專利名稱：利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路的制作方法
技術領域：
本發明涉及電動機驅動電路，特別涉及一種利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路。
背景技術：
一種常見的永磁式直流電動機主體如圖1所示，包括定子10、轉子12，定子10包括軟磁鐵芯和定子繞組，定子繞組做成“Y”型(三相對稱星形)接法，圖1中A+/A-，B+/ B-, C+/C-表示分別表示三相定繞組的導線端頭；轉子與定子同軸，轉子包含一對南北磁極的永磁體13，永磁體13在軸的一側為N極，在軸的另一側為S極。該永磁式無刷直流電動機的換相狀態是由轉子的位置決定的，電動機的控制頻率是由轉子的運行速度決定的，這就需要轉子的位置檢測器來檢測轉子在運動過程中的位置，將轉子永磁體的位置信號轉換成電信號，為邏輯電路提供正確的換相信息，以控制通過定子繞組的電流流向，使電動機定子繞組中的電流隨著轉子位置的變化按次序換相，形成氣隙中步進式的旋轉磁場，同轉子的永磁體產生的磁場相互作用產生轉矩驅動永磁轉子連續不斷的旋轉，位置傳感器在一個電周期內所產生的開關狀態是不重復的，每一個開關狀態所占的角度相等，位置傳感器在一個電周期內所產生的開關狀態數應和三相定繞組通電狀態數相對應。位置傳感器的種類很多，有電磁式、光電式、磁敏式等。它們各具特點，然而由于磁敏式霍爾位置傳感器具有結構簡單、體積小、安裝靈活方便、易于機電一體化等優點，故目前得到越來越廣泛的應用。對于三相永磁式無刷直流電動機的驅動，通常是在定子上間隔120°角度安裝有三個霍爾傳感器作為位置傳感器，用于檢測電動機轉子永磁體的極性，其輸出信號是HA、 HB、HC，轉子轉動時轉子永磁體N-S交替交換，會使三個霍爾傳感器輸出相位差120°的方波信號HA、HB、HC,其波形見圖2，從中可以看到轉子每旋轉一周，三個霍爾傳感器的輸出信號HA、HB、HC在每360°角度內依次出現六種輸出狀態組合，按其順序排列，6個代碼是101、 100、110、010、011、001，當然這一順序與轉子的轉動方向有關，如果轉向反了，代碼順序也就倒過來。邏輯電路根據所述六狀態編碼信號控制三相定子繞組的通電狀態，這樣轉子每轉過一周，三相定子繞組依上述六種狀態依次通電，依次改變一種狀態，定子繞組產生的磁場軸線在空間轉動60°角度，轉子跟隨定子磁場轉動相當于60°角度空間位置，轉子在新位置上，使三個霍爾傳感器按約定產生一新狀態編碼，邏輯電路根據新的狀態編碼又控制改變三相定子繞組的通電狀態，使定子繞組產生的磁場合成方向再前進60°角度，轉子跟隨定子磁場再轉動相當于60°角度空間位置，如此循環，永磁式直流電機將產生連續轉矩， 拖動負載作連續旋轉。上述常見的永磁式無刷直流電動機的驅動方法，需要在至少三個空間位置上分布有位置傳感器件或集成電路，使永磁式直流電動機的設計和制造較復雜。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，只需要在一個位置上安裝一個該集成電路器件就可以實現永磁式直流電動機驅動，極大簡化了永磁式直流電動機的設計和制造。為解決上述技術問題，本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，包括第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器、邏輯控制模塊、調壓電路、狀態輸出接口 ； 所述調壓電路用于產生集成電路內部工作電壓，所述兩個霍爾傳感器用于監測磁場強度， 第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器依次排列并間隔固定距離，分別輸出磁場極性信號到邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊根據轉子半徑系數信號、第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器傳來的磁場極性信號、第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離，在狀態輸出接口依次輸出相應的六種狀態。所述集成電路，可以是在初始工作時，所述邏輯控制模塊根據某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性，在狀態輸出接口輸出六種狀態中的一種狀態，當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性發生變化時，所述邏輯控制模塊就立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，所述運行遲延時間T= (JiF/3L)At，式中At為所述兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差，F為所述轉子半徑系數信號確定的轉子半徑系數，L為第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離；當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性又發生變化時，邏輯控制模塊就又立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后又每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態。所述集成電路，可以是初始工作時，所述集成電路初始工作時，所述邏輯控制模塊根據某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性，在狀態輸出接口輸出六種狀態中的一種狀態，然后每經過固定的啟動遲延時間Ts所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性發生變化時，所述邏輯控制模塊就立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，所述運行遲延時間T= ( π F/3L) At，式中At為所述兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差，F為所述轉子半徑系數信號確定的轉子半徑系數，L為第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離；當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性又發生變化時， 邏輯控制模塊就又立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后又每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態。所述集成電路，還可以包括模數轉換器、內部分壓電阻、外部分壓電阻接口，內部分壓電阻一端接集成電路內部工作電壓，另一端接模數轉換器輸入端及外部分壓電阻接口，外部分壓電阻接口用于外接一外部分壓電阻到地，模數轉換器根據外部分壓電阻接口的電壓值輸出轉子半徑系數信號到邏輯控制模塊。本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，用以對永磁式直流電動機主體進行驅動時，將該集成電路設置在永磁性轉子外圍的定子上，并使第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器的間隔線垂至于轉子軸線。永磁性轉子轉動，間隔固定距離L 的兩個霍爾傳感器監測磁場強度會產生有時間差At的磁場極性信號，邏輯控制模塊能根據兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差At和第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器的間隔固定距離L，計算出轉子當前掃過集成電路的線速度V = L/At， 再通過集成電路距轉子軸心距離R(即轉子半徑系數F)，計算出當前轉子角速度ω = V/ R = L/(RAt) =L/(FAt)，并據此計算轉子轉過下一個60° ( π/3)需要的間隔時間T =(η/3)/ω = (JIR/3L) At = ( π F/3L) Ato當第一霍爾傳感器檢測到磁場由極性反轉或第二霍爾傳感器檢測到磁場極性反轉時，邏輯控制電路就控制三相定子繞組的通電狀態進入六種狀態中的一種狀態，然后邏輯控制電路每隔(nF/3L) At的時間，就控制三相定子繞組的通電狀態改變為下一個狀態，直到第一霍爾傳感器或第二霍爾傳感器又監測到磁場極性反轉，從而實現對轉子保持驅動狀態。可見只需要在一個位置上安裝一個本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，就可以實現永磁式直流電動機驅動，極大簡化了永磁式直流電動機的設計和制造。
下面結合附圖和具體實施方式
對本發明作進一步的詳細說明。圖1是常見的一種永磁式直流電動機主體示意圖；圖2是一種現有三相永磁式無刷直流電動機的驅動方式中三個霍爾傳感器輸出信號的波形圖；圖3是本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路一實施方式示意圖；圖4是本發明內部利用第一霍爾傳感器和第二霍爾傳感器檢測磁場由N變S (或 S變N)時間差At，從而實現永磁式直流電動機驅動的集成電路工作原理示意圖；圖5是本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路輸出驅動圖1永磁式電機的電路圖；圖6是本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路輸出控制信號的波形圖。
具體實施例方式永磁式直流電動機主體如圖1所示，永磁式直流電動機主體包括定子10、轉子12， 轉子12同定子10同軸，轉子12包含一對永磁體13，在軸的一側的永磁體為N極，在軸的另一側的永磁體為S極，定子包括三相定子繞組和軟磁鐵芯，三相定子繞組分別各有兩個線端，圖中Α+/Α-，Β+/Β-, C+/C-表示分別表示三相定子繞組的導線端頭；通過依次循環按照六種狀態將三相定子繞組的六個線端分別同直流電壓或地相連，利用定子繞組產生的磁場同轉子永磁體產生的磁場相互作用產生轉矩驅動轉子旋轉。本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路一實施方式如圖3所示，包括第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器、邏輯控制模塊、5V調壓電路、溫度補償模塊、狀態輸出接口、模數轉換器、內部分壓電阻R1、外部分壓電阻接口 ；所述5V調壓電路用于產生集成電路內部5V工作電壓；所述溫度補償模塊用于保證內部模擬電路(如第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器)溫度穩定性；所述兩個霍爾傳感器用于監測磁場強度，第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器依次排列并間隔固定距離L，分別輸出磁場極性信號到邏輯控制模塊，間隔固定距離L的兩個霍爾傳感器監測磁場強度會產生有時間差Δ t的磁場極性信
5號對；所述內部分壓電阻一端接集成電路內部工作電壓，另一端接模數轉換器輸入端及外部分壓電阻接口，外部分壓電阻接口用于外接一外部分壓電阻到地，模數轉換器根據外部分壓電阻接口的電壓值輸出轉子半徑系數信號到邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊根據轉子半徑系數信號、第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器傳來的磁場極性信號、第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離，在狀態輸出接口依次輸出相應的六種狀態，用于控制將三相定子繞組的六個線端分別同直流電壓或地相連。在用本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路以對永磁式直流電動機主體進行驅動時，將該集成電路設置在永磁性轉子外圍的定子上，并使第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器的間隔線垂至于轉子軸線。電動機啟動所述集成電路初始工作時，集成電路的二霍爾傳感器會監測到轉子永磁體的極性，并傳送磁場極性信號到邏輯控制模塊，邏輯控制模塊根據某一霍爾傳感器(例如第一霍爾傳感器)傳來的磁場極性信號的極性，在狀態輸出接口輸出設定的六種狀態中的一種狀態。因為轉子永磁體N/S變化的位置還可能還沒有掃過集成電路，所以集成電路可先以一個固定的較長的間隔時間(啟動遲延時間Ts)在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，使三組定子繞組通電狀態按次序變化，以強制驅動轉子轉動。當有轉子永磁體N/S變化(由N變S或S變N))的位置掃過集成電路時，霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性會發生變化，當某一霍爾傳感器(例如第一霍爾傳感器)傳來的磁場極性信號的極性發生變化時，所述邏輯控制模塊就立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，所述運行遲延時間T = ( π F/3L) At，式中At為所述兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差，F為所述轉子半徑系數信號確定的轉子半徑系數，L為第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離，當某一霍爾傳感器(例如第一霍爾傳感器)傳來的磁場極性信號的極性又發生變化時，邏輯控制模塊就又立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后又每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態。圖5是本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路輸出驅動圖1所示永磁式電機的一實施例電路圖，狀態輸出接口輸出六路信號0UT_A、0UT_B、 0UT_C、0UT_A_、0UT_B_、0UT_C_，其波形圖如圖6所示，永磁性轉子每旋轉一周，一個所述集成電路輸出的六路信號0UT_A、0UT_B> 0UT_C、0UT_A\ 0UT_B\ OUTJT依次出現六種輸出狀態組合，按其順序排列，六種輸出狀態分別是110100、011100、001101、000111、010011、 110001，做成“Y”型的定子繞組，當輸出狀態為110100時電流流向為從A端流向C端，當輸出狀態為011100時電流流向為從B端流向C端，當輸出狀態為001101時電流流向為從B 端流向A端，當輸出狀態為000111時電流流向為從C端流向A端，當輸出狀態為010011時電流流向為從C端流向B端，當輸出狀態為110001時電流流向為從A端流向B端。本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，用以對永磁式直流電動機主體進行驅動時，將該集成電路設置在永磁性轉子外圍的定子上，并使第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器的間隔線垂至于轉子軸線。如圖4所示，永磁性轉子轉動，第一霍爾傳感器監測到磁場由N變S (或S變N)同第二霍爾傳感器檢測到磁場由N變S (或S 變N)會存在時間差At，邏輯控制模塊根據兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差At和第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器的間隔固定距離L，計算出當前轉子掃過集成電路的線速度V = L/At，再通過集成電路距轉子軸心距離R(即轉子半徑系數F)，計算出當前轉子角速度ω =V/R = L/(RAt) = L/(F Δ t)，并據此計算轉子轉過下一個 60° (π/3)需要的間隔時間T = (π/3)/ω = (JIR/3L) At = (JIF/3L) At。當第一霍爾傳感器檢測到磁場由極性反轉或第二霍爾傳感器檢測到磁場極性反轉時，邏輯控制電路就控制三相定子繞組的通電狀態進入六種狀態中的一種狀態，然后邏輯控制電路每隔 (JIF/3L) At的時間，就控制三相定子繞組的通電狀態改變為下一個狀態，直到第一霍爾傳感器或第二霍爾傳感器又監測到磁場極性反轉，從而實現對轉子保持驅動狀態。轉子半徑系數F同集成電路距轉子軸心距離R相匹配，是可調的，例如可以在集成電路內設置內部分壓電阻，通過外接不同阻值的外部分壓電阻來改變內部分壓電阻同外部分壓電阻之間的分壓值來調整轉子半徑系數F，使轉子半徑系數F同集成電路距轉子軸心距離R相匹配，以使本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路能適用于各種不同轉子半徑的永磁式直流電動機。可見只需要在一個位置上安裝一個本發明的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，就可以實現永磁式直流電動機驅動，極大簡化了永磁式直流電動機的設計和制造。
權利要求
1.一種利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，其特征在于，包括第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器、邏輯控制模塊、調壓電路、狀態輸出接口 ；所述調壓電路用于產生集成電路內部工作電壓，所述兩個霍爾傳感器用于監測磁場強度，第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器依次排列并間隔固定距離，分別輸出磁場極性信號到邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊根據轉子半徑系數信號、第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器傳來的磁場極性信號、第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離，在狀態輸出接口依次輸出相應的六種狀態。
2.根據權利要求1所述的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，其特征在于，所述集成電路初始工作時，所述邏輯控制模塊根據某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性，在狀態輸出接口輸出六種狀態中的一種狀態，當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性發生變化時，所述邏輯控制模塊就立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，所述運行遲延時間T= (JiF/3L)At，式中At為所述兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差，F為所述轉子半徑系數信號確定的轉子半徑系數，L為第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離；當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性又發生變化時，邏輯控制模塊就又立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后又每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態。
3.根據權利要求1所述的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路， 其特征在于，所述集成電路初始工作時，所述邏輯控制模塊根據某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性，在狀態輸出接口輸出六種狀態中的一種狀態，然后每經過固定的啟動遲延時間 ；所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性發生變化時，所述邏輯控制模塊就立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，所述運行遲延時間T = ( π F/3L) At，式中At為所述兩個霍爾傳感器的磁場極性信號的最新極性發生變化的時間差，F為所述轉子半徑系數信號確定的轉子半徑系數，L為第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離； 當某一霍爾傳感器傳來的磁場極性信號的極性又發生變化時，邏輯控制模塊就又立即控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態，然后又每經過運行遲延時間T所述邏輯控制模塊就控制在狀態輸出接口輸出當前狀態的下一個狀態。
4.根據權利要求1、2或3任一項所述的利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，其特征在于，還包括模數轉換器、內部分壓電阻、外部分壓電阻接口，內部分壓電阻一端接集成電路內部工作電壓，另一端接模數轉換器輸入端及外部分壓電阻接口，外部分壓電阻接口用于外接一外部分壓電阻到地，模數轉換器根據外部分壓電阻接口的電壓值輸出轉子半徑系數信號到邏輯控制模塊。
全文摘要
本發明公開了一種利用霍爾傳感器實現永磁式直流電動機驅動的集成電路，包括第一霍爾傳感器、第二霍爾傳感器、邏輯控制模塊、調壓電路、狀態輸出接口；所述調壓電路用于產生集成電路內部工作電壓，所述兩個霍爾傳感器用于監測磁場強度，第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器依次排列并間隔固定距離，分別輸出磁場極性信號到邏輯控制模塊；所述邏輯控制模塊根據轉子半徑系數信號、第一霍爾傳感器及第二霍爾傳感器傳來的磁場極性信號、第一霍爾傳感器與第二霍爾傳感器的間隔距離，在狀態輸出接口依次輸出相應的六種狀態。只需要在一個位置上安裝一個本發明的集成電路，就可以實現永磁式直流電動機驅動，極大簡化了永磁式直流電動機的設計和制造。
文檔編號H02P6/16GK102195543SQ20101014879
公開日2011年9月21日 申請日期2010年3月18日 優先權日2010年3月18日
發明者吳平, 杰克陳, 鄧朝輝 申請人:杰克陳