專利名稱：硬盤旋轉馬達控制系統的制作方法
技術領域：
本實用新型是關于一種馬達控制系統的，特別是關于一種硬盤旋轉馬達控制系統。
背景技術：
一個典型的硬盤驅動系統包括許多表面涂有磁性金屬材料的碟片，該系統進一步包括一組位于各碟片之間由支撐結構支撐的傳感頭，該傳感頭在讀取數據的時候將磁變量轉換成電變量，在寫入數據的時候將電變量轉換為磁變量。該支撐結構連接著一個纏繞有線圈的馬達使得該傳感頭能夠定位于磁盤表面磁道上。正常運轉時，該定位馬達由一個主控制器發出的控制信號來控制定位。
一個典型的硬盤驅動系統還包括一個連接在磁盤軸心的旋轉馬達，以使得在數據讀取和寫入操作中保持磁盤的旋轉，還有連接在該旋轉馬達及該主控制器接口之間的電子控制器和驅動電路，以提供驅動信號給馬達線圈用來控制該旋轉馬達的轉速和其他運行參數，并且也還可以控制該旋轉馬達的啟動運行。
圖1是一個三刷旋轉馬達10的部分控制和驅動電路的示意圖。該例子中的旋轉馬達10含有12個電極和9個線圈繞阻，且這些線圈被分為3個線圈組A、B、C，順序器18和馬達放大器20在不同階段選擇性的驅動線圈組12、14、16，從而維持馬達10旋轉軸的旋轉。
參看圖2A，其為選擇驅動線圈組12、14、16時產生的馬達轉矩的軌跡1、2、3對應于馬達電位變化的示意圖。軌跡1是當晶體管20a和20f開通(晶體管20b-20e關閉)時馬達轉矩S對應于馬達電位U變化的曲線圖，軌跡2是當晶體管20a和20d開通時馬達轉矩的曲線圖，軌跡3是當晶體管20a和20e開通時馬達轉矩的曲線圖。在早期的硬盤驅動系統中，電刷型馬達旋轉換向時間都是由植入馬達內部的霍爾效應傳感器來控制的。
另外一種可以選擇旋轉馬達的最佳換向時機的方法就需要在系統內增加一個順序器電路來輔助旋轉馬達的換向操作，該方法涉及到一種反電動勢(BEMF)現象。一種三刷馬達系統產生的BEMF信號如圖2B中的信號4、5和信號6，從圖中可以清楚的看出當馬達轉矩處于極大值的時候，該BEMF信號將會穿過零電壓軸線，最理想的馬達換向時機如圖2C和圖3A中所示。
比較器交叉連接在該馬達的線圈12、14、16的每一段繞阻上用來測定每一個大于零的BEMF信號，這些比較器產生的輸出信號如圖3B-3D所示。如圖3B-3D中所示的比較器信號都會被邏輯譯碼成為如圖3E中所示的轉速信號。其中最佳的馬達換向時機出現在轉速信號的每一個高狀態和低狀態的中點，即如圖3E中所示環信號的X點和Y點。
該轉速信號的每一個高狀態和低狀態的中點X和Y是根據圖4A和4B中的電路決定的。該電路中的電容器22和28產生的電壓波形圖分別如圖3F和圖3G所示，其中U1、U2分別為電容器22、28上的電壓。如圖3F中的電壓波形圖，電容器22在轉速信號處于高狀態時會有一恒電流源24對其充電，當轉速信號改變狀態時電容器22將會對恒電流接收器26放電。當該旋轉馬達以名義速度運行時，該電容器22將會達到它的最小值的Y點，這就是該馬達的理想換向時機。電容器22還可以結合另外的傳感器和觸發電路，然后連接到順序器18上以便在下一階段使得馬達放大器換向。圖4B中的電容器28用來決定另外一個換向點X，當電容器22放電時將由一恒電流源對電容器28進行充電，電容器28將保持該電壓直到轉速信號變為高狀態，此后，電容器28將會對恒電流接收器29放電，當電容器28達到它的最小電壓值時，該馬達放大器20會觸發下一階段的順序器18的狀態。
以上敘述的BEMF技術對第一次啟動的旋轉馬達的換向操作是非常成功的，但是，當電容器22和28選擇不恰當時，會導致其充放電的時間過長，從而影響馬達換向時機的選擇，并且恒電流源24、27，電流接收器26、29的選擇也必須恰當，而且該四個元件也必須很好的匹配，否則，該換向點的選擇和可能就存在很大的偏差。另外，電流源24、27，電流接收器26、29一般是工作在非常小的電壓范圍內的，它們在印刷電路板都會有不同的漏電流，這樣也會影響到電容器22和28的充放電時間，從而影響旋轉馬達換向點的選擇，甚至出現錯誤的換向時機。額外的電容器22和28可能要占相當的大的空間，幾乎不可能把它們安裝在旋轉軸啟動控制集成電路芯片里，而且，當馬達換向的時間參數或者馬達運行參數需要修改時，就必須更換電容器22和28，幾乎要重做該電路板。這樣使得其更改運行參數非常困難，且不適宜廣泛應用于馬達運行的不同參數和不同環境因素的情況下。
一種已知的旋轉馬達系統如圖5所示，其包括一電容器30，一對電流接收器34、36，一電子開關38，比較器40、42和一對一射電路44、46。結合參看圖6A-6C中的波形圖，在馬達剛開始啟動旋轉時速度較慢而產生了較多的BEMF信號，此時開關置于位置1處，而電容器30則由電流源32對其充電，電容器30充電時的電壓波形如圖6A(其中Aa-Pa為其一系列電壓點)中的Aa段到Ba段所示(其中U3為電容器30上的電壓)。當通過電容器30的電壓達到參考電壓VR1時，比較器40將產生一個控制信號給控制邏輯電路48，從而使得開關38置于位置2處，此時，電流接收器34將會促使電容器30放電直到其電壓值達到參考電壓VR2為止。當比較器42檢測到的電容器30的電壓值遠遠小于參考電壓VR2時，控制邏輯電路將會使開關38返回位置1處，這樣電容器將會重新如圖中Ca段至Da段所示的情況充電。比較器42在電容器30的電壓值超過參考電壓VR2時也會產生一個正的脈沖信號，該脈沖信號被傳送到一射電路44接收，從而促使一射電路44產生一個換向觸發脈沖給順序器18，順序器18用來控制該馬達放大器的相位，循環重復這個過程直到該馬達有足夠的旋轉速度來啟動產生該BEMF信號。
當到達點Ha時，將會產生一個BEMF換向脈沖信號S1，該BEMF脈沖信號S1將會觸發一射電路46，從而使得控制邏輯電路48控制開關38置于位置3處。隨著產生的BEMF脈沖信號的增多，電容器30將由電流接收器36對其反復放電直到其電壓低于參考電壓VR2，這樣，從比較器40和42的輸出信號將保持低態，且順序器18也不再會被一射電路44觸發，該順序器18將只會被通過一射電路46的BEMF脈沖信號S1來單獨觸發。
圖6B是由啟動振蕩器一射電路44產生的換向脈沖示意圖，而圖6C是由BEMF一射電路46產生的換向脈沖示意圖。其中，馬達的快速旋轉需要更多的BEMF脈沖，而快速的產生BEMF脈沖就需要電容器30的電壓低于參考電壓VR2，但這樣又會使得該啟動振蕩器失效，其不利于啟動振蕩器的工作，并且當系統參數發生變化時電容器30就必須更換，此外，旋轉驅動芯片中的額外電容器要占用小型磁盤驅動器的有限空間。另外，電容器30中的漏電流也會影響該啟動換向的頻率，這就使得該旋轉馬達很難在所期望的時間內達到名義運行速度，對于某些需要快速啟動的旋轉馬達，電容器30過多的漏電流會使其很難達到。
因此，如何提供一種無需額外電容器即可實現換向和穩定調速的馬達控制系統即為本實用新型所要解決的課題。
發明內容本實用新型的目的在于提供一種應用于旋轉馬達中的控制系統。
本實用新型的目的是通過以下技術方案實現的本實用新型旋轉馬達控制系統主要包括一BEMF換向電路、一啟動電路和一監控電路。該BEMF換向電路包括可用來調節可變系統的第一和第二可編程計數器，該BEMF換向電路不需要額外的電容器，其對漏電流不靈敏，但可提供穩定的調速性能。該啟動電路同樣也包括一可用來調節該可變系統的可編程計數器，該啟動電路也不需要額外的電容器即可穩定的產生啟動脈沖。該監控電路包括第一和第二計數器用來切斷換向之后的BEMF電路，該監控電路進一步包括一用來偵測和校正該旋轉馬達旋轉偏差的電路，該監控電路可以提供一微處理器接口來允許改變馬達的運行參數和環境因數，并提供穩定的調速性能。
由于采用了上述技術方案，本實用新型旋轉馬達控制系統具有無需額外電容器即可實現換向和穩定調速的功效。
下面參照附圖，結合實施例對本實用新型作進一步描述。
圖1是一個旋轉馬達的換向順序電路示意圖。
圖2A是一組馬達轉矩對應于馬達電位變化的示意圖。
圖2B是一個馬達在每個階段產生的BEMF信號對應于馬達電位變化的波形示意圖。
圖2C和3A是在理想的換向時機和繞阻激活段對應于馬達電位變化的時間示意圖。
圖3B-3D是一組由BEMF信號比較器輸出信號的波形示意圖。
圖3E是一個轉速信號的波形圖。
圖3F和3G是通過一組電容器的電壓波形示意圖。
圖4A和4B是決定最佳交換時間的電路示意圖。
圖5是一個旋轉啟動振蕩器電路的模塊圖。
圖6A-6C圖5中電路的一組波形圖。
圖7是一個硬盤驅動系統的模塊圖。
圖8是一個硬盤驅動系統的旋轉控制和驅動部分的模塊圖。
圖9是一個旋轉馬達的換向電路示意圖。
圖10是本發明中的一個BEMF換向控制電路的模塊圖。
圖11A是一個轉速信號的波形圖。
圖11B和11C是BEMF換向控制電路中計數器的計數值的曲線圖。
圖12是本發明中的一個啟動電路模塊圖。
圖13A-13J是該啟動電路運行時的一組波形圖。
圖14是本發明中的一個監控電路模塊圖。
圖15A-15K是該監控電路運行時的一組波形圖。
圖16是該BEMF換向電路的第一實施例的示意圖。
圖17A-17P是該BEMF換向電路運行時的一組波形圖。
圖18A和18B是該啟動電路的第一實施例的示意圖。
圖19A-19N是該啟動電路運行時的一組波形圖。
圖20是該監控電路的第一實施例的示意圖。
圖21A-21L是該監控電路運行時的一組波形圖。
圖22是該軸心馬達控制循環的模塊圖。
圖23A和23B是該控制循環的部分示意圖。
圖24A-24N和25A-25N是該控制循環運行時的一組波形圖。
圖26和27是編輯該控制循環中一個計數器的總線狀態波形圖。
具體實施方式首先參考圖7，其為該發明硬盤驅動系統的一個示意圖。該示意圖中包括一微控制器200、一門陣列202、一ROM模塊204、一A/D及D/A轉換器206、一磁頭驅動控制模塊208和一磁盤格式緩沖管理接口協議控制器210。該示意圖進一步包括接口連接器212、一RAM緩沖器214、一讀/寫模塊216、一讀/寫前置放大器218、一馬達和傳感器組合模塊220，還包括一個旋轉控制和驅動模塊222。該硬盤驅動系統的結構和運行的更詳盡的描述請參考美國專利申請Ser.No.07/629,948以及申請日為1990年12月19日的“便攜式電腦的微型硬盤驅動器”，其中可以查看到其詳盡的參考內容。
參考圖8，其為該旋轉控制和驅動器模塊222的示意圖。該示意圖包括一串行口230、一頻率鎖定環電路240、一電流控制電路245、一BEMF檢測器250、一啟動振蕩器260、一監控電路270、一順序器280和電源供應模塊290。
串行口230分別從輸入線231-233接收連續時鐘信號、連續數據信號和片選信號。串行口230通過一信號總線234連接在BEMF檢測器250上，通過信號總線235來啟動振蕩器260，通過信號總線236來監控電路270，通過信號總線237來鎖定該頻率環電路240。
頻率鎖定環電路240用來控制該旋轉馬達的轉速，其包括一輸入線用來接收來至門陣列202的頻率反饋信號，而且還包括另外一輸入線用來接收來至BEMF檢測器250的頻率反饋信號，一第三輸入線進一步用來接收來至門陣列202內部定時器的參考頻率信號。頻率鎖定環電路240包括一由該參考頻率信號驅動的內部計數器，該計數器計數數值與一個反饋信號(來至門陣列202或BEMF檢測器250的)相比較，從而提供一個輸出信號給電流控制模塊245，其可以控制該旋轉馬達的電流供應。
圖9是能源供應模塊290的部分示意圖，而圖9更詳盡的描述請參考美國專利申請Ser.No.07/630,110以及申請日為1990年12月19日的“硬盤的旋轉馬達”，其中可以查看到其詳盡的參考內容。本發明中，每個馬達線圈都會產生一個BEMF電壓，由線圈L1-L6產生的BEMF電壓使得電容器C1的兩端也產生了一個電壓，該電壓被用來停止磁頭的運轉。只有當馬達線圈中的L2、L4和L6運行時才會有轉速信號產生。
參看圖10，其為該BEMF檢測器250中的BEMF換向電路示意圖。該BEMF換向電路包括一個微處理器接口100，兩個上/下計數器102、104，控制邏輯電路106、107、108、114和用來提供源信號(F1和F2)的頻率發生器112和113。該電路進一步包括零點檢測器109、110，與門122、123，或門124、128和非門131、132。
當馬達運行時，前述比較器和譯碼電路被用來產生圖3E中的轉速信號Z1。該轉速信號Z1被傳送到線路135，然后由計數器102的上/下控制引腳通過邏輯電路114、邏輯門122、131和132來接收。
當馬達運行在名義速度時，且該轉速信號Z1處于高態時計數器102開始正向計數，此時來至頻率發生器112的信號F1則被用作計數器102的時鐘，而當該計數器信號變為低態時，該計數器則將來至頻率發生器113并通過邏輯電路106和邏輯門122、123、124和131傳送過來的信號F2作為其時鐘，頻率發生器113產生的信號F2是信號F1的頻率的兩倍，而計數器102則可由U/D終端的轉速信號Z1控制而進行倒計數。參看圖11A和11B，當零檢測器110偵測的計數器102的計數值為零時，轉速信號Z1值處于Y點，這樣就可以找到馬達換向的最佳時機，當該轉速信號Z1處在高態時，邏輯電路114將使計數器102回到復位狀態，當計數器102的計數器為零時，邏輯電路114將會產生一個BEMF換向脈沖S2，該換向脈沖S2通過一個邏輯門128(圖10)輸送給該馬達順序器280(圖8)。
當計數器102倒計數時，計數器104將以信號F1作為其時鐘信號開始正向計數，當計數器102的計數值C2為零時，該時鐘信號會由于邏輯電路107的影響而對計數器104失效。當該轉速信號變為一個高態時，計數器104則由U/D終端的控制而進行倒計數。當計數器104的計數值C4為零時，該轉速信號處于X點，其也為馬達換向的最佳時機。此時，邏輯電路發出的BEMF脈沖S3通過線路126和與門128連接在馬達順序器上。
該BEMF換向電路的運作也是為了調節該馬達啟動時的換向問題的。當該馬達啟動時運行第一周時，該轉速信號在這段時期將會變得長一些，并且計數器102和104的計數值也會比較大，而當每一個計數器所得計數值都比較大時，這些計數器就需要更長的時間來使得它們的數值變回到零，該電路為一自動調節電路，其并且能夠在最佳時機實現馬達的換向工作，而不用去顧慮轉速信號的長短。
然而，當馬達啟動運行的非常慢時，就有一個電壓問題，例如，該轉速周期很長而計數器102和104并不能夠達到計數值溢出的情況，這樣會導致計數器102和104在轉速信號變換狀態時都出現很低的計數值，這些錯誤的計數值將會導致馬達在錯誤的時候進行換向操作。
該發明中的電路可以在某些方面避免這種情況的發生，該電路可以事先設計使得計數器102和104的可計數值足夠大而不致出現數據溢出的現象，而頻率信號F1和信號F2在馬達啟動狀態時設計為低頻，這樣，這些計數器也不會那么快頻率的啟動和關閉，因此也不會出現數據溢出現象了，頻率發生器112和113的頻率是可以由上述微處理器來控制進行編輯的。
在圖10中還展示了上述換向控制電路的其他技術優勢，其因為應用了頻率發生器而且計數器還是可編程的，因而，馬達可以不改變其物理結構而應用于不同參數的情況下。該旋轉馬達能夠由該微處理器發出的指令而任意改變其運行參數，這樣，如果一個系統參數改變了，例如調換了一個磁碟驅動器，該微處理器還可以自動調整該旋轉馬達的運行參數來適應這些參數的變化。除此之外，其外部電容器也可以省掉，這樣，整個控制電路就可以集成在一個單片集成電路芯片上，因而可以做到最節省空間。
參看圖12，其為一個可以使該旋轉馬達啟動運行的振蕩器啟動電路260的示意圖。該電路包括一個微處理器接口140、一個時鐘頻率142、一個寄存器和計數器模塊144、一個一射電路146、148和一個邏輯模塊150。該電路進一步包括一個零計數檢測器152、一個最大計數檢測器154、一個計數器156、與門158、160、162、164，或門166、168，該電路還包括一個順序器170、一個馬達放大器172和一個旋轉馬達174。當由該馬達產生的BEMF信號的振幅太大時，該啟動脈沖電路就會失效，在這種情況下，通過線路116接收到的(來至圖10中線路130)BEMF信號S4就會被用于該馬達放大器的換向操作。
圖13A-13J展示的是該啟動振蕩器的波形和信號關聯圖。圖13A表示的是計數器156記錄的馬達電位的計數值C3，其中Ab-Qb為其一系列電位點，圖13B表示的是從最大計數檢測器154產生的啟動脈沖示意圖，圖13C表示的是接收的來至于線路116的BEMF換向脈沖示意圖，圖18D和18E表示的是從與門158和160各自的的輸出信號示意圖，圖13F表示的是應用于計數器156的U/D終端的控制信號示意圖，圖18G表示的是由零計數檢測器152記錄的一個零計數值，而圖13H表示的是由最大計數檢測器154記錄的一個最大計數值，圖13I和圖13J分別表示從邏輯門164和162傳送過來的輸出信號示意圖。
在磁碟驅動單元的啟動運行時，該旋轉馬達是固定不動的。在這兒先假定該旋轉馬達是順時針方向旋轉的，該微處理器通過接口140，編輯來至模塊144的頻率信號F1和F2，此外，該微處理器進一步零初始化計數器156，設置一射脈沖持續時間，設置最大計數檢測器154的計數值，信號F1通過邏輯門158、164和166而作為計數器156的時鐘輸入。因此，計數器156開始正向計數的情況如圖13A所示。這樣，計數器156開始計數一直到計數器的計數值達到最大計數值，其情況如相同時刻的Bb點，該最大計數檢測器154產生一個啟動脈沖通過或門168傳送到順序器170，然后再傳送給換向放大器172。圖13B表示的是啟動脈沖的結果示意圖，此時該馬達將會轉換到另一狀態，而該羅輯模塊150則同時重置計數器156為零。
Ab點到Cb點表示的是導致該馬達旋轉到下一個換向點的馬達參數的變化情況，這就需要該馬達的運轉震動能在下一個啟動脈沖到達之前停止下來，如果該脈沖到達得太快，在Ab-Cb段間的恰當設置是很重要的，這樣該馬達就可以逆時針方向旋轉，反之，如果該脈沖到達得太慢，該馬達可能會由于旋轉速度不夠而不能產生BEMF信號。
當到達Fb點時，該馬達旋轉速度就足夠的快了，產生的BEMF換向脈沖如圖13C所示，由一射電路148接收這個脈沖，而后由一個順序器來對該馬達和放大器進行換向，另外，一射電路146也是啟動的，當一射電路146被觸發啟動時，計數器156則進行倒計數而信號F2則變為該計數器時鐘信號。在編輯一射電路146時，計數器156將進行倒計數，這段時間由點Fb到點Gb這一段來表示，而在一射電路146超時的情況下，計數器156將繼續計數一直到點Hb，但其在正常運行情況下是會持續到點Jb的。此時，產生的另外一個BEMF脈沖將會再次控制計數器156進行倒計數，然而，在這段時間內，圖10中的電路將會產生更多的BEMF脈沖，這樣可以防止計數器156的計數值達到最大計數值，最終，計數器156將會達到零數值。與此同時，不停產生的BEMF脈沖會使得一射電路146不停的被觸發啟動，而當計數器156的計數值為零時，將不會再產生新的啟動脈沖信號。這樣，該啟動電路會因此失效而該馬達174和放大器172的換向操作將完全由該BEMF脈沖控制。
根據上面對該啟動振蕩電路的介紹，輸送到馬達的旋轉啟動脈沖是可以根據參數的不同和周圍環境因素的變化而改變其頻率的。此外，因為不需要增加額外的電容器，其整個電路是可以集成在一個單一的集成電路芯片上，從而可以使其制作尺寸盡量最小。
一監控電路，其可以用來切斷該BEMF換向電路并檢測該旋轉馬達的旋轉方向的正確性。參看圖14，該監控電路包括計數器180、182，邏輯譯碼電路184、186和一個微處理器接口120，該微處理器接口120可以在周圍環境不同或者運行參數變化的情況下允許對計數器180、182和邏輯譯碼電路184、186進行編輯。該監控電路進一步包括一用來測試該BEMF信號極性的比較器190，一觸發器192，與門194、196、198，或門200、202和非門204、206。其中VR為繞組C的電壓。參看圖15A-15K和前面的電路示意圖，該微處理器可以編輯計數器180的計數長度和邏輯譯碼電路184的譯碼結果，然后提供一個輸出信號給計數終端線路TC1。計數器182和邏輯譯碼電路的譯碼結果用來提供一個輸出信號給計數終端線路TC2。當任意一BEMF換向脈沖P1通過或門200時，一啟動振蕩脈沖P2(或是一TC2脈沖)將會激發觸發器192到高態，當觸發器192的輸出信號為高態時，與門194將產生一個如圖15H所示的時鐘信號給計數器180，計數器180將如圖15C所示情況開始計數，當該計數終端TC1的計數值傳送到與門194為無效數值時，與門196和198被激活。這時，計數器182將依據與門196輸出線路上的時鐘信號如圖15F所示的開始計數。
如果該馬達的旋轉方向不正確，而來至繞阻C段的BEMF信號為正，從而使得比較器190的輸出信號為低態，這樣，計數器182將會被允許依據該時鐘信號(與門196的輸出信號)達到如圖20I所示的計數終端(TC2)的計數值。在這種情況下，觸發器192和計數器182都被復位，而如圖15G所示的一個脈沖將先通過馬達放大器傳送到順序器然后進入下一繞阻段，其中，來至終端電路TC2的信號將被輸入到或門200進行下一個循環過程。
如果該BEMF信號為負，比較器190和與門的輸出信號則為高態，這樣，計數器182將被或門的輸出信號重置。計數器182在重置期間的波形圖如圖20J所示，來至與門196的如圖20K所示的時鐘信號是較少發生的，當馬達的旋轉方向正確時，將不會有任何脈沖信號傳送到該順序器，而來至或門202的輸出信號將導致觸發器192被重置，該電路將等待著來至或門200的下一個脈沖信號。
注意到圖14中僅顯示了一個比較器190，其監控繞阻C段的電壓情況，另外還有兩個相同的比較器用來監控該電路的繞阻A段和B段的電壓信號。該監控電路有很多技術上的優勢，其微處理器接口包括好幾個端口，該監控電路的運行參數可以因馬達運行情況和周圍環境因素做出相應的編輯修改，此外，該電路也不需要額外的電容器從而可以使其所需的空間為最小。
參看圖11-21，其為該BEMF換向電路、啟動電路和監控電路的較佳實施例的示意圖。首先參考圖16，該BEMF換向電路包括計數器301-304，在本實施例中用到的是74HC191集成電路塊，該電路進一步包括八進制總線收發器306和307，在本實施例中用到的是74HC245集成電路塊，該電路另外還包括有鎖存器電路309，在本實施例中用到的是74HC374集成電路塊。
參看圖17A-17P，其中圖17A為轉速信號，圖17B為轉速中斷信號，圖17C為極性信號，圖17D為計數器1及計數器2的計數值，圖17E為計數器1、2激活，圖17F為計數器1正反計數，圖17G為地址過濾器1讀取計數器1的值，圖17H為地址過濾器3載入計數器的1/2值，圖17I為計數器1的值，圖17J為“0”中斷1，圖17K為地址過濾器5載入計數器2的1/2值，圖17L為地址過濾器5讀取計數器2的值，圖17M為計數器2的值，圖17N為計數器2正反計數，圖17P為“0”中斷2。當該轉速信號線路310改變狀態時，一個被傳送到該微處理器(圖未示)的正的脈沖將產生在該轉速中斷線路311上。該微處理器測試該轉速信號線路310以分辨該轉速信號是處于高態還是低態。如果該轉速信號為高，計數器301-304會因為計數器301和303的G輸入端的低態信號影響而失效，其中該低態信號是由該地址過濾器D2激活的八進制觸發器309產生的，而該地址過濾器D2是用來從該地址總線寫信息的。地址過濾器D2使得計數器301和302的計數值能夠通過CNTR總線N1傳送到八進制總線收發器306，然后被微處理器數據總線讀取。地址過濾器D3可以允許由微處理器數據總線來載入設定的計數值給計數器301和302，例如該數值可以為以前讀取的計數值的一半。同樣的，地址過濾器D5允許計數器303和304的初始值由數據總線313上的數據資料將其設置為零，然后計數器301-304被激活后分別開始在100KHZ時鐘頻率上正向計數或者倒計數。當計數器302倒計數到零時，一信號被傳送到“0”中斷總線1然后通報給微處理器轉換為馬達信號，這樣就完成了該循環過程的第一部分。
在下一個轉速中斷信號之后，在該轉速信號線路310上的信號為低態。計數器301-304被計數器301和303的G輸入端上的低態信號影響而失效，其中該信號是來至于八進制觸發器309的數據總線寄存器。同樣的，該D/U計數器303和304然后被設置為高態而開始倒計數，計數器301和302的D/U終端被設置為低態而開始正計數。地址過濾器D4使得計數器303和304的計數值能夠通過CNTR總線N2傳送到八進制總線收發器307，然后被微處理器數據總線讀取。地址過濾器D5可以允許由微處理器數據總線來載入設定的計數值給計數器303和304，例如該數值可以為以前讀取的計數值的一半。同樣的，地址過濾器D3允許計數器303和304的初始值由數據總線313上的數據資料將其設置為零，然后計數器301-304被激活后分別開始在100KHZ時鐘頻率上正向計數或者倒計數。當計數器304倒計數到零時，一信號被傳送到“0”中斷總線2然后通報給微處理器轉換為馬達信號，這樣該循環的整個過程就完成了。
圖18為該發明的較佳實施例的一個啟動電路示意圖，下面結合圖12說明該發明啟動電路的運行原理。該啟動電路包括有八進制觸發器325和326，在本實施例中用到的是74HC374集成電路塊，該電路進一步包括計數器328-330，在本實施例中用到的是74HC191集成電路塊，還包括有精確脈沖發生器電路332和333，在本實施例中用到的是74HC193集成電路塊。此外，該電路也包括最大計數檢測器335和零計數檢測器336，此處用到的是74HC688集成電路塊，觸發器340，或門342-345，非門347-348和與非門349，以及地址過濾器D8、D9、D9。圖19A-29N是圖18中啟動電路運行時的一組時序波形圖，其中圖19D為U202、204計數值，圖19E為U208-19，圖19F為BEMF換向脈沖，圖19G為U204-4Q，圖19H為U203-10Q，圖19I為U210計數值，圖19J為U211計數值，圖19K為U210-12，圖19L為U211-12，圖19M為U209-3，圖19N為U207-19。
圖20為該發明的較佳實施例的一個監控電路示意圖，下面結合圖12說明該發明監控電路的運行原理。該監控電路包括有計數器355-358，在本實施例中用到的是74HC193集成電路塊，該電路進一步包括有鎖存器電路360和361，此處用到的是74HC374集成電路塊，還包括有觸發器363和364，此處用到的是74HC74集成電路塊，此外，該電路還包括有與非門366-368，或門370和比較器371，以及地址過濾器D11、地址過濾器D12。圖21A-21L是圖20中監控電路運行時的一組時序波形圖，其中圖21C為順序脈沖，圖21D為U301、302計數值，圖21E為U302-12，圖2F1為U304-5，圖21G為U307、308計數值，圖21H為U304-9，圖21I為U310-3，圖21J為U308-12，圖21K為U305-2，圖21L為U309-3。
圖22、23、24A-24N、25A-25N、26和27為該軸心馬達的控制轉速示意圖。速度控制信號是由該旋轉馬達電路模塊521的馬達BEMF轉速脈沖或者是由來至門陣列模塊522讀取通道的脈沖產生的，該轉速信號是經該微處理器(圖未示)的選擇后通過控制電路502來控制開關501的，并包括地址過濾器D6和D7。在該馬達的加速階段(圖24A-24N)，開關501被設置為選擇源至線路505上的BEMF轉速信號，然后提供給線路504。在運行過程中，當該脈沖為線路505上產生的馬達BEMF轉速脈沖時，來至于開關501的信號可能是每旋轉一周18個脈沖，當為產生于線路506的脈沖信號時，來至于開關501的信號可能是每旋轉一周72個脈沖。開關510也設置為響應該微處理器來傳送通過濾波器512過來的電荷泵511的輸出信號。線路504上的信號被傳送到加法電路515，在這兒和參考時鐘信號REF1或者REF2做比較，REF1為一個925微秒的時鐘參考信號，當轉速信號被選擇作為反饋信號時REF1會被選用到，REF2為一個231.47時鐘參考信號，當分部信號被選擇作為反饋信號時REF2會被選用到。開關523常被用于選擇參考信號REF1或者REF2，該參考信號REF1和REF2是通過開關523和線路524連接到加法電路515上，該加法電路515的輸出信號被傳送到速度識別邏輯模塊516，然后由其提供輸出信號給電荷泵511，該電路更詳細的情況可以參考圖20，該電路的時序波形圖如圖24A-24N和25A-25N所示，其中圖24B-24N和25B-25N依次為-OUT0、OUT0、-OUT1、OUT1、0、-0、U106B PIN6、U106C PIN8、U106A PIN3、U106D PIN11、U106A PIN6、U106B PIN3、電壓C100分別相應于分部脈沖和轉速中斷的波形。
由于可以通過開關501來選擇信號源，因此可以產生一個精確的調速脈沖信號來控制該馬達的速度，該脈沖必須和圖24A-24N和25A-25N所示的計數期間相匹配。參看圖23，這樣可以由該微處理器數據總線設定一個適當的計數值給雙調速器601(8254集成電路塊)來完成，圖26和27是在上面敘述過程中的編輯該控制循環計數器601的總線狀態波形圖。
該晶體振蕩器606可以提供一個頻率參考信號，另外一個方法就是在調速階段允許有更多的機動性，晶體控制計數器605(74HC191集成電路塊)的頻率在通過數據總線時會被該微處理器降低，這樣，從晶體振蕩器606出來的10MHZ的時鐘脈沖將會被計數器605降低從而使得計數器601有個動態的計數范圍。
調速器0和調速器1的速度控制邏輯原理涉及到數字電子技術領域中的加法電路，需要對照轉速信號和先前所述的精確調速脈沖的比較(圖24H-24K)來描述。因為這些脈沖到達的時間不同，分別由慢的或門620產生一個延遲脈沖，而快的或門621則產生一個快速脈沖，這樣就會相對于脈沖速度成比例的出現錯誤的速度(圖24L和24M)。而這些脈沖用來調整電流發生器(晶體管625和626)的正負極性，這樣使得在濾波器中的電容器可以順利的充放電，因而可以獲得一個完整的錯誤速度波形圖(圖24N)。該錯誤電壓的結果被放置于跨導放大器525的輸入處，而產生一個成比例的馬達電流用來控制馬達轉矩和馬達加速度。
當微處理器測定的旋轉馬達速度在目標速度的1/2％以內運行時，該讀取通道和門陣列就會產生分部脈沖，開關501也會被設置為選擇線路506上的該分部脈沖，同時，濾波器513由開關510選通而且所有關聯換向脈沖的開關都開通，并且，該雙調速脈沖發生器601被重新設置用來產生一個如圖25A-25N所示的調速脈沖。該系統用到的雙調速器能夠評估每一個轉速脈沖信號，這樣，在BEMF換向期間由脈沖導致的平均出錯都會減少。
權利要求1.一種旋轉馬達控制電路，其包括一BEMF傳感電路、一第一計數器電路、一第二計數器電路和一微處理器接口，該BEMF傳感電路連接著該旋轉馬達的至少一個繞阻；該第一計數器電路的一輸入線路連接著該BEMF傳感電路，一輸出線路連接著旋轉馬達的順序器電路；該第二計數器電路的一輸入線路連接著該BEMF傳感電路，一輸出線路連接著旋轉馬達的順序器電路，其特征在于該BEMF傳感電路的一個BEMF響應導致至少一個繞阻會產生一個BEMF輸出信號；該第一計數器電路產生一個信號到該輸出線路用于該旋轉馬達的換向；該第二計數器電路產生一個信號到該輸出線路用于該旋轉馬達的換向；該微處理器接口連接著該第一和第二計數器電路可以用來編輯該第一計數器電路的第一計數值和該第二計數器電路的第二計數值。
2.如權利要求1所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該控制電路進一步包括一時鐘電路，其產生單一時鐘信號用來驅動該第一和第二計數器電路。
3.如權利要求2所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該第一計數器電路進一步包括一連接著該第一計數器的第一計數檢測器。
4.如權利要求3所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該第二計數器電路進一步包括一連接著該第二計數器的第二計數檢測器。
5.如權利要求4所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該第一計數檢測器和第二計數檢測器都是零計數檢測器。
6.如權利要求3所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該第一計數器電路進一步包括一連接著該第一計數檢測器的邏輯電路，該邏輯電路用于提供一BEMF脈沖，該BEMF脈沖作為該第一計數器電路中輸出線路信號用于該旋轉馬達的換向。
7.如權利要求4所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該第二計數器電路進一步包括一連接著該第二計數檢測器的邏輯電路，該邏輯電路用于提供一BEMF脈沖，該BEMF脈沖作為該第二計數器電路中輸出線路信號用于該旋轉馬達的換向。
8.如權利要求1所述的旋轉馬達控制電路，其特征在于該BEMF輸出信號為一轉速信號。
專利摘要一種旋轉馬達控制系統，其包括一BEMF換向電路、一啟動電路和一監控電路。該BEMF換向電路包括可用來調節可變系統的第一和第二可編程計數器，該BEMF換向電路不需要額外的電容器，其對漏電流不靈敏，但可提供穩定的調速性能。該啟動電路同樣也包括一可用來調節該可變系統的可編程計數器，該啟動電路也不需要額外的電容器即可穩定的產生啟動脈沖。該監控電路包括第一和第二計數器用來切斷換向之后的BEMF電路，該監控電路進一步包括一用來偵測和校正該旋轉馬達旋轉偏差的電路，該監控電路可以提供一微處理器接口來允許改變馬達的運行參數和環境因數，并提供穩定的調速性能。
文檔編號G11B19/28GK2605642SQ0224908
公開日2004年3月3日 申請日期2002年10月29日 優先權日2002年10月29日
發明者麥克爾·尤坦里克, 約翰·布拉蓋勒 申請人:深圳易拓科技有限公司