控制端TM11，且電阻R41的第二端耦接電阻R42的第一端。電阻R42的第二端耦接至參考電壓VR4。開關SW41的第一端耦接電阻R41的第二端，且開關SW41的第二端耦接直流有刷馬達101的第二控制端TM12。多路復用器410耦接至電阻R41與R42的連接點ND41與ND42。模_數轉換器420耦接多路復用器410。 請同時參照圖1與圖4，在馬達驅動器110設為禁能狀態(tài)的期間，開關SW41將導通其第一端與第二端，以致使電阻R41跨接在直流有刷馬達101的兩端TM11與TM12。此時，電阻R41的第一端與第二端將分別產生檢測電壓V41與另一檢測電壓V42。此外，依據式(2)來看，檢測電壓V41與V42之間的壓差與直流有刷馬達101的反電動勢Ea存在比例關系。因此，在實際操作上，模_數轉換器420會將檢測電壓V41與V42分別轉換成相應的數字值，以產生反電動勢信息Dll。 藉此，中央處理器130將可依據反電動勢信息Dll來判別檢測電壓V41與V42之間的壓差的大小，并藉此取得反電動勢Ea的大小的相關信息。且知，當檢測電壓V41與V42之間的壓差為零時，即代表反電動勢Ea為零，也就是直流有刷馬達lOl已經停止轉動。因此，當檢測電壓V41與V42之間的壓差為零時，模-數轉換器420所產生的反電動勢信息D11將致使中央處理器130停止產生煞車控制信號S11。值得注意的是，多路復用器410是以時分多路復用的方式，配合馬達轉速控制裝置100的動作，在預定期間內傳送檢測電壓V41與V42至模-數轉換器420。此外，馬達轉速控制裝置100中的其他構件可共用檢測單元120中的模-數轉換器420。 圖5所示為本發(fā)明另一實施例提供的一種檢測單元的電路架構示意圖，其中為了說明方便起見，圖5還包括直流有刷馬達101。參照圖5，檢測單元120包括電阻R51 (即第三電阻)、電阻R52 (即第四電阻)、電阻R53 (即第五電阻)、多路復用器510 (即第二多路復用器)以及模-數轉換器520。 參照圖5，電阻R51的第一端耦接直流有刷馬達101的第一控制端TM11，且電阻R51的第二端耦接電阻R52的第一端。電阻R52的第二端耦接直流有刷馬達101的第二控制端TM12。電阻R53的第一端耦接電阻R52的第二端，且電阻R53的第二端耦接至一參考電壓VR5。多路復用器510耦接至電阻R51 R53的連接點ND51與ND52。模-數轉換器520耦接多路復用器510。 請同時參照圖4與圖5。在此，圖4實施例與圖5實施例最大不同之處在于，圖4中的電阻R41由圖5中的兩電阻R51與R52取代，并跨接在直流有刷馬達101的兩端TM11與TM12。此外，在圖5實施例中，并未配置相應的開關。以圖5實施例的電路架構來看，跨接在直流有刷馬達101的兩端TM11與TM12的電壓將可通過電阻R51與R52進行分壓。此時，電阻R52的第一端將產生檢測電壓V51，且電阻R52的第二端將產生另一檢測電壓V52。
值得注意的是，藉由將電阻R51 R53的總阻值的調大，檢測單元120將可在無須設置開關的情況下，避免因電阻R51 R53的阻值過小而引發(fā)的分流效應。此外，雖然電阻R51 R53的總阻值的提高會導致直流有刷馬達101兩端TM11與TM12的跨壓變大，但是檢測電壓V51與V52可通過電阻R51與R52的分壓效應而得到適當的衰減，因此檢測電壓V51與V52將不會超出模_數轉換器520的可輸入電壓的范圍。 請同時參照圖1與圖5，在實際操作上，模-數轉換器520會將檢測電壓V51與V52分別轉換成相應的數字值，以產生反電動勢信息Dll。此外，檢測電壓V51與V52之間的壓差AV5與直流有刷馬達101的反電動勢Ea的關系如式(3)所示。因此，中央處理器130將可依據反電動勢信息Dll來判別檢測電壓V51與V52之間的壓差的大小，并藉此取得反電動勢Ea的大小的相關信息。相對地，中央處理器130將可依據判別結果而決定是否產生煞車控制信號Sll。另一方面，多路復用器510是以分時多路復用的方式依序傳送檢測電壓V51與V52至模-數轉換器520，且馬達轉速控制裝置100中的其他構件可通過多路復用器510的切換，而一起共用模-數轉換器520。至于本發(fā)明實施例的具體工作原理已包含在上述實施例中，故在此不予贅述。<formula>formula see original document page 8</formula>
然而，值得一提的是，從直流有刷馬達101的電路特性來看，電阻R52的第二端的電壓準位會通過電阻R53而被拉至參考電壓VR5，也就是說，在實際操作上檢測電壓V52相等于參考電壓VR5。且知，模-數轉換器520也會接收另一參考電壓來進行相應的轉換。因此，如圖6所示，當電阻R53與模-數轉換器520所接收的參考電壓都為電壓VR6時，此時模_數轉換器520可通過檢測電壓V51與其內部的參考電壓VR6來產生反電動勢信息Dl 1 。因此，在圖6實施例中，電阻R52的第二端所產生的檢測電壓無需經多路復用器610(即第三多路復用器)傳送至模_數轉換器520。 從另一觀點來看，圖7所示為本發(fā)明的實施例提供的一種馬達轉速控制方法的流 程，其中所述馬達轉速控制方法用以控制具有第一控制端與第二控制端的直流有刷馬達， 并包括下列步驟首先，于步驟S710，通過馬達驅動器來驅動直流有刷馬達；之后，于步驟 S720，在馬達驅動器設為禁能狀態(tài)時，通過直流有刷馬達的第一控制端與第二控制端，來檢 測直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢信息；接著，于步驟S730，依據反電動勢 信息判別直流有刷馬達是否已停止轉動，并依據判別結果而決定是否產生煞車控制信號； 藉此，于步驟S740，在馬達驅動器設為使能狀態(tài)時，依據煞車控制信號來降低直流有刷馬達 的轉動速度。至于本發(fā)明實施例的具體流程已包含在上述各實施例中，故在此不予贅述。
綜上所述，本發(fā)明是藉由檢測直流有刷馬達的反電動勢，來控制直流有刷馬達的 轉動速度。此外，本發(fā)明無須通過數學表達式或是差分放大電路即可測得反電動勢，故本發(fā) 明可避免因電阻不匹配所造成的電壓偏移的影響。再者，本發(fā)明也無須在系統(tǒng)啟動時耗費 時間來將馬達預先煞車，故可有效地縮減在時程上的耗費。 以上所述，僅為本發(fā)明的具體實施方式
，但本發(fā)明的保護范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術領域的技術人員在本發(fā)明揭露的技術范圍內，可輕易想到變化或替換，都應涵 蓋在本發(fā)明的保護范圍之內。因此，本發(fā)明的保護范圍應以權利要求所述的保護范圍為準。
權利要求
一種馬達轉速控制裝置，用以控制具有第一控制端與第二控制端的直流有刷馬達，且該馬達轉速控制裝置包括馬達驅動器，耦接該第一控制端與該第二控制端；檢測單元，用以在該馬達驅動器設為禁能狀態(tài)時，通過該第一控制端與該第二控制端來檢測該直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢信息；以及中央處理器，依據該反電動勢信息判別該直流有刷馬達是否處在停止轉動的狀態(tài)，并依據判別結果而決定是否產生煞車控制信號，且該馬達驅動器在使能狀態(tài)時系依據該煞車控制信號來降低該直流有刷馬達的轉動速度。
2. 根據權利要求1所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元包括 第一電阻，其第一端耦接該第一控制端，且該第一電阻的第一端與第二端分別用以產生第一檢測電壓與第二檢測電壓；第二電阻，其第一端耦接該第一電阻的第二端，該第二電阻的第二端耦接至第一參考 電壓；開關，其第一端耦接該第一電阻的第二端，該開關的第二端耦接該第二控制端，其中， 在該馬達驅動器設為禁能狀態(tài)的期間，該開關導通其第一端與第二端；以及第一模-數轉換器，用以將該第一檢測電壓與該第二檢測電壓轉換成相應的數字值， 以產生該反電動勢信息。
3. 根據權利要求2所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元還包括 第一多路復用器，用以配合該馬達轉速控制裝置的動作，在預定期間內傳送該第一檢測電壓與該第二檢測電壓至該第一模_數轉換器。
4. 根據權利要求1所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元包括 第三電阻，其第一端耦接該第一控制端；第四電阻，其第一端耦接該第三電阻的第二端，該第四電阻的第二端耦接該第二控制 端，且該第四電阻的第一端用以產生一第三檢測電壓；第五電阻，其第一端耦接該第四電阻的第二端，該第五電阻的第二端耦接至第二參考 電壓，并將該第四電阻的第二端的電壓準位拉至該第二參考電壓，以作為第四檢測電壓；第二模-數轉換器，用以將該第三檢測電壓與該第四檢測電壓轉換成相應的數字值， 以產生該反電動勢信息。
5. 根據權利要求4所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元還包括 第二多路復用器，用以配合該馬達轉速控制裝置的動作，在預定期間內傳送該第三檢測電壓與該第四檢測電壓至該第二模_數轉換器。
6. 根據權利要求4所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元還包括第三多路復用器，用以配合該馬達轉速控制裝置的動作，在預定期間內傳送該第三檢 測電壓至該第二模_數轉換器，其中，該第二模_數轉換器更用以接收該第二參考電壓，以 進行相關的電壓轉換。
7. 根據權利要求1所述的馬達轉速控制裝置，其中該檢測單元包括相互串接的多個電 阻，且該些電阻的部份連接點耦接該第一控制端與該第二控制端，該檢測單元依據位在該 些部份連接點的多個檢測電壓來產生該反電動勢信息，且當該些檢測電壓的壓差為零時， 該中央處理器依據該反電動勢信息而停止產生該煞車控制信號。
8. —種馬達轉速控制方法，用以控制具有第一控制端與第二控制端的直流有刷馬達， 且馬達轉速控制方法包括通過馬達驅動器來驅動該直流有刷馬達；在該馬達驅動器設為禁能狀態(tài)時，通過該第一控制端與該第二控制端來檢測該直流有 刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢信息；依據該反電動勢信息判別該直流有刷馬達是否已停止轉動，并依據判別結果而決定是 否產生煞車控制信號；以及在該馬達驅動器設為使能狀態(tài)時，依據該煞車控制信號來降低該直流有刷馬達的轉動 速度。
9. 根據權利要求8所述的馬達轉速控制方法，其中通過該第一控制端與該第二控制端 來檢測該直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生該反電動勢信息的步驟包括將相互串接的多個電阻的部份連接點耦接至該第一控制端與該第二控制端； 擷取在該些部份連接點的多個檢測電壓；以及將該些檢測電壓分別轉換成相應的數字值，以產生該反電動勢信息。
10. 根據權利要求9所述的馬達轉速控制方法，其中依據該反電動勢信息判別該直流 有刷馬達是否已停止轉動，并依據判別結果而決定是否產生該煞車控制信號的步驟包括依據該反電動勢信息判別該些檢測電壓的壓差是否為零；當該些檢測電壓的壓差不為零時，則判定該直流有刷馬達尚未停止轉動，并產生該煞 車控制信號；以及當該些檢測電壓的壓差為零時，則判定該直流有刷馬達已停止轉動，并停止產生該煞 車控制信號。
全文摘要
一種馬達轉速控制裝置，用以控制直流有刷馬達，并包括馬達驅動器、檢測單元以及中央處理器。馬達驅動器耦接直流有刷馬達的第一控制端與第二控制端。檢測單元在馬達驅動器設為禁能狀態(tài)時，通過第一控制端與第二控制端來檢測直流有刷馬達的反電動勢，并據以產生反電動勢信息。中央處理器依據反電動勢信息判別直流有刷馬達是否已經停止轉動，并依據判別結果而決定是否產生煞車控制信號。此外，馬達驅動器在使能狀態(tài)時系依據煞車控制信號來降低直流有刷馬達的轉動速度。
文檔編號H02P6/18GK101753078SQ20091026181
公開日2010年6月23日 申請日期2009年12月30日 優(yōu)先權日2009年12月30日
發(fā)明者葉建良, 洪紹倫, 鄭晏阡 申請人:凌陽科技股份有限公司