TW202425492A - 馬達控制系統之雜訊去除方法與電路 - Google Patents
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Abstract
本發明提出一種馬達控制系統之雜訊去除方法與電路，其中該馬達控制系統接收一PWM數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，方法包含：以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準；計算該PWM數位訊號的高低位準次數；根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
Description
本發明係有關一種馬達控制系統之雜訊去除方法與電路，能有效過濾掉控制信號所受到的干擾，避免造成馬達轉速異常。
馬達控制系統有多種用途，例如用以控制風扇的轉速等。請參閱第1圖，馬達控制系統20中包含馬達控制電路22，其控制馬達M，馬達控制電路22為一個具有四條對外線路的晶片，四條對外線路分別是電源正負極VDD與GND、PWM (Pulse Width Modulation，脈寬調變)轉速控制輸入線路PWM_IN(此為單向輸入線路)、轉速偵測輸出線路FG(此為單向輸出線路)。對於馬達M轉速的需求，通常由外部給予指令，例如由一主控終端10而來，此主控終端10透過PWM轉速控制輸入線路PWM_IN，以PWM數位訊號的方式，指示所需的馬達轉速。
請參閱第2圖，在先前技術中，馬達控制電路22內包含脈衝捕捉器221及工作比與轉速計算器222，其中脈衝捕捉器221偵測由PWM轉速控制輸入線路PWM_IN所輸入的PWM數位訊號的脈衝上升與下降緣，而工作比與轉速計算器222則根據所偵測到的脈衝上升與下降緣，計算出工作比，並進而得出所要的馬達轉速。
然而，在實際使用環境中，可能會有種種的雜訊，導致透過PWM轉速控制輸入線路PWM_IN傳輸的PWM數位訊號，在馬達控制電路22內部接收時，並不是清楚乾淨的訊號。舉例而言，在電動車充電樁的散熱應用中，由於原始電源來自交流大電力，在高壓大電流的電源中有許多雜訊，這會導致PWM數位訊號也隨之產生雜訊；或是，馬達M所在的電路板，也可能有電磁兼容性(Electromagnetic Compatibility, EMC)的問題，導致PWM數位訊號中產生雜訊。以上雜訊都沒有固定的慣性波形(pattern)，因此難以針對消除。例如，第3圖顯示其中一種類型的雜訊，由圖中可見，雜訊導致PWM數位訊號的波形失真，但並不具有固定的慣性波形。PWM數位訊號的波形失真，將會導致後續對工作比與轉速的計算錯誤，使馬達M的轉速異常。
針對上述問題，先前技術的一種解決方式如第4圖所示，是在PWM轉速控制輸入線路PWM_IN上，在馬達控制電路22的外部，加掛電阻(電阻可將PWM轉速控制輸入線路PWM_IN本身的線路電阻考慮在內)與電容，構成類比低通濾波電路，而PWM數位訊號也會因此被轉換成類比訊號。同時，在馬達控制電路22的內部，則設置類比數位轉換器223，將類比訊號轉換為數位訊號，之後再由工作比與轉速計算器222來計算工作比和所要的馬達轉速。
但，上述先前技術的缺點是：例如在電動車充電樁的散熱應用中，會有高壓大電流，因此PWM轉速控制輸入線路PWM_IN上如加掛電阻電容，會需要使用較高規格的類比元件，造成較高的成本，且經過類比低通濾波後再轉換回數位訊號，訊號本身的準確性也會下降。
本發明即是針對上述問題，提出解決方案。
就其中一觀點言，本發明提供了一種馬達控制系統之雜訊去除方法，其中該馬達控制系統接收一PWM數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該方法包含：以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準；計算該PWM數位訊號的高低位準次數；以及根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
在其中一種較佳的實施型態中，在一預設時段後、或是取得預設數量的高低位準總和次數後，才還原計算出該PWM數位訊號的工作比。
在其中一種較佳的實施型態中，於根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比後，清除所計算的該PWM數位訊號的高低位準次數，並重複所述過程。
在其中一種較佳的實施型態中，所述比該PWM數位訊號更高的頻率，為一非固定頻率。
就另一觀點言，本發明提供了一種馬達控制系統之雜訊去除電路，其中該馬達控制系統接收一PWM(脈寬調變)數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該馬達控制系統之雜訊去除電路包含：一位準偵測器，以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準；一計數器，與該位準偵測器耦接，用以計算該PWM數位訊號的高低位準次數；一工作比計算器，與該計數器耦接，用以根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及一轉速計算器，與該工作比計算器耦接，用以根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
就又另一觀點言，本發明提供了一種馬達控制系統之雜訊去除電路，其中該馬達控制系統接收一PWM(脈寬調變)數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該馬達控制系統之雜訊去除電路包含：一位準偵測器，以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準；一計數器，與該位準偵測器耦接，用以計算該PWM數位訊號的高低位準次數；以及一工作比與轉速計算器，與該計數器耦接，用以根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比，並根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
底下藉由具體實施例詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。
本發明中的圖式均屬示意，主要意在表示各電路組成部分間之相互關係，至於形狀與尺寸則並未依照比例繪製。
第5圖顯示本發明的一個實施例。請參閱第5圖，本發明中，馬達控制電路22’包含大數據濾波器224及工作比與轉速計算器222。在本發明中，馬達控制電路22’自PWM轉速控制輸入線路PWM_IN接收PWM數位訊號，並沒有經過類比低通濾波。所接收的PWM數位訊號雖然帶有嚴重的雜訊(例如第3圖)，但本發明利用大數據濾波器224，將PWM數位訊號中的雜訊予以消除。其中，大數據濾波器224是以大數據採樣分析的方式來還原正確的PWM數位訊號工作比，說明如下。
請參閱第6與第7圖。在其中一個較佳實施例中，大數據濾波器224包含位準偵測器225、計數器226、以及工作比計算器227。位準偵測器225以比PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取PWM數位訊號的位準。計數器226計算PWM數位訊號的高低位準次數。在一段相對長的預設時段後、或是取得預設數量的高低位準總和次數後，根據所得的高低位準次數，就可以還原計算出PWM數位訊號的工作比(即，等於高位準次數/高低位準次數總和)，將會等於或非常接近原始的工作比。之後，清除計數器226的計數，再重複上述過程。舉例而言，當PWM數位訊號的頻率是25KHz時，位準偵測器225採樣擷取PWM數位訊號的頻率可在150~250KHz的範圍內，而擷取的時段預設長度例如為150~300毫秒，或是，擷取的高低位準總和次數達9000~15000筆。
第7圖所示為以固定頻率(固定間隔時間)採樣擷取PWM數位訊號的位準的實施方式。根據本發明的另一個較佳實施例，請參閱第8圖，可改以非固定頻率方式(不固定間隔時間) 採樣擷取PWM數位訊號的位準。相對於第7圖的實施例，第8圖的方式，可更能去除有固定慣性波形的雜訊；以不固定間隔時間採樣，可以避免採樣時點剛好與固定慣性波形重合。
在第6圖實施例中，工作比計算器227係用以根據所得的高低位準次數，來還原計算出PWM數位訊號的工作比。此功能也可以由工作比與轉速計算器222(參閱第5圖)來完成，在此情況下，工作比計算器227可以省略。或是，當工作比計算器227計算出工作比後，則工作比與轉速計算器222可以不用再計算工作比，而是根據工作比來產生馬達的轉速控制訊號(在此情況下，工作比與轉速計算器222可以僅是轉速計算器)。
以上已針對較佳實施例來說明本發明，唯以上所述者，僅係為使熟悉本技術者易於了解本發明的內容而已，並非用來限定本發明之最大權利範圍。在本發明之相同精神下，熟悉本技術者可以思及各種等效變化。例如，當PWM數位訊號的頻率不同時，位準偵測器225採樣擷取PWM數位訊號的頻率、擷取的時段長度、或是擷取的高低位準總和次數，都可以相應改變；或是，圖示為兩個以上的電路，可以合併製作成單一電路；或是，圖示為一個的電路，可以拆解製作成兩個以上的電路；此外，在所示實施例的電路中，還可以增加其他電路來提供其他功能，例如但不限於提前或延後導通馬達轉子控制開關(未示出)，等等。本發明的範圍應涵蓋上述及其他所有等效變化。
10:主控終端
20:馬達控制系統
22、22’:馬達控制電路
221:脈衝捕捉器
222:工作比與轉速計算器
223:類比數位轉換器
224:大數據濾波器
225:位準偵測器
226:計數器
227:工作比計算器
M:馬達
VDD:電源正極
GND:電源負極
PWM_IN:PWM轉速控制輸入線路
FG:轉速偵測輸出線路
第1圖顯示由一主控終端控制一馬達控制系統的典型配置。
第2圖顯示先前技術中馬達控制電路的內部電路結構。
第3圖舉例顯示其中一種類型的雜訊。
第4圖顯示先前技術的一種解決方式：在線路上加掛電阻與電容，此方式有其缺點。
第5圖顯示本發明馬達控制電路的一個實施例。
第6圖顯示本發明大數據濾波電路的一個實施例。
第7-8圖顯示本發明大數據取樣的兩個實施例。
22’:馬達控制電路
222:工作比與轉速計算器
224:大數據濾波器
PWM_IN:PWM轉速控制輸入線路
Claims (9)
- 一種馬達控制系統之雜訊去除方法，其中該馬達控制系統接收一PWM(脈寬調變)數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該方法包含： 以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準； 計算該PWM數位訊號的高低位準次數； 根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及 根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
- 如請求項1所述之馬達控制系統之雜訊去除方法，其中，在一預設時段後、或是取得預設數量的高低位準總和次數後，才還原計算出該PWM數位訊號的工作比。
- 如請求項1所述之馬達控制系統之雜訊去除方法，其中，於根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比後，清除所計算的該PWM數位訊號的高低位準次數，並重複所述過程。
- 如請求項1所述之馬達控制系統之雜訊去除方法，其中，所述比該PWM數位訊號更高的頻率，為一非固定頻率。
- 一種馬達控制系統之雜訊去除電路，其中該馬達控制系統接收一PWM(脈寬調變)數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該馬達控制系統之雜訊去除電路包含： 一位準偵測器，以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準； 一計數器，與該位準偵測器耦接，用以計算該PWM數位訊號的高低位準次數； 一工作比計算器，與該計數器耦接，用以根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及 一轉速計算器，與該工作比計算器耦接，用以根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
- 一種馬達控制系統之雜訊去除電路，其中該馬達控制系統接收一PWM(脈寬調變)數位訊號，並根據該PWM數位訊號來產生馬達轉速以控制一馬達，該馬達控制系統之雜訊去除電路包含： 一位準偵測器，以比該PWM數位訊號更高的頻率，採樣擷取該PWM數位訊號的位準； 一計數器，與該位準偵測器耦接，用以計算該PWM數位訊號的高低位準次數；以及 一工作比與轉速計算器，與該計數器耦接，用以根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比，並根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
- 如請求項5或6所述之馬達控制系統之雜訊去除電路，其中，在一預設時段後、或是取得預設數量的高低位準總和次數後，才還原計算出該PWM數位訊號的工作比。
- 如請求項5或6所述之馬達控制系統之雜訊去除電路，其中，於根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比後，清除所計算的該PWM數位訊號的高低位準次數，並再繼續採樣擷取該PWM數位訊號的位準；計算該PWM數位訊號的高低位準次數；根據所得的高低位準次數，還原計算出該PWM數位訊號的工作比；以及根據該工作比，產生馬達轉速以控制該馬達。
- 如請求項5或6項所述之馬達控制系統之雜訊去除電路，其中，所述比該PWM數位訊號更高的頻率，為一非固定頻率。
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