电机驱动设备和电机系统技术方案

提供了电机驱动设备和电机系统。优化电机的驱动电流的相位。相位算术单元PHCAL基于规定的算术表达式来计算驱动电压相位θdrv，以使在基准电压相位θbemf和基准电流相位θi之间的相位差收敛为零。相位校正单元PHCP通过将校正值加到相位θdrv来确定校正后的相位θdrvR，并且通过反馈控制来更新校正值的幅值，以便于将在被输入的基准电压θbemf和基准电流相位θi之间的相位差收敛到规定值。PWM控制器基于所校正的相位θdrvR来使与基准电压相位θbemf同步的激励控制计时位移，并且生成用于将驱动电压控制为正弦波形的PWM信号。

Motor drive device and motor system

A motor drive device and an electrical motor system are provided. Optimize the phase of the drive current of the motor. The phase arithmetic unit PHCAL calculates the driving voltage phase theta DRV based on the prescribed arithmetic expression so that the phase difference between the reference voltage phase theta BEMF and the reference current phase theta I converges to zero. Phase correction unit PHCP by adding the correction value to the DRV to determine the phase of theta theta phase after drvR correction, and through feedback control to update the amplitude correction value, to facilitate the phase between input reference voltage and reference current theta theta BEMF phase difference of I converge to the specified value. The PWM controller generates an excitation control timing shift based on the corrected phase theta drvR synchronized with the reference voltage phase theta BEMF, and generates an PWM signal for controlling the driving voltage to a sinusoidal waveform.

【技术实现步骤摘要】
相关申请的交叉引用包括说明书、附图和摘要的于2015年10月29日提交的日本专利申请号2015-212484的全部公开内容通过引用合并于此。
技术介绍
本专利技术涉及电机驱动设备和电机系统，并且涉及有助于调整例如电机的驱动电流的相位的技术。例如，专利文献1公开了一种系统，该系统用于基于算术表达式来计算电机的驱动电压的相位，该算术表达式采用电机的角频率、驱动电流值和特征常数(扭矩常数和阻抗值)。专利文献2公开了一种系统，其中，反电动势的相位和驱动电流的相位中的一个被选择为控制电机的激励计时。(专利文献1)日本未审查专利申请公开号2010-288396(专利文献2)日本未审查专利申请公开号2005-102447
技术实现思路
为了以高效率程度驱动电机，有必要使驱动电流以最优相位流动通过电机。电机的驱动电流实际上是通过对电机施加驱动电压来生成的。因此，为了优化驱动电流的相位，有必要优化驱动电压的相位。例如，如专利文献1所示，可以基于使用电机的角频率、驱动电流值和特征常数的算术表达式来计算驱动电压的最佳相位。这里，例如，针对每个类型的电机确定电机的特征常数。然而，即使使用相同类型的电机，也存在由于例如制造变化而导致的特征常数的变化在每个电机中发生的可能性。即使单个电机被称为对象，也存在由于时间劣化而导致特征常数的变化以时间顺序发生的可能性。当特征常数的变化发生时，电机的效率降低，并且用于保持恒定旋转的消耗电流相应地增加。鉴于上述内容，实现通过下面的实施例描述的本专利技术，并且本专利技术的其他问题和新的特征将从本说明书的描述和附图中变得清楚。根据一个实施例的电机驱动设备设置有驱动电压相位生成器，其确定用作驱动电压的相位的第一相位。第一相位是将在用作电机的反电动势的相位的基准电压相位和用作驱动电流的相位的基准电流相位之间的相位差设置为规定值所需的。驱动电压相位生成器包括相位算术单元和相位校正单元。相位运算单元基于规定的算术表达式来计算用作驱动电压的相位的第二相位，以将在基准电压相位和基准电流相位之间的相位差基本上减小为零。相位校正单元通过将校正值与第二相位相加来确定第一相位，并且输入基准电压相位和基准电流相位，以通过反馈控制来更新校正值的幅值，以便于使相位差收敛到规定值。PWM控制器基于第一相位来移位与基准电压相位同步的激励控制计时，并且生成PWM信号以将驱动电压控制为正弦波形。根据上述一个实施例，能够优化电机的驱动电流的相位。附图说明图1是图示根据本专利技术的实施例1的电机系统的概况配置的示例的功能框图；图2是图示图1所示的电机驱动设备的主要部分的配置的示例的功能框图；图3A、图3B和图3C是图示图2所示的正弦波驱动电压控制器的操作原理的说明图；图4是图示图2所示的正弦波驱动电压控制器的操作原理的说明图；图5是图示图2所示的SPM驱动器的配置的示例的电路框图；图6是图示图2所示的驱动电压相位生成器的主要部分及其周围的概况配置的示例的框图；图7是图示图6所示的相位校正单元的整体操作的示例的流程图；图8是图示图6所示的驱动电压相位生成器中的相位算术单元和相位校正单元的具体配置的示例的框图；图9A和图9B是说明图8所示的相位算术单元的操作的补充图；图10是图示图6所示的旋转位置检测器的检测时段的示例的波形图；图11是图示图6所示的反电动势(反EMF)相位检测器的具体配置的示例的电路图；图12是图示图11所示的反EMF相位检测器的操作的示例的说明图；图13是图示图6所示的驱动电流相位检测器的具体配置的示例的电路图；图14是图示图13所示的驱动电流相位检测器的操作原理的波形图；图15A是图示图14中的拉电流(sourcecurrent)时的逆变器的操作示例的说明图；图15B是图示图14的灌电流(sinkcurrent)时的逆变器的操作示例的说明图；图16是图示本专利技术的实施例2的电机驱动设备的主要部分的配置的示例的功能框图；图17是图示图16所示的驱动电压相位生成器中的相位算术单元和相位校正单元的具体配置的示例的框图；图18是图示图17所示的相位校正单元的整体操作的示例的流程图；图19是图示根据本专利技术的实施例3的电机驱动设备的反EMF相位检测器的配置的示例的电路图；以及图20是图示本专利技术的实施例3的电机驱动设备的驱动电流相位检测器的配置的示例的电路图。具体实施方式以下实施例通过为了方便在需要时被分成若干部分或实施例来解释。然而，除非特别清楚地指定，否则划分的部分或实施例并非互不相关，而是一个可以被视为是其他的一些或全部的修改示例、细节或补充说明。当在下面的实施例中引用元件的数目(包括数目、数值、量、范围)时，并不总是限于元件的具体数目，而是可以大于或小于具体数目，除非明确规定并且在理论上并且清楚地限制为具体数目。在下面的实施例中，不必说部件(包括元件步骤)不一定是必须的，除非明确规定并且在理论上认为其显然是必须的。类似地，在下面的实施例中，当描述部件等的形式、位置关系等时，应当包括类似于或基本上类似于该形式等的，除非明确规定并且在理论上认为不是这样。这同样适用于数值和范围。虽然没有具体限制，但是通过采用公知的CMOS(互补MOS晶体管)集成电路技术，在诸如单晶硅的半导体衬底上形成配置实施例的每个功能块的电路元件。以下，参考附图具体说明本专利技术的实施方式。在用于说明本专利技术的实施例的整个图中，原则上对相同的元件附加相同的附图标记，并且省略其重复说明。(实施例1)《电机系统的概况》图1是图示根据本专利技术的实施例1的电机系统的概况配置的示例的功能框图。图1图示了作为电机系统的示例的硬盘设备(以下简称为HDD设备)的配置的示例。图1所示的HDD设备包括HDD控制器HDDCT、高速缓存存储器CMEM、读取/写入设备RWIC、电机驱动设备MDIC和磁盘机构DSKM。例如，HDD控制器HDDCT由包括处理器的片上系统(SoC)组成。例如，高速缓存存储器CMEM和读取/写入设备RWIC分别由不同的半导体芯片组成。磁盘机构DSKM包括磁盘(在此为硬盘)DSK、主轴电机(以下简称为电机)SPM、磁头HD、臂机构AM、音圈电机VCM和斜坡机构RMP。电机SPM使磁盘DSK旋转。音圈电机VCM通过臂机构AM控制磁头HD在磁盘DSK的直径方向上的位置。磁头HD在由音圈电机VCM确定的规定位置处在磁盘DSK上读取和写入数据。当不执行数据的读取/写入时，斜坡机构RMP用作磁头HD的缩进区域。例如，电机驱动设备MDIC由一个半导体芯片组成。电机驱动设备MDIC包括数模转换器DAC和VCM驱动器VCMDV，以驱动音圈电机VCM。电机驱动设备MDIC包括SPM控制器SPMCT、采样保持电路SH，感测放大器电路SA、模数转换器ADC、SPM驱动器SPMDV和旋转位置检测器RPSDET，以便于驱动电机SPM。电机驱动设备MDIC包括串行IF和寄存器单元SIFREG，以便于设置电机SPM和音圈电机VCM的驱动条件。读取/写入设备RWIC驱动磁头HD以使磁头HD执行数据的读取/写入。HDD控制器HDDCT控制整个HDD设备。HDD控制器HDDCT与电机驱动设备MDIC的串行IF和寄存器单元SIFREG通信，并且指令电机驱动设备MDIC关于电机SPM和音圈电机VCM的驱动条件本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种用于驱动外部设置的电机的电机驱动设备，所述电机驱动设备包括：逆变器，所述逆变器包括分别耦合到所述电机的每个相的驱动端子的多个高侧晶体管和低侧晶体管，并且基于PWM信号向所述电机施加驱动电压；反EMF(电动势)相位检测器，所述反EMF(电动势)相位检测器检测用作所述电机的反电动势的相位的基准电压相位；驱动电流相位检测器，所述驱动电流相位检测器检测用作所述电机的驱动电流的相位的基准电流相位；PWM控制器，所述PWM控制器接收与所述基准电压相位同步的激励控制计时，并且生成所述PWM信号以将所述驱动电压控制为正弦波形；以及驱动电压相位生成器，所述驱动电压相位生成器确定用作驱动电压的相位的第一相位，所述第一相位是将在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的相位差设置为规定值所需的，并且所述驱动电压相位生成器基于所述第一相位来引导所述PWM控制器以使所述激励控制计时位移，其中，所述驱动电压相位生成器包括：相位算术单元，所述相位算术单元基于算术表达式来计算用作所述驱动电压的相位的第二相位，以将在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的所述相位差基本上减小为零，所述算术表达式使用所述驱动电流的电流值、所述电机的角频率和所述电机的预定特征常数；以及相位校正单元，所述相位校正单元通过将校正值与所述第二相位相加来确定所述第一相位，并且输入所述基准电压相位和所述基准电流相位以通过反馈控制来更新所述校正值的幅值，以便于使在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的所述相位差收敛到所述规定值。...

【技术特征摘要】
2015.10.29 JP 2015-2124841.一种用于驱动外部设置的电机的电机驱动设备，所述电机驱动设备包括：逆变器，所述逆变器包括分别耦合到所述电机的每个相的驱动端子的多个高侧晶体管和低侧晶体管，并且基于PWM信号向所述电机施加驱动电压；反EMF(电动势)相位检测器，所述反EMF(电动势)相位检测器检测用作所述电机的反电动势的相位的基准电压相位；驱动电流相位检测器，所述驱动电流相位检测器检测用作所述电机的驱动电流的相位的基准电流相位；PWM控制器，所述PWM控制器接收与所述基准电压相位同步的激励控制计时，并且生成所述PWM信号以将所述驱动电压控制为正弦波形；以及驱动电压相位生成器，所述驱动电压相位生成器确定用作驱动电压的相位的第一相位，所述第一相位是将在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的相位差设置为规定值所需的，并且所述驱动电压相位生成器基于所述第一相位来引导所述PWM控制器以使所述激励控制计时位移，其中，所述驱动电压相位生成器包括：相位算术单元，所述相位算术单元基于算术表达式来计算用作所述驱动电压的相位的第二相位，以将在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的所述相位差基本上减小为零，所述算术表达式使用所述驱动电流的电流值、所述电机的角频率和所述电机的预定特征常数；以及相位校正单元，所述相位校正单元通过将校正值与所述第二相位相加来确定所述第一相位，并且输入所述基准电压相位和所述基准电流相位以通过反馈控制来更新所述校正值的幅值，以便于使在所述基准电压相位和所述基准电流相位之间的所述相位差收敛到所述规定值。2.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，所述规定值为零。3.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，所述相位校正单元响应于保持信号来停止所述校正值的更新，并且保持最新的校正值。4.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，所述相位校正单元包括：乘法器，所述乘法器使规定的转换因子乘以所述基准电压相位和所述基准电流相位中的一个；误差检测器，所述误差检测器计算在所述乘法器的相乘结果与所述基准电压相位和所述基准电流相位中的另一个之间的相位差，并且检测在所计算的相位差和所述规定值之间的误差；积分器，所述积分器通过对所述误差检测器的检测结果进行积分来计算所述校正值；以及加法器，所述加法器将由所述积分器计算的所述校正值与所述第二相位相加。5.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，所述反EMF相位检测器包括第一选择器用以选择所述电机的用作所述基准电压相位的检测对象的相位，并且其中，所述驱动电流相位检测器包括第二选择器用以选择所述电机的用作所述基准电流相位的检测对象的相位。6.根据权利要求5所述的电机驱动设备，其中，所述反EMF相位检测器进一步包括第一平均电路，通过经由所述第一选择器顺序地切换所述电机的用作所述检测对象的相位来检测每个相的所述基准电压相位，并且由所述第一平均电路对针对每个相检测的所述基准电压相位进行平均，并且其中，所述驱动电流相位检测器进一步包括第二平均电路，通过经由所述第二选择器顺序地切换所述电机的用作所述检测对象的相位来检测每个相的所述基准电流相位，并且由所述第二平均电路对针对每个相检测的所述基准电流相位进行平均。7.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，所述逆变器根据180度激励系统向所述电机施加驱动电压，其中，所述反EMF相位检测器检测在非激励时段中的所述反电动势的过零点，所述非激励时段是在360度激励时段内预先设置的小于60度的时段，并且被预先设置以停止激励，并且其中，所述驱动电流相位检测器检测在相位上与所述非激励时段相差180度的激励时段中的所述驱动电流的过零点。8.根据权利要求7所述的电机驱动设备，其中，所述驱动电流相位检测器响应于所述PWM信号，来检测所述电机的相位中的一个相位的驱动端子处的电压进行在高电位侧电源电压和低电位侧电源电压之间的转换的时段，并且通过确定在所检测的转换时段中对应于相位中的一个相位的所述低侧晶体管处于导通状态还是处于关断状态，来检测所述驱动电流的过零点。9.根据权利要求1所述的电机驱动设备，其中，定义与所述驱动电流的电流值成比例的变量是“ISPNOUT”、与所述电机的角频率成反比的变量是“NCNT”、以及所述电机的所述特征常数是“K1”和“K2”，所述相位算术单元包括：第一算术电路，用于计算“Kdrv＝K2/(K1+NCNT·ISPNOUT)”；以及第二算术电路...

【专利技术属性】
技术研发人员：黑泽稔，板垣吉弥，
申请(专利权)人：瑞萨电子株式会社，
类型：发明
国别省市：日本;JP