無感測換相模組

此模組串聯在啟動模組之後，主要功能在決定無感測換相點及無感測區間選擇並且 檢查零交會點偵測是否正確。模組方塊圖如圖 4.5 所示；各訊號定義如表 4.4 所示。當 從啟動模組傳來之 S_start 訊號為高準位時，代表無感測換相開始。首先使用一個多工器 且根據目前區間訊號來選擇所需位置訊號H_a、H_b、H_c，篩選出各相端電壓含有零交會點 資訊的區間，假若目前導通區間為第 6 區間，C 相即為未激磁相，此時H_MUX為H ；若_c B 相即為未激磁相，H_MUX 為H ，依此類推並合成一個訊號_b H_MUX。接著從H_MUX 中擷 取出零交會點 ZCP，並利用零交會點找出適合的換相點，產生換相點訊號 H。在此之前 為了預防在暫態下零交會點訊號的不穩定導致判斷錯誤，先設定所擷取之零交會點必須 界於 25 度至 35 度間才可為正確偵測零交會點。當連續三次正確偵測零交會點，送出 P_ex 至區間選擇模組與 PWM 產生模組且進入無感測階段。在無感測狀態下，責任週期 維持固定不變。此時開關導通區間之切換時間，不再依照查表法。改為根據每當換相點 訊號 H 正緣觸發時，累加器即開始進行累加，並且同時輸出累加值為無感測區間訊號 SL_p，累加值上限設定為 6。若已達上限，在下次 H 為正緣觸發時更新累加值為 1，依 此循環完成無感測時開關區間選擇。

Ha

Hb

Hc

ZCP HMUX

ZCP Detection

Commutation Signal Generator

ZCP Check Pattern

Accumulator

P_ex H SL_P

S_start

Clk_40M

3 3

Htrig

. 圖 4.5 無感測換相模組方塊圖

表 4.4 無感測換相模組各訊號定義

腳位名稱 屬性 位元數(bit) 訊號定義

Clk_40M Input 1 模組時脈(40MHz) S_start Input 1 無感測模組啟動訊號

Pattern Input 3 區間訊號

H a Input 1 A 相位置訊號

H b Input 1 B 相位置訊號

H c Input 1 C 相位置訊號

Htrig Output 1 零交會點脈衝訊號

H Output 1 換相訊號

SL_p Output 3 無感測區間訊號

P_ex Output 1 啟動與無感測

切換訊號

零交會點偵測架構，如圖 4.6 所示。根據 3.4 節，每次換相時，由於飛輪二極體導 通，此時所取得之反應電動勢端電壓波形會有一短暫二極體時間，此情況會導致零交會 點偵測失敗。所以H_MUX 需要經過一數位濾波器，在此應用上遮罩時間 0.2ms 必須大於 飛輪二極體導通時間，才能避免發生誤判。最後利用單端邊緣觸發來尋找零交會點位 置。由於零交會點位置分成高準位到低準位及低準位到高準位兩種，所以分別利用兩計 數器來擷取零交會點位置並輸出 f_LH、f_HL，最後使用 AND 邏輯閘合成一個零交會點訊 號 ZCP。

ZCP HMUX

Clk_40M

Single Edge Trigger Digital

Filter Counter

0.2ms Count

Low to High

Count High to Low

AND fLH

fHL

圖 4.6 零交會點偵測架構圖

在正確獲得零交會點訊號後，由 2.3 節馬達換相時機可知，在零交會點往後延遲 30 度電氣角即為換相點。如圖 4.7 所示，為換相點產生架構圖。當零交會點訊號為正緣觸 發時，產生一個 0.1us 的脈衝訊號H_trig，利用H_trig可計算出兩零交會點之時間差，將上 次時間差堆疊值與此次時間差值作平均，可得一校正零交會點時間差。不直接使用本次 時間差的原因乃是因為在擷取零交會點時，所設定區間界於 25 度至 35 度間，為了能將 擷取誤差縮小才使用一校正時間差。兩零交會點間隔為 60 度電氣角，一半的零交會點 時間差即可作為零交會點至換相點所需之相位移間隔。圖 4.8 為無感測換相模組內部訊 號處理波形示意圖。

ZCP

Clk_40M Counter 1us

Pulse Generator

Commutation

Counter Stack

Phase

Shift ^H Htrig

圖 4.7 換相點產生架構圖

Ha

Hb

Hc

Pattern 5 6 1 2 3 4

ZCP

H

TH

Htrig

fLH

fHL

HMUX

] [K

T_trig T_trig[K1]

2 ] [K T_trig

圖 4.8 無感測換相模組內部訊號波形示意圖