小型三相無刷直流馬達之無感測控制晶片的設計與實現

(1)

Design and Implementation of a Sensorless Control Chip for a

Small Three-Phase Brushless DC Motor

!"# $%

(2)

!"#$%&'()*+,-./012./345 . / 6 7 5 8 9 : ' ( ; < = 3 > ? @ A BC DEFGH3IJK LMNOPQ0FRS PQ3TUVPQ WXLYZ[0\]^0_`a0bH3Tc5 PQd PQdef53<=ghijkClmno Ppq0rs3tu WPvwxy0z{0|}3~ 00R03 d3 C W03 d ¡ ¢£3¤¥ g¦ §#$C¨©ª«¢/Q3¬ ®¯°±3d²³C

(3)

Design and Implementation of a Sensorless Control Chip for a

Small Three-Phase Brushless DC Motor

´ µc Student ´ Hsing-Yu Lin : Advisor ´ Dr. Shir-Kuan Lin

¶·¸¹P º»3¼½DfP¾

X

A Thesis

Submitted to Department of Electrical and Control Engineering

National Chiao Tung University in partial Fulfillment of the Requirements

for the Degree of Master in

Electrical and Control Engineering June 2006

Hsinchu, Taiwan, Republic of China 5¿S¶ ÀÁÂ Ã Ä

(4)

! : "# $%

&'()*+,- ./+0

ÅÆÇÈÉÊËÌÍÎÏÐÑ¦ÒÓ0ÑÔÕÖ¦¼½Ó×Ø ÙÚÛÜ ÝÞCßà ÅÆÇÈÉÊËÌÍÎáâ"Þãäåæ8çåÍÎè ãä éê½Ð´åæáâëeìíîãïðñòóhèãä0; ôõö3÷øÏÐÑùö0úûÍÎüý3þ:$0ÿ ÍÎÅ C ÉåÈ@ ÍÎº3ºÌ øK 3¼½Cj 120 öÃI úûº»½ & ö (PWM) ø ; É å È ! ¼ ½ É å Í Î " # ö%&$"Þ%&'()ÅÆÇÈÉÊËÌÍÎ*ã+ÉåÍÎ¼ ½,-C "Þ.ÔÆ¦/0123456 (FPGA) Ö789:;< (VHDL) ¾ =>?@KC*ã+ÈãAæ ìñóBåÍÎÈØ% "Þ 150 ö 12 IIC DþÍÎè#3ÔÕ%EF PWM ø ;ÉåÍÎ¼½ ! C Î$#ö¼½ ;ôºK 3GCH% FPGA ,- I JÍÎ 0º Ì 0 ºå 3 ª º K #$ÇÈÉÊËÌLM»ÍÎÉå¼½¾<N3lOmPC i

(5)

Three-Phase Brushless DC Motor

Student : Hsing-Yu Lin

Advisor : Dr. Shir-Kuan Lin

Department of Electrical and Control Engineering

National Chiao Tung University

ABSTRACT

Small three-phase brushless direct current motors (BLDCM) that own high reliability, efficiency and good controllability are extensively adopted. Howerver, a BLDCM de-tectes the position of the rotor by using position sensors, so there are some limitations: Positioning precisely to detect rotor’s position; Highly sensitivity to temperature and disturbance; Life reducing, cost increasing and baffle against minimization of a BLD-CM.

This paper presents a sensorless drive and control methods by utilizing the voltage and current feedback signals. The reformed means with 120-degree electrical angles driving is developed to reduce acoustic noise, to overcom the influence from the PWM signal, and to achieve the speed control. Furthermore, a sensorless driving chip for BLDCM is materialized.

The design of the Field Programmable Gate Array (FPGA) and the modulation techniques and competence from system planning level opinion of the very high speed integrated circuit hardware description language are adopted in the paper. To do so, the commutation signals can be generated from a digital phase shifter accurately. Additionally, the speed and efficiency of BLDCM can be enhanced by using novel means with 150-degree electrical angles driving. Moreover, the speed of BLDCM can be controlled and the acoustic noise can be reduced by overcoming the influence of PWM signal. Therefore, the sensorless drive scheme accompanied with the voltage sensing, current feedback, motor drive and peripheral circuits to construct a sensorless control system for a BLDCM can be realized by a FPGA-based chip.

(6)

i

Abstract

ii

iii

v

ix

1 1.1 »3Q . . . 1 1.2 §"²R . . . 2 1.3 IC3¾9: . . . 4 1.4 SN . . . 5

6 2.1 ÇÈÉÊËÌÍÎTN . . . 6 2.2 ÇÈÉÊËÌÍÎ*P?+ . . . 8 iii

(7)

2.3 ÇÈÉÊËÌÍÎOV . . . 10 2.4 ÇÈÉÊËÌÍÎÉå¼½Wè»½XY3Z [ . . . . 16

!"#$

27 3.1 *ã+ÈãAæ . . . 27 3.1.1 *ãÈãAæ . . . 27 3.1.2 \]^8ÔÝ3_`C . . . 29 3.2 150ö 12 I . . . 32 3.3 ºúû»½ . . . 35 3.4 abKºÌ3#ö¼½æ . . . 37 3.4.1 cæ . . . 37 3.4.2 d¸eØçåæ . . . 39 3.4.3 øfV . . . 41 3.4.4 ºÌ3#ö PI ¼½æ . . . 42

% &'()*+,-.

45 4.1 Quartus IIg8hiXY . . . 45 4.2 FPGA¼½,-"/03?j . . . 50

/ 0123456!+ 7869:

70 5.1 lm78SN . . . 70

5.2 ALTERA Nios II Development Board . . . 71

5.3 lmTk . . . 74

(8)

1.1 §"²lmno . . . 3 1.2 §"pqrso . . . 3 1.3 tÐÉÊËÌÍÎ"ÉåpqÈ¢§"uÃvw . . 4 2.1 LM»xyÍÎz@{|}I+%(a) Ç~+%(b) ~+ . 6 2.2 ÇÈÉÊËÌÍÎè3î . . . 7 2.3 ÍÎÔºKo . . . 8 2.4 θr 3 θs o . . . 10 2.5 ÇÈÉÊËÌÍÎè3î&o . . . 12 2.6 u, v, wÈ Kto . . . 12 2.7 ¹ÈºÌ Kto . . . 13 2.8 120öÃIèo . . . 14 2.9 ¹ÇÈºÌ Kto . . . 15 2.10 180öÃIèo . . . 16 2.11 ÉåpqWèf . . . 17 2.12 ÍÎ~;~èo . . . 18 2.13 :ÑÇIo [16] . . . 20 2.14 ÍÎº 30 öÈão . . . 21 2.15 *ã+ÈãAæ [11] . . . 23 2.16 ;Ýº ! . . . 24 v

(9)

2.17 <ÝººKo [13] . . . 25 2.18 <Ýº [13] . . . 26 2.19 PWM 3~Ó?+lºKo [2] . . . 26 3.1 ÈãAæOo . . . 28 3.2 ºÌI u → w v → w ¹ . . . 30 3.3 _`ðOo . . . 31 3.4 150ö 12 IÈãAæo . . . 34 3.5 Èº3ºÌo . . . 35 3.6 Ïúû»½ÈãAæo . . . 36 3.7 ÇÈÉÊËÌÍÎæo . . . 38 3.8 öOOV . . . 38 3.9 PWM ø !ÈãAæo . . . 40 3.10 ºÌ øfVÌfo . . . 41 3.11 ÇÈÉÊËÌÍÎºÌ3#ö¼½Io . . . 43 3.12 PI¼½æIo . . . 44 4.1 Quartus IIg8Ìf . . . 46 4.2 Quartus IIoÞX . . . 49 4.3 FPGA¼½,- ¾SN . . . 50 4.4 &¢¼½?@Ìfo . . . 52 4.5 &¢¼½?@?jTk . . . 52 4.6 îãW&bK?@Ìfo . . . 54 4.7 îãW&bK?@?jTk . . . 54 4.8 abK?@Ìfo . . . 56 4.9 120öÃIÈãAæ?jTk . . . 56

(10)

4.10 150öÃIÈãAæ?jTk . . . 57 4.11 120öÃI¡ Ï_`ðÈãAæ?jTk . . . . 57 4.12 120öÃI¡ Ïúû»½ÈãAæ?jTk . 57 4.13 120öÃI¡ PWM ø !ÈãAæ?jTk 58 4.14 ¢£¤¥?@Ìfo . . . 59 4.15 ¢£¤¥?@?jTk . . . 59 4.16 Ã¦§¥?@?jTk . . . 62 4.17 Ýº¤¥?@?jTk . . . 63 4.18 ¨Z?@Ìfo . . . 64 4.19 ¨Z?@?jTk . . . 65 4.20 ö?@Ìfo . . . 66 4.21 ö?@?jTk . . . 67 4.22 è#©?@Ìfo . . . 68 4.23 è#©?@?jTk . . . 68 4.24 #ö¼½æ?@?jTk . . . 69 5.1 ÇÈÉÊËÌÍÎÉå¼½"78SNIo . . . 71 5.2 lmª« . . . 71 5.3 Nios II'¬ºKl8o [1] . . . 73 5.4 Nios II'¬ºKSNIo [1] . . . 73 5.5 120 ö Ã I ¡ Í Î Ç È º 3 5 È º o (1:Vu%2:Vv%3:Vw%4:Vn) . . . 74 5.6 120 ö Ã I ¡ È ã Í Î º 30 ö o (1:Bemf%2:Ed%3:masked Ed%4:Sc) . . . 75

5.7 ¨Zð (1:F G 2:Rs) . . . 75

5.8 150 ö 12 I ¡ Í Î Ç È º 3 5 È º o (1:Vu%2:Vv%3:Vw%4:Vn) . . . 76

(11)

5.9 ú û » ½ ¡ Í Î Ç È º 3 5 È º o (1:Vu%

2:Vv%3:Vw%4:Vn) . . . 77

5.10 ÍÎÑo :(1) >®O¡%(2) úû»½¡ . . 77

5.11 PWM  O ¡ Í Î Ç È 3 5 È º o (1:Vu%2:Vv% 3:Vw%4:Vn) . . . 78

5.12 PWM O¡ ÈãÍÎº 30 öo (1:Vu%2:Ed% 3:masked Ed%4:Sc) . . . 79

5.13 ÏÐ 90 @,¯°±h . . . 79

5.14 120öÃIÉåè#!Ýo . . . 80

5.15 150ö 12 IÉåè#!Ýo . . . 80

(12)

2.1 ÇÈ³´ÍÎ/µ . . . 7 2.2 120öÃIÈ ¡¶ . . . 13 2.3 180öÃIÈ ¡¶ . . . 15 2.4 ÇI3ÃI·´4 . . . 19 3.1 150ö 12 IÈ ¡¶ . . . 33 4.1 Quartus IIoÞX@Ìf¸)¹Dºð . . . 47 4.2 &¢¼½?@»ãøî¼½,¶ . . . 51 4.3 îãW&bK?@»ãøî¼½,¶ . . . 53 4.4 abK?@»ãøî¼½,¶ . . . 55 4.5 ¢£¤¥?@»ãøî¼½,¶ . . . 58 4.6 Ã¦§¥?@»ãøî¼½,¶ . . . 60 4.7 Ã¦§¥?@¶ . . . 61 4.8 Ýº¤¥?@»ãøî¼½,¶ . . . 62 4.9 Ýº¤¥?@¶ . . . 63 4.10 ¨Z?@»ãøî¼½,¶ . . . 64 4.11 ö?@»ãøî¼½,¶ . . . 66 4.12 è#©?@»ãøî¼½,¶ . . . 67 4.13 #ö¼½æ?@»ãøî¼½,¶ . . . 69 ix

(13)

4.14 ºÌ¼½æ?@»ãøî¼½,¶ . . . 69 5.1 EP2C35F672C6ES,-/µ . . . 72

(14)

1.1

ÉÊË Ì Í Î (Brushless DC Motor, BLDCM) ¾ " Þ ã ä å æ ¿ À Ð Ê Ë Ì Í Î æ (Commutator) W Á Ê (Brush) Â Ì » Ã T N ÐÊËÌÍÎ`ÄæWÁÊÅÆ3ÇÈcÉÊË0º ÷øÌÍ È"¡ ÉÊËÌÍÎÏÐû0û÷ø0ÑÞüý0 Ñ#ö0ÅÆ×Ø%ÎÄÏ856$úû3pq ÉÊË ÌÍÎÐÑ¼½¾5 ÙÒÒ¿ÀÓËÌÐÊÍÎCÔÕ Ö¼ ½Óð0×îÓà< ÉÊËÌÍÎ@(jØä ÝÞÙÚ Ò Û Ü Ó ( Ý Ý Þ D Þ Þ ß Õ Ý Þ º 03C c r s ? ¾ à áâãC KÉÊËÌÍÎk¾äÞåæ8ååÍÎèãä æç è560Léêæëìæ :ØÓíãäåæ æïðî¥ ïðÈøÍÎ>Wè àÈ¼½×ñ®òËÇó!abK ãä0#ö¼½Óð¶%ßà ôõöDÑíåæìRö þ: È¼½ñòö $®÷:øù &$íå56®¾8ú ûþ:Ó¾$C 1

(15)

;ÿÆcr Å ÍÎÅÆ0Æ0ÑÓð 3ÑìíöÙ¾à¦Cßà ÎÄÍÎÅ8ú ãäå æ¡Ö$@ÿ Æ()õHC%Õ ãäåæü ý3;õö0÷øùH $å56¦ÒÓúû à ! È¼½¦Òö ûÈ;óê½ÓÍÎÝÞhi3.J%Éåpq ¦ ÍÎ@Ó¥åæñòãä ¡3Ë ô Då56}}ê½ àõãäåæ"ÉåpqÖ ÐóË @(^ÏÐ'Ë"pqC Q Ö ¾ ; ô Å Æ Ç È É Ê Ë Ì Í Î É å È ¼ ½ @ j 120 öÃI ö (PWM) ø;É åÈ ! $;ôÇÈÉÊËÌÍÎºK3G ÍÎ º0ºÌø BåïðÍÎÈØ ÎÉå¼½Q C

1.2

¶§"Ð 1976 ÉÊËÌÍÎ"Éå È¢§" &;í§"K²RC"Þ¶§"!"#$¢% & :TTL/sensorless OR ABST/sensorless AND brushless ' 112 (§"%o 1.1 Ö o 1.2 ¾ ® È ¢ § " 6 K ² l § " m n o 3 p q r s o ) * %ÓìÿvwÉåpq§"+ICo 1.1 Öo 1.2 ,QuÉ åpq§"+ ¦²@èãäBå (rotor position detection)0Z f (start-up) _-ºK (mask) 3#ö¼½ (speed control) l é5 èãäBå./§"*@0k Zf©"C

(16)

1.1:

1.2:

o 1.3 ¾ G 1 2 É å p q ' x õ v w " § " ' ¶ * Q 3 o % o ¦ 4 5 G 1 ' É å p q v w Ð ¶ ST0 Sundstrand0SL Montevideo Matsushita0Sony 6 ¶ Samsung 7 ¾ ÿ¶xõë88%&$ívw9:à;;ÉåpqK 'DOC

(17)

1.3: !

1.3

Qxõ¾;ôÅÆÇÈÉÊËÌÍÎ çå<·'ÈÝ º d ¸ e Ø @ ( ) ¦ l É å » ½ F É åÈ»½0150 ö 12 öI0úûÍÎº»½WºÌ3#öbK¼ ½ æ 0 . Ô Æ ¦ / 0 1 2 3 4 5 6 (FPGA) O m P % Â ) ¾ =*ã FPGA ¾@> &äÞ Ñ#ú8ºK789:;< (VHDL) 3 FPGA , - g 8 ® É å » ½ " ÿ ð ? @ ? ( l 0ÂJ%¾,-3Õ ºK <·¥(@ FPGA ,-@ ÇÈÉÊËÌÍÎÉå¾C

(18)

1.4

SN¦²@Ã)ýA´ ü(ý´þ ½,»3Q ²R§"+&BXY IC3¾C ü ý ´ 4 C X Y ½ , Ç È É Ê Ë Ì Í Î N 0 * P ? + 3 OV &;Éå¼½OXY3Z [C ü Ç ý ´ É å È , - " l I C ½ , É å È ¼ ½ , - l I C DE*ã+ÈãAæ0150 ö 12 I0ºúû» ½0ºÌ3#ö¼½æC üý´,-ð/0WmP?j DEg8hiXY0ÿ,-?@ ðWémP?jTkC ü Â ý ´ ¾ 7 8 S N 3 l m " T k 3 ² R X Y l m 7 8 S N D F ALTERAvw Nios II '¬3éGÈ¢ºK%&²RlmT kC

(19)

!"

2.1

IÆºJLM»ÞÉÊËÌÍÎk@ÇÈ 9 K 12 ^SN ( î Ð 9 K Õ è Ð 12 ^ ) ~ L M z I + @ Y Ç ² N @ u0v0w Ç È z @ D º Ç ~ { | ( æ o 2.1 (a) ) 3 Í Î æ Ç ~ C O P 8 L M»@ÓÆ3Qº ÙÐÞÉå (sensorless) ÆÉÊËÌÍ Î ðx y Í Î à õ ç è 5 68 R S Í Î W è é z @ k @ ~ + { | ( æ o 2.1 (b) ) 5 È n á â Ú ó Í Î æ I ¦ ç å î ~ LÝº (back electromotive force) 8T;ÈØC

2.1: "#$%&'()*+,-./(a) 01./(b) 21.

(20)

¤ÞÇÈÉÊËÌÍÎ ( æo 2.2 ) @ 9 K 12 ^ é/µæ ¶ 2.1C Í Î Õ è ¸ ^ » Ã ö @ 30 ö ³ U ´ V N $ % îxõVz~LN$ V~Lÿ 5 ö à¸K » Ã ö @ 30 ö K 3 K 5 Ø ÈW 40 ö é 5 X@ z ÿ ~ L ¡%ôÍÎ YÐãäåæ H%áâÉåpq8T; è3îÈ;ãä àZî~LºÌÌI éc(>[ \]Õ è gÇÈÉÊËÌÍÎ^o(IWèC 2.2: 034564 7 2.1: 089:; λr 7.62 × 10−4W b − turn Ls 0.37mh Rs 2.2Ω J _{17 × 10}−7_kgm2 Bm 5 × 10−3N tm/(rad/sec) M 0.63mh

(21)

2.2 !

ÇÈÉÊËÌÍÎÐÇ)î~LWè³U´V ÔºKo æo 2.3 %@ Í Î Y Ç ~L Ô ºK o ¸ ( È7Í Î Ô º ÿ0Ôº WÍÎWè cÝº@$ ( _ÇÈ~L  Ô º ÿ W Ô º ` È o )C é 5 L À ¶ ¾ Ô º a D F Ó Í Î  È º Lp Ö È 3 È ¡ b M à ÿ È º Ì c È Ø Ì 5 È n I  î¼@>ºÌC 2.3: <=>? ÇÈÉÊËÌÍÎ9*3*î¼æ¡ : n´5È Vun , Vvn , Vwn : u, v, wÇÈÈº iu , iv , iw : u, v, wÇÈÈºÌ eu , ev , ew : u, v, wÇÈÝº Lp :ÍÎz@Èºa M :ÍÎÈba R : î~Lÿda ωr :ÍÎè#

(22)

θe :ÍÎèº Ke : Ýº* P : è´V^* Te :ÍÎè Kt :[* TL :efè J´ÍÎgh Bm´ÍÎÿij* ÍÎ9*î¼ k¦lmnºîo3pq®îo ²N]¥ÇÈÉÊËÌÍÎºIf+3»ÃIf+C >@-A.          Vun Vvn Vwn          =          R 0 0 0 R 0 0 0 R                   iu iv iw          +          Lp −M −M −M Lp −M −M −M Lp                   · iu · iv · iw          +          eu ev ew          (2.1) BCD>EF. (2.2)          eu ev ew          = 2ωrKe P          sin(θe) sin(θe−2π₃ ) sin(θe+2π₃ )          (2.2) $G-A. Te = Kt(iu− iv 2 − iw 2) sin(θe) + √ 3 2 (iw− iv) cos(θe) = 2J P ω˙r+ 2Bm P ωr+ TL (2.3)

(23)

2.3 "#$

ÇÈÉÊËÌÍÎÕ è¾³U´VN$ ôrèè s áâõ î´.tuèãäC î~L " ÞÕ1§ºÌ$º´.àcè v îÙëwîx cÓ()yOÞË]Õ è ÇÈÉÊËÌÍÎWèC@Ó ÍÎWè ÏÐ0è ¹äÞIC@ÃI éz{ Wv+]|:æ¡´ î¼è3îãäæo 2.4 C 2.4: θr 5 θs HI }~8,îo ¦ 4ÍÎº´Ë F = N · L · I × B (2.4) é5N´~L* L´~L´.ÝÐÔQö I´~LºÌ B´´¹íö

(24)

ÇÈÉÊËÌÍÎ[s@ T = F · r = N · L · I × B · r = Kt· I (2.5) é5 Kt´[* r ´Ë H@ B 3 θr0θs öÐ¢ ¦ ]4 B = B(θr, θs) = Bmax· cos[P/2(θr− θs)] (2.6) é5 P ´è³U´V´^* θr´è(Ø;î5Øö θs´î(Ø;î5Øö ®+ (2.6) À+ (2.5) ¨ë]©¦ Kt= N · Bmax· L · r · sin(P · θr/2) (2.7) c+ (2.7) ¦ 'ÇÈÉÊËÌÍÎ[* Kt òÎÄèèà$ sin C

1234

Ã I t u Ç È ~ L ¹ I + à o ¦ ² @ 120 ö 3 180 ö Ã I C 120 ö Ã I ¾ ¹ È ~ L Í Î ( ( È @ º Ì § ( È @ º Ì § ¥ Ô ( È @ & K )% 180 ö Ã I s @¹ÇÈ~L ÍÎ ( é5È@ºÌ§ Ô(È@ºÌ§ ¥%ë¾é5È@ºÌ§¥ Ô(È@ºÌ§ )C

(25)

[120 öÃIOV ] î¼ÇÈÉÊËÌÍÎè3îãä æo 2.5 C 2.5: 034564JK o 2.6 @ ð Ç È É Ê Ë Ì Í Î W è î ¼ 5 u, v, w Ç ) î ã ä ²Nh KtÎºöoC 2.6: u, v, w L Kt

(26)

o 2.7 @ u, v, w ÇÈ¹È~L KtÎºö oC 2.7: MNOIP> Kt ô õ Ç È É Ê Ë Ì Í Î § ¥ è 0 a v + (2.5) ¦ 4 áâ® Kt 0a H%o 2.7 o¦ ÂVºÌ ¡¶æ¶ 2.2C 7 2.2: 120 QR-STUV7 ¹ ºÌI ¤¥ºö ( w → v [-30, 30] u → v [30, 90] Ç u → w [90, 150] v → w [150, 210] Â v → u [210, 270] Ã w → u [270, 330] ¢%Ø -30, 30, 90, 150, 210, 270, 330

(27)

¶ 2.2 5 ¦ 4 ð Í Î º [-30,30] ¡ @ Ó õ è 0 a º Ì ¹ I á â ¤ ¥ w → v%àðÍÎº [30,90] ¡ ºÌ ¹Iáâ¤¥ u → v% %l] ¦®ÍÎ 360 öº²@Ã) ¸) 60 öC¸)î~L¹º 120 ö" è@&K % C@ 120 öÃICH% õ4ÇÈÉÊËÌÍÎº ö ¨t¶ 2.2 KºÌ ¦h0a KtC_ÍÎ~Lº Ì@îa ¦h 120 öÃIè æo 2.8 C 2.8: 120 QR-S3W [180 öÃIOV ] 180 ö Ã I î ~ L @ ¹ v º Ì ¹ I òtuÍÎºà é]I+3 120 öÃII+lC o 2.9 @¹ u, v, w ÇÈ¡ Kt ÎÄºöoC

(28)

2.9: MNOI0> Kt o V @ Ó õ Ç È É Ê Ë Ì Í Î § ¥ è 0 a ¦ ® o 2.9 oÂV$ºÌ ¡¶ æ¶ 2.3 C 7 2.3: 180 QR-STUV7 ¹ ºÌI ¤¥ºö ( w → v [0, 60] u → v u → v [60, 120] u → w Ç u → w [120, 180] v → w v → w [180, 240] v → u Â v → u [240, 300] w → u Ã w → u [300, 360] w → v ¢%Ø 0, 60, 120, 180, 240, 300, 360

(29)

% C ® 360 ö Í Î º ² @ Ã ) ¸ ) 60 ö C ¸ ) î ~ L ¹ º 180 ö º Ì I @ 180 ö Ã I CoV ¦h 180 öÃIè æo 2.10 C 2.10: 180 QR-S3W

2.4 % & ' ( ) * ( + ,

-./

É å p q W è ¦ ² @ ) f æ o 2.11 ´(1) î ã % (2) & b K Z %(3) a b K : # % (4) a b K # C ð # $ ) f ÍÎÖîü)KabK#¹CQuÉåÈ¼½p qk"ÞÝº8È éOHô78ºKlI+B ÍÎ ºû håW¿ H%$¦ úûCÞ%ICØôÍ Îè#eû éÝºÅà ÷ø ò'_d¸e É d ¸ e à Í Î É C Z % Í Î Z õ ( @ » ½ ìZÍÎûè# ÉC"ÞÝºÈÌÍCH%îãÖ&bK

(30)

ZfÖ¾%làc )*)Zf è#Ýºd¸eØ¦ Ú>òóìR¥8%éabK: # 3 a b K # ) f ¦ ç å Ý º K È & S # ö ¼½æÎÍÎî#ö¼½C ¡;)f WéÈ¢ZOEFC 2.11: X3AY (1) îã´ ôÍÎèãä¾<4 @ÓgÍÎð !"Wè áâ ¡eîãf àîãf¾î¥wîI·´ ÍÎZ ¢¡óèÐK;> (Align) ()è@dª£Øãä%H% Í Î<Î&bKZuk¦¤4èãä k¦tu&bK 4¹!K0èÈ ÍÎð!"ZC

J. S. Kim, and S. K. Sul [7]D¥wî¹È~LºÌ ¦ ®Í Îèwî)ãä ÍÎ<Zuk¦¤4èãä ß¨tuºK"¹!¥¹CÔÕ S. Ogasawara, and H. Akagi [20] ûÐD¥lîãfC

(31)

¶ § " ü 5,343,127 [3] D ¥ Ô ( } É å Z f % f î ãËÇKÝºd¸eØçå ôçåÝºd¸e Ø sËÇabK:#f àÉ&bKfC¦(wî ¡ ¹ÃIü(@ÈøÍÎîã îã ËÇKÝº d¸eØçåC_æü(©îãYÐÝºd¸eØ§ø s¤ ¥¹ÃIüÇ@Èø ( éÈ(@OH¾@Ó¿0è K È ) k K ü © î ã O æ % ª à ¨ Ë ç å Ý º Ðd¸e' ¨abKZfCæo 2.12 ôð ÍÎè©ªãä«ü(@Èø (uv) ×îª£ØãäÈo sü (©îã ÍÎàòÐè % ÖYÐd¸eØ' û Öáâ¨§î(©3ü(©È4È(@Èø (vw) ïð 0 è:#è Ýºd¸eØ§øC ¬ ´(uv) ¹ º Ì ¾ Í Î u È Ì v È %(vw) ¹ º Ì ¾ Í Î v ÈÌ w ÈC 2.12: 1Z13W

(32)

(2) &KZ´ ôÍÎûè# Ýº®eÅ H%çåd¸eØ ÷øà$ÈØT;¯° ÍÎÉC!"WèCH% á â&bKZf <h± Ýº"u î¥wî È4 ÍÎ¦ !"Wè &ÎÄÈ4cû²²þ: Ñ ÍÎè#?ÒÑ gÍÎÝº®Î"?Òþ:C (³ðÝºàò÷øà$ÈØT;¯° k¦ abKÈ¼½fC ¶§"ü 6,153,993 [12] D¥ÍÎ&bKZ &É ø : B å È Ø ã ä § ¥ ( @ < È 4 (forced commutation) %È4¾äÞ PWM ¼½&¢ & ÃI·'I+ KC S. Nagamori [15] D¥&bKef5ÞÇIî·' ¶ 2.4 @Ç3ÃI·´4 ôäÞÇI·´4 ð rpÆÃ I·´ 4þ: 20 % 30 % è Èoef¡ ¦ ú ûÍ ÎZºÌC 7 2.4: 0R-S5R-S[9Y\ Three-Step Start-Up Six-Step Start-Up 1 _{u → v} _{u → v} 2 _{u → v} _{u → w} 3 _{v → w} _{v → w} 4 _{v → w} _{v → u} 5 _{w → u} _{w → u} 6 _{w → u} _{w → v} ¶ § " ü 5,726,543 [16] Ü Ó ä Þ & b K e f Ç I î · ' &´Ô(@ÑÇI æo 2.13 Ýº®Åc 370mv þ : 500mv H % ¦ & b K Z ¡ D µ a b K È¼½fC

(33)

2.13: ]^_`0R-SSa [16] (3) abK:#´ ðÍÎè#D± c¦ìRÝº k¦ a bKÈ¼½fCabKÈ¼½f5 ô¦ >òóT;¥ ÍÎÈØ H%ÃIÈ12k¦>¸¶§¥CabKÈ ¼½pqk"ÞÝº8çåè´^ãä àÎÈ¼½ QC"Þ<·'ÈÝºd¸eØ8T;ÈØ õ· ÷øc H@%÷øò_d¸eØ à !ÈØBåC ÷ø ²òºÌI c H@º,8 ºÌ¢¡òÌ ë¦ë¡¦\]^8 % Öò$_d¸e ¸(©È Ø7áâ÷ø$_d¸eC

1985  K. Iizuka, H. Uzuhashi, et al. [9] D ¥ ¦ " Þ Í Î º h å Bå<·'ÈÝºd¸eØ ( ºaea$>aë>a $ e a ) ð < · ' È Ý º ' d ¸ e ¨ I J ( ) Í Î º  30 öÈã k¦>òÈØ æo 2.14 é5 Bemf k @ÍÎ<·'ÈÝºC

(34)

2.14: >@b 30 QcdeHI

R. C. Becerra, T. M. Jahns, and M. Ehsani [14] D ¥ ( ) Ý º ú ² C 8çåÈØCéOV¾ðÝº'd¸e ®Ýº¸; a ë e ( ) ú ² æ C ð ú ² a Vint Î ¦ ¹ º a Vth k ò î ¥ ÈøCH%¡e Vth Öú²*îk¦Â 30 ö ¡ ¦I Jè#Ñû KÈã»ëÈã¼½¾CsæÑè# ¦®ú² *ÖÅ ¡ Dº?ñòÈC%IC@Ó÷ø c_d¸eà !ú²æ ¸(©È î( ¡gú² æàõO ¿î ¡eï&çåd¸eØc æ%¦ ÷øc_d¸eØC J. C. Moreira [5] D ¥ ( ) à õ ç å Ý º d¸ e Ø à õ ºKÈICCÍÎî~L@ Y ÆÀÇ36¡ àòcÇ©Á ºÌ ÈºÇ©Áº$²ò3XºÐ¢ ëú² ©¦hè´¹Ç©ÁC(³ð%a'd¸e k@ÃI ÈØC%IC×ØôàõhëÂ÷Ãæ àòÐÃ æÈãÌÍ%$û Ç©ÁºrºhåC? çå %IC¦ ÍÎÏÐè#ÙÚ v%OVïÞô Ýº@ÄÆº»C

(35)

S.Ogasawara and H.Akagi [20] D¥¦ "ÞÍÎºK5\]^8 çåÝºd¸eØ àe%pqðÝÞÝº¾Ä ÍÎCéOV@ÍÎÈ¢¡ º,8&¢¹$ ¹ ºÌò¹eÅº,8Æ"\]^8 ºKIf+] õçå<·'È¡¦º,8Æ\]^8¹¦ Ç@Ýº d¸eØçåC%ICû¦ ìZÍÎZëûè# Ýº ®eÅàÉCçåd¸eØÌÍ vûõ(ÝÂ÷çåºKC ¶§"ü 6,316,894 [21] ;ôÈçåºKH&¢àc ÷ ø D ¥ ( ) 1 2 º K N $ _ - º K (mask circuit) õ ® øëe%(_-ºK ÈçåºKk¦ÈÉ÷ø$_d¸ eØ ÍÎ>WèC ¶ § " ü 5,886,486 [19] D º ( ) * ã + È ã A æ Î $ 90 ö  È ã C % È ã A æ D E Ó Ã ) * æ Pa0Na0Pb0Nb0Pc0NcC î¼ Sa0Sb0Sc ø²N¾ÇÈº35Èºr§¥ø Pa0 Pb0Pc²NeÊ* Sa0Sb0Sc ø@Ññã ¡ Na0Nb0Nc²NeÊ * Sa0Sb0Sc ø@ûñã ¡ H%¸()*æ* ¡7¾Í ÎºWè 180 ö ¡%_ Sa øÑñãè@ûñã ( Ýº ' d ¸ e ) Na  * Sa ø @ û ñ ã ¡ ð Na  * Pa a ( Ï k À ¶ Í Î Ë W è Ó º 90 ö H % î ¥ È ø & ® Pa Ì d Na Í : * ð Sa ø û ñ ã è @ Ñ ñ ã Pa  * ð Pa  * Na a ( Ï î ¥ È ø & ® Na Ì d % o V Pb0Nb0Pc0 Nc û ¾ ( Î O \ * Sb 3 Sc H % ¦ " Þ Ã ) * æ B å ¥ Ã IÃ)ÈøC ¶ § " ü 6,111,372 [10] Ó ( ) l r mask º K % mask º K ò§¥() mask ø ð mask ø@ûñã çåºK&àòçåd¸ eØ ôÍÎZ ëÏefþ: òcºÌ H%é ÷ ø ¡ û ò Q @ Ó % Ì Í % mask º K Ó Í Î º Ì § ø Í Î º Ì þ : é mask ø @ û ñ ã ¡ û ò þ : ÷ø$_d¸eC

(36)

K. Y. Cheng, and Y. Y. Tzou [11] D ¥ ( ) * ã + È ã A æ æ o 2.15 %ÈãAæDEÓ)Ðôd*æ &"Þ)*æÎB å Í Î º 30 ö È ã C é O V ½ , æ ¡ ´ î ¼ Cp(k) 3 Cn(k) ²N@>eÑÈ'*æ *æÒþ3Òh²N@ ri 3 rd ðÝ º>Ñ' ( ºaea$>a ) >*æ Cp(k) & ri #ÕÓ:ËÝºeÑ' ( ºa>a$ea ) à Cp(k) * a k @ Í Î W è º 60 ö õ ¡ % H % @ Ó Í Î W èº 30 ö ¡ õ® Cp(k) ÝºeÑ' Ô ri #Õ¡* k rd = 2ri ð Cp(k) ¡*d ÖÀ¶ÍÎ>òÈ ¡Ø ÝºeÑ' DOOVo ¾Þ Cn(k) *æ8Î$C 2.15: fc.cgh [11] (4) abK#´ ðè#Õ#öý²è# &abK#f % è# ¦ ¡ e # ö ¼ ½ æ ý ² è # à ¨ Ö Õ Ö © e f : è # ¡ ú ¡ e # ö ¼ ½ æ û ð ® è # × ý ² è # % É å È ¼ ½ ¾ " Þ Í Î W è Ý º K È Ø T ; è # ¾ " Þ (pulse-width modulation B PWM) 8 ¼ ½ ß à È Ø T ; ò æo 2.16 ð@ûñã º,8 ¢a ÉCçåd¸eØ' H%áâ"ÞÃæëéGIC"C

(37)

2.16: ijklmnZD>Eop

J. Shao, D. Nolan, and T. Hopkins [8] D ¥ Ó ( } PWM Ø É 8 ç å Ýºd¸eØC+Ýºd¸eØçåºK®<·'ÈÈ º35ÈºëeCæÝº éØô PWM ø® òÝºd¸eØçåºKçå_d¸eØ%H%çåºKáâ ÞÃæÃÙ PWM c÷ø ¦¾ÃæòcÈã$ÈØ Bå¯° Úé¾ðÍÎÑè# ÈãÌÍ?@AC@ÓìZ %ÌÍ %Z¤¥ PWM ¹¦º,8&¢ È;Ý¡¦º,8s ¹ ëºKIf+]¦ ]4 ð PWM ø@ûñã Û¡ Ýºa@<·'ÈÈºÇ²"Ô H% õçå ¥<·'ÈÈºd¸eØk¦4Ýºd¸eØ%H@%IC ¦ ÃæÈãÌÍ ¦ ÝÞè#ÙÚûrÛC ¶§"ü 6,153,993 [12] D¥()#öBå W#ö¼½»½% %»½èãäBåºKT;¥Ýºd¸eø î¥ø èè#BåºK©¥ÍÎè#%%ºKxõ¾}~(©d¸eØ  Q u d ¸ e Ø " ¡ ¡ © ¥ è # Nc & $ ® Ncø î Í Î è # ° å ¥ º K % % º K e Ê r Nc 3 ý ² è # Nsc ô Nc < Nsc s % º Kî¥þ:ÍÎºý²ÍÎºZØº%y"sî¥ ÍÎº ý²%ÍÎºZØºKòÄþ:ë PWM ÊªÛ Îº þ:ë ¦Î#ö¼½QC

(38)

¶ § " ü 6,377,008 [18] D ¥ ( ) # ö ¼ ½ » ½ % " Þ FG ø ÍÎ#öZØ5Ç#öT; T;IC¾® FG ªÛ39Üª ÛÇr æk FG ªÛô9ÜªÛ :#òcÑñãè@ûñ ã à$ûñã ¡@ FG ªÛ39ÜªÛ ¡%%:# øòëeÃæûËÌº ËÌº3ÇfÇr" ¦ c Ê ª Û (duty) PWM à Ó : # Ô k #s@ÈyOC ¶ § " ü 6,163,120 [13] D ¥ ( ) Ý º < » ½ PWMø !d¸eØT;Cæo 2.17 ð PWM ø@Ññã & ¢ S1 3 S4 ¹ º C1 3 C8 ²NÝ`<·'È35Èº ð PWM ø@ûñã &¢ S1 3 S4 à¹ ÞÕ¤¥ø PNSLOPE òt% Ý º ¤ ¥ º C1 ß à º ô < · ' È º ô 5 È º s&¢ S3 ¹ ºÌá IS2 ;º C1 àº <<·'Èº N1 ¡ú y" &¢ S2 ¹ ºÌá IS1 ;º C1 ßº <<·'Èº N1 % o 2.18 @ < Ý º é 5 â ~ 112 @ Y Ð PWM ø ! Ýº â~ 116 @<Ýº ¦'d¸eØ'u â~ 112 3 116 Oãä H% PWM ø !¡ 9ðìñT; d¸eØ'C 2.17: qrD>E>? [13]

(39)

2.18: qrsD>E [13] ¶ § " ü 5,789,895 [2] D ¥ ( ) ¦ å d ¸ e Ø ' » ½ % d ¸eØåõ'u ® PWM ?+è@~Ó?+ :º,8¹ Ëçåd¸eØ' ¨è PWM ?+%æ¡o 2.19 ð PWM ø @ Ñ ñ ã r æ 20 r 5 È 3 < · ' È º ð Ï W Å ôa §¥ø12I 22 PWM øè@æº,8¹ø H% ræ 24 ¦òæº,8¹ çåd¸eØ'C 2.19: PWM 51tu.vTwx>? [2]

(40)

#

$%&'( )*+,-./

3.1 0!012

D¥ÉåÈIC ¾"ÞÍÎÝºçÓ ðÍÎ 120 öÃI ¿<·'Èº35ÈºÇr ¦h Ýºd¸eØ ( ºaea>aë>aea ) é©d¸e ¡¡èk@ÍÎWèº 60 ö ¡ à>òÈØd¸eØ' º 30 ö C < " ð Ý º ' d ¸ e Í Î W è º 30 ök@>òÈØ ¨Wèº 30 öÖò'¡(©d¸eC

3.1.1 <==>?

ÈãAæ¾*Ýºd¸eØ' ¡¡W T kÍÎ º W è 60 ö ¡ ¦ 4 Í Î W è º 30 ö ¡ @ T/2C H % ð Ýº'd¸e T/2 ¡Ø k@>òØC 27

(41)

o 3.1 @ È ã A æ O o é à Ü é º , 8 $ _d¸eØCé5 Vu0Vv0Vw ²N@ÇÈº% ud0vd0wd²N@ÇÈº 3 5 È º r * ã ø % Ed @ < · ' È È º 3 5 È º r *ãø ( ud0vd0wd @$ ) ékÀ¶<·'ÈÝº 'Ód¸eØ% Cp Ö Cn@*æ ²NeÊ* Ed@ÑñãÖûñ ã ¡ % Sc @ È ø ð Sc ñ ã ' k À ¶ Ç È O % θe @ Í Î è º C ô Ed @ Ý º 3 d º ñ ã r * ã ø H%¦ Ed 8]4Ýºd¸e'C 3.1: yzcgh{|HI

(42)

ÈãAæO½,æ¡´

_ Q u è º @ 60 ö º Ì ¹ I ¾ c u ¹ v * æ Cp

c Ed Ø a & * Ed @ Ñ ñ ã ¡ ð Í Î c a Ø W è Ó º

 60 ö Ý º c d ¸ e Ø Ed k ò c Ø b %

Cp ®*aÜ &êª*%*æ Cn&* Ed@ûñã ¡

ð Cn  * a 3 Cp a ( Î Ö î ¥ È ø ( º Ì ¹ I @ u

¹ w) &® Cp aÌd à Cn Í:*%ÇÄOI+È ¾$

Cn  * Í Î W è º 60 ö ¡ (b Ø c Ø ¡ ) Cp s *3 r B å Í Î º 30 ö ¡ Ø C % l ] Ö ¦ " Þ ) *æ (Cp0Cn)¸¶O8lÈãAæC

3.1.2 @AB3CD6EF$

ü(ýD÷ø®ò !Ýºd¸eØçå H%õ (í_-ÈØÉë_-ºK8÷ø$ !C÷ø c O H 8 Ð ô \ ] ^ 8 Ô Ý o 3.2 @ º Ì I u → w  v → w ¹ % (c) o 5 (a) ° ¡ º Ì I ¾ Í Î u È Ì w È æ (a) o % Í Î ® º Ì è @ v È Ì w È ¢ ¡ û Ö ¾ u È ¦º,8 Tr1 à¹ v È¦ Tr2 ¹¢¡ ôî~LÏºÔ Ý áOºÌI u → w À: ºÌò u È¡¦\]^ 8 Ì e æ º Ì I u → w ( Å ¡ æ (b) o C H % (b) ° ¡  Vu ò¢¡ú@ûñã %ò(Ë u → w IºÌÅëCoV ð¡¦º,8¢¡¢a ºÌòc¦º,8\]^8Ìe È º¢¡@Ññã%ôÈò'\]^8ÔÝ H%È7á âÜé÷ø;d¸eØçå ! IðÍÎ>WèC

(43)

(44)

È ã A æ x õ ¾ ç å Ý º d ¸ e Ø ¨ Ç Í Î º 30 ö ö>òÈ ¡Ø%¦¾H@\]^8ÔÝ ! ÈòÐ÷øc Ýºc_d¸eØ à$ ÈãAæOëìCH% @Ó÷ø !ÈØBå lí áâ®ÈãAæ)*æ (Cp0Cn)O(íî>CÔÕ @ÓI½ , "éGðoàÜé÷ø !C o 3.3 @ÏÐ_-ðÈãAæOoCé5 Ed @<·'ÈÈº 3 5 È º r * ã ø % Cp Ö Cn @ * æ ² N e Ê * Ed @ Ñ ñ ã Ö û ñ ã ¡ % Sc @ È ø ð Sc ñ ã ' k À ¶ O ÈO% θe @ÍÎèºCH@\]^8ÔÝ ! H%¸ © È Ed Ö ò c d ¸ e Ø @ Ó _ d ¸ e Ø ! ®  * æ Cp Ö Cn  î ( ) _ - ¡ a k% ð Cp ë Cn * a R e % _ - ¡îa ïï@'ð>d¸e H%Í:KÈãAæ*P © l Í Î º 30 ö % y " s ï " ' _ d ¸ e % á â ® * a Ó : e Ê * Í Î W è º 60 ö * æ 5 Ë  Cp ë Cn *aÎ36a k( 'ð>d¸e )C 3.3: {|HI

(45)

ÏÐ_`ð*ã+ÈãAæéO½,æ¡´ _ Q u è º @ 60 ö * æ Cp c Ed Ø a Ö & * Ed @Ññã ¡ H@\]^8ÔÝ ! H% Ed cÓ  Ø c % Cp ê ª * Cn & * % ô Cn ñ < * k a Ö ' Ó  Ø d H % ï @ ' Ó _ d ¸ e à Cn * a @ _ d ¸ e Ø $ Cn aáâÓ: Cp 5 &® Cn ÌdCÇÄ Cp Í:* Ë  Ed cÓØ b % Cp êª* Cn &* ð Cn * k a À¶'ð>d¸eØ % ® Cp *aÜ $ Cn Í: * Ë Cn  * a 3 Cp  a ( Î k î ¥ È ø & ® Cp a Ì dC %l] k¦lÏ_-ðÈãAæC

3.2

150 3 12 45"

"ÞÝºÉåÈIC ÍÎ 120 öÃI ¡Ð¹Èî~L ¡áîÐ(ÈY ÐÚ¹ @<·'ÈCò¿<·'Èº35ÈºÇr k¦h Ýºd¸eØ KÉæåÈ®ÞCÍÎ 180 öÃ IÏÐè×Ø oÎº¡òÏÐÑè# 180 öÃ I( ¡o ¹ÇÈ~L vÉCÝº ÉC Þ < · ' È " Ý º 8 K É å È C Ð ó ô É å ê ½ Ö 180 ö Ã I × Ø D ¥ 150 ö 12 I K É å È ¼ ½ %IC 120 öÃIÏÐ?èC ¶ 2.2 3o 2.7 ¦' ÍÎ 120 öÃI¡ ¸()Í Î W è º 60 ö d ¸ e Ø ' ô ¸ ( ) 5 ¡ Ø k ' Í Î º 0 ö060 ö0120 ö0180 ö0240 öÖ 300 öCH%dôd¸e Ø'uè@ 120 öÃI ( ¹È ) "Þ<·'Èº35 È º r ö d ¸ e Ø é ô ¡ ¦ @ 180 ö Ã I ( Ç È ¹ )C

(46)

¶ 3.1 @ 150 ö 12 IÈ ¡¶ %CÏÐ 12 )à; Â î~L¸©¹ÍÎº 150 ö @ 150 ö 12 I%é 500Ã0õ0Á0Á¹Èî~ L $¹ö@d¸eØ' uÍÎº 30 ö í ¦ "Þ<·'Èº35ÈºOrd¸eØ "²Nè @Ç0Â0ö0À0Á(0(%í¹ ÇÈ~L ÏÐè× ¦ DÍÎè#ÔðC150 ö 12 I ¦r 120 öÃIc?è $ÏÐ?Ñè#Ôð ÷YÐ 180 öÃIÉCÞôÉåÈCê½CÎÄ0 0Ã0õ0Á0ÁWèÍÎº k þ:(0Ç0Â0ö0À0Á(WèÍÎº ¦ÉåÈKOô 180 öÃI éOfö x õøêôº,8$÷øC 7 3.1: 150 Q 12 R-STUV7 ¹ ºÌI ¤¥ºö ( u, w → v [0, 30] u → v [30, 60] Ç u → v, w [60, 90] u → w [90, 120] Â u,v → w [120, 150] Ã v → w [150, 180] ö v → u, w [180, 210] õ v → u [210, 240] À v,w → u [240, 270] Á w → u [270, 300] Á( w → u, v [300, 330] Á w → v [330, 360] ¢%Ø 0, 30, 60, 90, 120, 150, 180, 210, 240, 270, 300, 330

(47)

o 3.4 @ 150 ö 12 I È ã A æ o C é 5 Ed @ < · ' È Èº35Èºr*ãø% Cp Ö Cn @*æ ²NeÊ* Ed@ÑñãÖûñã ¡% Den @ 150 ö 12 IÈø éñ ãkÀ¶OÈO ð Den @Ññã % ÐÈî~L ¹%y" % ÇÈî~L¹% θe @ÍÎèºC 3.4: 150 Q 12 R-ScghHI 150 ö 12 IÈãAæéO½,æ¡´ _ Q u è º @ 60 ö * æ Cp c Ed Ø a Ö & * Ed@Ñ ñ ã ¡ ð Í Î c a Ø W è Ó º 60 ö Ý º c  d ¸ e Ø Ed Ö ò c Ø b % Cp ® * a Ü & ê ª * & î ¥ È ø Den @ û ñ ã Ç È î ~ L ¹ % * æ Cn & * Ed @ û ñ ã ¡ ð Cn  * a 3 Cp a ( Î ¨ î ¥ Èø Den @Ññã Èî~L¹ &® Cp aÌd à Cn Í: *%ÇÄOI+È ¾$ Cn *ÍÎWèº 60 ö ¡ Cp s * 3 r B å Í Î º 30 ö ¡ Ø È ø Den d ¸ e Ø 3 Í Î º 30 ö C % l ] Ö ¦ " Þ ) *æ (Cp0Cn)¸¶O8l 150 ö 12 IÈãAæC

(48)

3.3 6789:;(

ºxõ$H¾º,8¢¡ $î~LºÌ¢¡ àc%æo 3.5 ¹5 1 @Èº ¹5 2 @È ºÌC¦'È¢¡òH@º,8à$ÓºÌùC 3.5: >5>Sa #Â 120 öÃIDEÃ©º,8 ÍÎWèº 360 öCé5ÍÎ»Ã θm 3ÍÎº θe ¢j@ θe = P 2 · θm (3.1) ðÍÎè#@ f(Hz) sº,8Õ fn(Hz)@ fn= f · 6 · P 2 (3.2) ¤ÞÇÈÉÊËÌÍÎ@ 9 K 12 ^ Õ fn @ 36fC

(49)

@Óúûº,8$º D¥ÈØu º , 8 PWM ø ë PWM ø ª Û û º Ì ù C ( Ý à < PWM ø ò ! Ý º d ¸ e Ø T ; v È Ø X ô ) Èúd¸eØ5¡ ÈØu(Åöº àò' d¸eØ öàõKd¸eØçåC o 3.6 @Ïúû»½ÈãAæoCé5 Ed @<·'ÈÈº 3 5 È º r * ã ø % Cp Ö Cn @ * æ ² N e Ê * Ed @ ÑñãÖûñã ¡% Reg1 Ö Reg2 @û`æ ²NÝ`ÍÎWèº (30 - ∆θ) öÖ (30 + ∆θ) ö ¡ küUØuº ∆θ ö% Pch @ PWM øø ðé@Ññã º,8 PWM øë PWM ø ª Û % * æ Cp Ö Cn  à ç å Ed  ¡ * % Sc @  È ø ð Sc ñ ã ' k À ¶ O È O % θe @ Í Î è º C 3.6: $cghHI

(50)

Ïúû»½ÈãAæO½,æ¡´

_ Q u è º @ 60 ö * æ Cp c Ed Ø a Ö &

* Ed@ Ñ ñ ã ¡ %ð Í Î c a Ø W è Ó º 60 ö Ý º c

 d ¸ e Ø Ed Ö ò c Ø b % Cp ® * a Ü & ê ª

* ßû`æ Reg1 Ö Reg2 ²NÝ` Cp a:(*a küUÍÎWè

º (30 - ∆θ) öÖ (30 + ∆θ) ö ¡%*æ Cn &* Ed@ûñã

 ¡ ð Cn *a3 Reg1 a(Î Pch $Ññã % Cn à

çå Ed¡ Í:*%ð Cn*a3 Cp a(Î Öî¥È

ø &® Cp aÌd%ð Cn *a3 Reg2 a(Î Pch $ûñ

ã % Cn çå Ed¡Í:*%ÇÄOI+È ¾$ Cn*ÍÎWèº 60 ö ¡ û`æ Reg1 Ö Reg2 ²NÝ`ÍÎ Wèº (30 - ∆θ) öÖ (30 + ∆θ) ö ¡ Cp s*3r Bå ÍÎº (30 - ∆θ) ö030 öÖ (30 + ∆θ) ö ¡Ø Pch Øu  º ∆θ ö @ Ñ ñ ã C % l ] Ö ¦ " Þ ) * æ (Cp0Cn)3 )û`æ (Reg10Reg2) ¸¶O8lÏúû»½ÈãAæC

3.4 <=>6?3'(2

3.4.1 GHIJKL?

¡o 3.7 @ÇÈÉÊËÌÍÎæo é5 u0v0w @ÇÈÍÎ î~LC"ÞÃ)º,8&¢¦¼½ÍÎî~LºÌI é 5 T r10T r20T r3 @ ¦ º , 8 & ¢ T r40T r50T r6 @ ¡ ¦ º , 8 &¢%KÍÎºÌ3#ö¼½ xõ¾"Þöpq kc PWMø¼½º,8&¢ PWM øÊªÛ3ÍÎª`º$ >r ¦à¼½ÍÎºÌ3è#C PWM ø¼½º,8&¢Ðýk àoI+ æ¼½¦º,8&¢0¼½¡¦º,8&¢0]Ì¼½ ¡¦º,8&¢Öo ¼½¡¦º,8&¢%Ðýk§"F% =Í àÞöpq¾¼½¦º,8&¢C

(51)

3.7: 0hHI

öpqxõ¾"Þ()f Vc(¹@Ç ) 3ý²

Vcontrol( k@ >þ ëîa ) ® ) ë Å r c& ¢ ø

Co 3.8 @öOOV é5 ˆVc @f Vc 0a Vo @

r PWM øº VDD @ºáº ¯V @ Vo ª`º Ts

@ f Vc  ª Û tof f @ Vo  ( ) ª Û @ û ñ ã ¡ ton @ Vo ( )

ª Û @ Ñ ñ ã ¡ % ð Vcontrol  Vc  r Vo @ Ñ ñ ã &

¢¹ y" Vo s@ûñã&¢ÿª Vo ªÛ3f Vco@ TsC

(52)

PWMø"ÊªÛ D î¼@´ D = ton Ts (3.3) §¥ºª`a ¯V ¦ ] ¯ V = ton Ts ∗ V dc = D ∗ VDD (3.4) ô§¥ª`º3 D $>r H%ð D e §¥ª`ºòe y "seÅCÇÈîV¦ ]4 Vcontrol Ö ˆVc¢j+´ Vcontrol ˆ Vc = ton/2 Ts/2 = ton Ts = D (3.5) + (3.4) 3 + (3.5) ¦ 4 Vcontrol Å Ö ¦ Ê ª Û D Å H%Î§¥ª`ºQ löpqC

3.4.2 MNOPQ?

ÞÉåICxõ¾"ÞÍÎÝºçÓ v KºÌ3#ö¼½ "Þöpq c PWM øò ;ôÍÎÝºd¸eØT;$ !%H%"Þ*ã+ÈãAæ8 ¦åd¸eØ' d¸eØå' ®O PWM øÑ ñã æº,8¹ k®O PWM ?+è@~Ó?+ Ëçå d¸eØ'" PWM ø ¨> ~Ó?+è PWM ?+C o 3.9 @ PWM ø !ÈãAæoCé5 Ed @<·'ÈÈ º35Èºr*ãø% Cp Ö Cn@*æ ²NeÊ* Ed @ÑñãÖûñã ¡% Reg @û`æ Ý`ÍÎWèº (60 - ∆θ) ö  ¡ küU¡(©d¸eØ'uº ∆θ ö% Pen @ PWM ? +3~Ó?+ø ð Pen@Ññã ¾@ PWM ?+ % * æ Cp Ö Cn  à ç å Ed ¡ * y " ¾ @ ~ Ó ? + % Sc @ È ø ð Sc ñã'kÀ¶OÈO% θe @ÍÎèºC

(53)

3.9: PWM nopcghHI PWM ø !ÈãAæéO½,æ¡´ _Quèº@ 60 ö *æ Cp c Ed Ø a Ö&* Ed @ Ñ ñ ã ¡ % ð Í Î c a Ø W è Ó º 60 ö Ý º c d ¸ e Ø Ed Ö ò c Ø b ô Pen Ø b " u @ û ñã é~Ó?+¡àò !d¸eØT;%cØ b Cp

®*aÜ &êª* Pen $Ññã PWM ?+%û`æ Reg

Ý ` Ô Cp a ( * a k ü U Í Î W è º (60 - ∆θ) ö 

¡%*æ Cn àçå Ed¡K* ð Cn *a3 Cp a

(Î Öî¥Èø &® Cp aÌd%ð Cn *a3 Reg a(

Î Pen  $ û ñ ã k è @ ~ Ó ? + * æ Cn  ç å Ed

* Ed @ûñã ¡%ÇÄOI+È ¾$ Cn *ÍÎW

èº 60 ö ¡ û`æ Reg Ý`ÍÎWèº (60 - ∆θ) ö ¡ Cp s*3r BåÍÎº 30 öÖ (60 - ∆θ) ö ¡Ø

(54)

)*æ (Cp0Cn)3û`æ Reg ¸¶O8l PWM ø !Èã AæC

3.4.3 RSTUVW

ÇÈÉÊËÌÍÎabK¼½C ²@)=>abK´ºÌ¼½ bK3#ö¼½bKCabK¼½Cs¡ "Þåæå ø & ,-5OabK¼½Cé5ºÌ¼½bK®ÍÎºÌÅè@º a ëfV$@*ãøî,-abKºÌ¼½æ%à#ö¼½b K ø¾"ÞÉå ,-cÈø ,- ©$è#ø ¨ ¼½æ5#öabK¼½æC [ºÌ fV ] o 3.10 @ºÌ fVoC ºÌåæ®ÍÎºÌÅ Ý è @ º a l m Þ å º ÿ (0.25 Ω) Ç ô Ã ¦ º K 3 ó " ¡ Ð Ì ë Í Î ~ L º Ì ë å º ÿ è @ º a î º Ì Ù Ú @ 0 0.5 A s º a Ù Ú @ 0 0.125 V% ô á â J A/D è æ ¦ ¿ Ù Ú a "Þrsàæ®åºà 80 Ô àºaÙÚ@ 0 10 V%àºëeû¹Ãæ Ãe 25 kHZ Ñ÷ø A/D èæ% A/D èæ 20µ s è ¡®lrºaè@ 12bit * ãø%0 *ãø FPGA ,-ºÌ ¼½æ5ÇºÌ øfVC

(55)

[#ö fV ] Éå "ÞÈcø F G ¦ ©¥Què#a% ø F G ª Û TF G @ o 3.15 È ø Sc ª Û Ç Ô k ¸ ( @ Ã I ò c ( ) ª Û F G ( @ Ã I ¦ Í Î W è º 360 ö Í Î W è º 360 ö ò c ( ) ª Û F G% Í Î º 3 » Ã ¢ j + 3.1 WlmÞLM»ÍÎ@ 9 K 12 ^ ¦è# ωr´ ωr = 10 ∗ 1 TF G (rpm) (3.6) "ÞªÛ@ Tclk  æ\* k ) F G ªÛ ¦*a@ N s´ ωr = 10 ∗ k Tclk∗ N (rpm) (3.7) @Ó©¥8è#aìñö¦)ã* ¿ Tclk @ 2.56 µs Ö k @ 10 ¦ ´ ωr = 39062500 N (rpm) (3.8) ¦ " Þ + 3.8 © ¥ è # a FPGA , - # ö ¼ ½ æ 5 Ç # ö øfVC

3.4.4 XY6Z[ PI ?

o 3.11 @ÇÈÉÊËÌÍÎºÌ3#ö¼½Io #ö ø 3 # ö ý ² ë # ö ¼ ½ æ (velocity controller B VC) f V c º Ì ý ² º Ì ¼ ½ æ % º Ì ø 3 º Ì ý ² ë º Ì ¼ ½ æ (current controller B IC) fV cºý²¼½ PWM øÊªÛ à ¼½ÇÈÉÊËÌÍÎª`º %ÎºÌ3#ö¼½QC

(56)

3.11: 0>5Q- ¼ ½ , - 5 ä Þ º Ì 3 # ö ¼ ½ æ @ PI( r s ú ² ) ¼ ½ æ § ¥ * U(z) Ö ° * E(z) r a ¦ ö ¥ * ã ¼ ½ ¾ è A* G(z)´ G(z) = U (z) E(z) = Kp + Ki 1 − z−1 (3.9) é5 Kp´rs* Ki´ú²* ® + (3.9) r s ¼ ½ ² Ö ú ² ¼ ½ ² & @ · & $ ²If+¦¡+´ up(k) = Kpe(k) ui(k) = ui(k − 1) + KiTse(k) ¨ ® r s ¼ ½ § ¥ 3 ú ² ¼ ½ § ¥ : 8 Ö ¦ ¥ PI ¼ ½ æ²If+ æ+ (3.10) æ%¦*ã,-lC

(57)

u(k) = up(k) + ui(k) = Kpe(k) + ui(k − 1) + KiTse(k) (3.10) é5 u(k) ´ü k )¿Î ¡§¥ø up(k) ´ü k )¿Î ¡rs¼½§¥ø ui(k) ´ü k )¿Î ¡ú²¼½§¥ø ui(k − 1) ´ ü k − 1 ) ¿ Î ¡ ú ² ¼ ½ § ¥ ø  e(k) ´ü k )¿Î ¡°ø PI ¼ ½ æ , - l I C o 3.12 @ PI ¼ ½ æ I o ® r s¼½æ3ú²¼½æ²fV ¨ÇÂJ§¥OC 3.12: PI h- o 3.12 5 z−1 _{I
ûÖ¾(©ú²¼½§¥að
¦Þ(} ) D Æ > y æ 8 l % % Õ ú ² ¼ ½ § ¥ a ui(k) õ 3 r s ¼ ½ § ¥ a up(k) È : " u @ Ó ª ú ² ¼ ½ æ 5 ú ² O c Ó : a e à  ¼ ½ æ ® © ã ! ¼ ½ T k ui(k) § ¥ u : ( ) Ö§¥ê½ð ðT;§¥aRe0¡1a Öê½§¥a@ 1 a ë ¡ 1 a % o Î Â ) PI ¼ ½ æ § ¥ ø û ò Ð Ö§¥ê½ ªfVòÐã'C

(58)

0 )*123456789

4.1 Quartus II

@ABCDE+,

Altera Quartus II g 8 D º ( ) ï Ý ç î õ # Â k ª h i ¾ ( ¦ f + 1 2 5 6 Â J & ' h i C o 4.1 , Quartus IIÌf "Þ Quartus II g8&'Ìf¦°²@ § 0 1 2 J $ 0 + Ö + ~ 0 ² R 0 ? j W f + ¡ f / 0 C Þ QuartusIIg8¦ #$ÌfÐ¹ ¾(}#Â$ Þ· ìZIC

QuartusIIg8DE QuartusII oÞX0EDA DÏXë²X ¦Â)Ìf5Þé5(}X û¦ Ìf5ào¹ t ÿ°Þào¤CQuartusII oÞX@Ìf¸)¹D ºðÂVæ¶ 4.1 C

(59)

(60)

7 4.1: Quartus II a ¡¢A£¤¥¦§¨ Design flow Graphical User Interface

Design Entry Text Editor Block & Symbol Editor MigaWizard Plug-In Manager Assignment Editor Floorplan Editor Synthesis Analysis & Synthesis VHDL verilog HDL

& AHDL Design Assistant RTL Viewer Place & Route Fitter Assignment Editor Floorplan Editor Timing Analysis Timing Analyzer Report Window

Simulation Simulator Waveform Editor

Programming Assembler Programer Convert Programming Files

¡ 9 : Quartus II Ì f v & ¸ ) ` @ á ÞÏ¦tÐKõQÉëf´

1. Þ ï ¤ File→New project Wizard <·¨§&îQ£56ë5 6¾4

2. Þ Text Editor <· Verilog HDL0VHDL ë Altera 789:;< (AHDL) C ¦ Þ Block Editor < · D E À ¶ é G I o ë <·oC

3. Þ ï ¤ Assignments Assignment Editor0Setting ; 0Floorplan Editor0LogicLock ðçîê½C

4. Þ Analysis & Synthesis J$C 5. Þ Simulator ;Kð?jC 6. Þ Fitter ;KIäÖK~C

(61)

7. Þ Timing Analysis ;K ²RC 8. Þ Simulator ;K ?jC

9. Þl8J$ (Physical Synthesis)0 aJª+äoC(Timing Closure floorplan)0LogicLock ð0î (Settings) ;Ö Assign Editor K C

10. Þ Assembler @<·éf (Programmer files)C

11. Þéf0Programmer Ö Altera 78 ( sæ Byteblaster II) ;5 6 K é f (program)% ë ® é f è @ é G µ + º + fVæéG¾ÞC

o 4.2 @ Quartus II oÞXCQuartusII g8DF FPGA Ö CPLD Ð¹ìZI cÐ¡àIC@Ðà¡ I C 7 8 9 : ; < Hardware Description Language 9 : ¾ = > & ¾?j3ÂJ Dºc§¦f+1256¡f/0 = ðC I+ ®ä¿?@p!C5 ®"Þ 789:;< VHDL /0&<Nÿ)·ÍÎð?@ ÿ?@3?@¡ðçÓ¯°'»Õ !C0¨;ÿ?@3? @¡ø"N¹0ÒI+WÂJÓ"ðçÓK?j3mPCæ% à v¦þ:ÿ?@¡Þ#Ó ûDÑÓ?jmPIÓC

(62)

(63)

4.2 FPGA

'(FGHIJ K

Éå¼½,-¾SN5 é¼½>@($.ÔÆ¦/01 23456C¡e ALTERA Nios II Development Board( B Nios II '¬ ) W º3ºÌåºK0ÍÎºKWªºK <·(@#ÂÍÎ¼ ½¾C

o 4.3 @ % FPGA ¼ ½ , - ¾ S N C , - D E ?@½,æ¡´

(64)

[&¢¼½?@ ] ?@ð´

¶ 4.2 @ & ¢ ¼ ½ ? @ » ã ø î ¼ ½ , % Nios II ' ¬ &¢ SW0 Ö SW1 ²N¼½ Start øÖ Reset ø ( &¢%x éø@ûñ ã )%&() û`æ Reg SW0 %¡à& é Ao en øæ Ññã Éå»½@ZC

7 4.2: Ku(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk INPUT 1 bit ¾ (50MHz) Start INPUT 1 bit Z&¢ Reset INPUT 1 bit ä&¢

Ao en OUTPUT 1 bit îãW&bK?@ðø

ð clk '>ÑÈ'kK&¢¼½?@Ìf æo 4.4 % T ; Start Ö Reset ¾ ( o @ ’0’( o % x SW0 Ö SW1) ô Start Ö Reseto @ ’0’ s® Ao en W û`æ Reg î@ ’0’%ô%36à$·s Í:T; Start ¾(@ ’0’( %¡ SW0) ô¾s® Ao en W û`æ Reg î@ ’1’ y"sÍ:T; û`æ Reg ¾(@ ’1’ ô û`æ Reg @ ’1’ s ® Ao en î @ ’1’ y " s ® Ao en î @ ’0’C ð 5 Ao en @ ’1’ À ¶ É å » ½ @ Z % Nios II ' ¬ ) D0 , @ * y " s À ¶ É å » ½ @ ê ª % Nios II ' ¬) D0 ,@¯C

(65)

4.4: Ku(A

?jTk´

o 4.5 @ & ¢ ¼ ½ ? @ ? j T k o 5 ¦ ' ð Start ’1’ @ ’0’ " Ao en î@ ’1’ "k Start ¨@ ’1’ ;ô Ao en &YÐ !%à Reset Ö Start o @ ’0’ ¡ ï® Ao en î@ ’0’C

(66)

[îãW&bK?@ ] ?@ð´ ¶ 4.3 @ î ã W & b K ? @ » ã ø î ¼ ½ , % ô î ã W & b KZef5áâ©¹ ¡ H%áâ"Þ 8* ¡% Nios II '¬ ¾ +,Õ@ 50MHz ôÞ%+,Õ*®ò *æã5*þ: IC úþ H%®éÜ@ 3.051kHz %k @ clk ao ø ¡ e clk ao k ¦ î ã W & b K Z f 5 * ¹ ¡Cø Ao flag @îãW&bK?@Ã¦§¥¢£ ¦ë¢£¤¥?@ §Ã¦§¥?@ k¦¼½Õ Ã¦º,8&¢ Zîî~LºÌ ¹IC 7 4.3: 6c¸K¹?u(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk ao INPUT 1 bit îãW&bK?@ Rs INPUT 1 bit ¨Zø

Ao en INPUT 1 bit îãW&bK?@ðø Cl en OUTPUT 1 bit abKºKðø Ao flag OUTPUT 4 bit îãW&bK?@Ã¦§¥¢£

ð clk ao '>ÑÈ'kKîãW&bK?@Ìf æo 4.6 %T; Rs ô Rs @ ’0’ kÀ¶¨Z H%áâ®%?@ 5 Þ * æ W û ` æ O O & ® Ao flag î @ ”0110”( Ã ¦ºK&¢à¹ ) K o ® Cl en î@ ’0’ ô Rs @ ’1’ kÀ¶>®OCÇÄT; Ao en ô Ao en @ ’0’ kÀ¶Éå »½@êª H%® Ao flag î@ ”0110”%ô Ao en @ ’1’ kÀ¶É å»½@Z &KîãW&bKZfC

îãf5 ®ºÌ¹I¤¥@ u→v(Ao flag @ ”0100”)  ¹ 0.7 - # $ î ã f % à º Ì ¹ I v→w(Ao flag @

(67)

”0000”) ¹ 0.038 - % 0 ® º Ì I v→u(Ao flag @ ”0001”)  ¹ 0.015 - # $ ® Cl en î @ ’1’C ð Cl en @ ’1’ Nios II ' ¬ ) D1 ,@*%y" Nios II '¬) D1 ,@¯C 4.6: 6c¸K¹?u(A ?jTk´ ô?j ¡ê½ H%Ð3È ¡È¢?jxõ¾mPé §¥4WÌf¾(>ò líOáâ®È ¡a¨Ç(íî Î ¡ C o 4.7 @ î ã W & b K ? @ ? j T k o 5 ¦ ' ð Ao en @ ’1’ " k î ¥ Ao flag ( À È 4 ð Ao flag a @ ”0001” " À¶Ùë#$Ó&bKZf0()¹I H% ð é ¹ ¡T . k î ¥ Cl en @ ’1’ ø % ð Rs è @ ’1’ î ¥ Cl en @ ’0’ ñãÖ Ao flag @ ”0110” a Ë Rs ’0’ ¨Kîã3&bKZfC 4.7: 6c¸K¹?u(uµ¶·

(68)

[abK?@ ] ?@ð´ ¶ 4.4 @abK?@»ãøî¼½,%abKÈ¼½¦ô 120 ö Ã I ë 150 ö 12 I ¡ l l m ò Ð ÷ ø ! H%áâlÏÐ_`ð*ã+ÈãAæ ïð _d¸e !ÈØBå%@Óúû H%c P ch ø%@Ó¦Oô PWM ? + ¡ H % c P en% º Ì ¹ I ¦ ¡ e Cl flag î Cl flag ø ëe¢£¤¥?@WÃ¦§¥?@ k¦¼½Õ Ã¦ºK&¢ îº Ì¹ICÔÕ æoîãW&bK?@ clk ao OH abK ?@5 ® clk cl @ 1.5625MHz IJB©È ¡ØC

7 4.4: º¹?u(±cn6²³´7

»ã& 'Ó ã5* øî¼

clk cl INPUT 1 bit abK?@ Cl en INPUT 1 bit abK?@ðø

Ed INPUT 1 bit <·'Èº35Èºrø

P en OUTPUT 1 bit PWM ðø P ch OUTPUT 1 bit PWM ÊªÛø Cl flag OUTPUT 4 bit abK?@Ã¦§¥¢£

ð clk cl '>ÑÈ'kKabK?@Ìf æo 4.8 % T; Cl en ô Cl en @ ’1’ kÀ¶Ù#$îãW&bKZf H%ÇÄ 120 öÃICë 150 ö 12 IC8ÍÎ%y " sÀ¶ñ<#$îãW&bKZf H%áâ®%?@5Þ * æ W û ` æ O O & ® Cl flag î @ ”0110” K C

(69)

4.8: º¹?u(A ?jTk´ ¡ o 4.9 @ a b K ? @ 5 120 ö Ã I È ã A æ ? j T k Cl en @ ’1’ ï&KabKÈ¼½f% Ed @()îI ø éªÛÀ¶ÍÎWèº 120 ö ¡ ð Ed a À¶d ¸ e Ø ' % ? j T k ¦ ' Ã ¦ § ¥ ¢ £ Ø c ô Ed @ ’1’ë ’0’ 5 ¡ Ø k Í Î º 30 ö ¡ Ø $ 360 ö Í Î º Ã¦§¥¢£ 6 ©C 4.9: 120 QR-Syzcghuµ¶· ¡ o 4.10 @ a b K ? @ 5 150 ö Ã I È ã A æ ? j T k Cl en @ ’1’ ï&KabKÈ¼½f% Ed@()îIø ?jTk¦ 'Ã¦§¥¢£Øcôd¸eØ3d¸e ØÍÎº 30 ö ¡Ø $ 360 öÍÎº Ã¦§¥¢£ 12 ©C

(70)

4.10: 150 QR-Scghuµ¶·

¡o 4.11 @abK?@5 120 öÃI¡ Ï_`ðÈ ã A æ ? j T k Cl en @ ’1’ ï & K a b K È ¼ ½ f % Ed

@()îIø &ÈØ/O() ¡y k_d¸eØ%?jTk¦ 'Ã¦§¥¢£Øà_d¸e Ø ! 9côÍÎº 30 ö ¡ØC

4.11: 120 QR-S»¼cghuµ¶· ¡o 4.12 @abK?@5 120 öÃI¡ Ïúû»½ ÈãAæ?jTk Cl en @ ’1’ ï&KabKÈ¼½f%Ed @()îIø ?jTk¦ 'Ã¦§¥¢£Øc ô Í Î º 30 ö ¡ Ø P ch Ã ¦ § ¥ ¢ £ Ø u ( Å ¡@ ’1’ éô ¡@ ’0’ ÈØu PWM øÊªÛò ÎúûQC 4.12: 120 QR-S»¼$cghuµ¶·

(71)

¡ o 4.13 @ a b K ? @ 5 120 ö Ã I ¡ PWM ø !ÈãAæ?jTk Cl en @ ’1’ ï&KabKÈ¼½f% Ed @ ( ) î I ø ? j T k ¦ ' Ã ¦ § ¥ ¢ £ Ø c ô Í Î º 30 ö ¡ Ø P en d ¸ e Ø ' u ( Å ¡@ ’0’ éô ¡@ ’1’ ÜÓd¸eØ'u¾òè@~Ó?+ Õ éô ¡@ PWM ?+C 4.13: 120 QR-S»¼ PWM nopcghuµ¶· [¢£¤¥?@ ] ?@ð´ ¶ 4.5 @ ¢ £ ¤ ¥ ? @ » ã ø î ¼ ½ , % % ? @ Cl en T ; FlagÝî@ Ao flag ë¾ Cl flag ktuÉå»½î¥ Ã¦§¥¢£C

7 4.5: ½¾¿Àu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk INPUT 1 bit ¾

Cl en INPUT 1 bit abKºKðø Ao flag INPUT 4 bit îãW&bKºKÃ¦§¥¢£

Cl flag INPUT 4 bit abKºKÃ¦§¥¢£ Flag OUTPUT 4 bit Ã¦§¥¢£

(72)

ð clk ' > Ñ È ' k K ¢ £ ¤ ¥ ? @ Ì f æ o 4.14 T ; Cl en ô Cl en @ ’1’ k À ¶ Ù # $ î ã W & b K Z f H%® Flag î@ Cl flag%y" sÀ¶ñ<#$îãW&bKZ f H%® Flag î@ Ao flagC 4.14: ½¾¿Àu(A ?jTk´ o 4.15 @ l ¢ £ ¤ ¥ ? @? j T k ð Cl en @ ’0’ Flag ò î @ Ao flag H%éaòÎÄ Ao flag à%àð Cl en @ ’1’ Flag òî@ Cl flag H%éaòÎÄ Cl flag àC

(73)

[Ã¦§¥?@ ] ?@ð´ ¶ 4.6 @ Ã ¦ § ¥ ? @ » ã ø î ¼ ½ , % % ? @ ¾ ¶ I + î ¥ Ã ¦ & ¢ ø W È ø æ ¶ 4.7 ô Ã ¦ 5 ¦ & ¢ @ PMOS 56 H%ôõ¦&¢¹áâûñãø y" sÑñãø%àÃ¦5¡¦&¢@ NMOS 56 H%ôõ ¡¦&¢¹áâÑñãø y"sûñãø% pwm com ø@ö?@§¥ ¹¦&¢ Î#ö¼½ Q C FG ø Î Ä Flag Ã© ( ë 12 © ) à c ( ) ªÛ é ª Û @ Í Î W è 360 ö º ¡ % ð clk ' > Ñ È ' 0 k K¶OC 7 4.6: ÁÂÃu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼ clk INPUT 1 bit ¾ pwm com INPUT 1 bit PWM ø

Flag INPUT 4 bit Ã¦§¥¢£

Tr1 OUTPUT 1 bit uÈ¦&¢ø

Tr2 OUTPUT 1 bit uÈ¡¦&¢ø

Tr3 OUTPUT 1 bit vÈ¦&¢ø

Tr4 OUTPUT 1 bit vÈ¡¦&¢ø

Tr5 OUTPUT 1 bit wÈ¦&¢ø

Tr6 OUTPUT 1 bit wÈ¡¦&¢ø

(74)

7 4.7: ÁÂÃu(7 Flag Tr1 Tr2 Tr3 Tr4 Tr5 Tr6 F G ºÌ¹I 0000 1 0 0 0 1 1 1 _{v → w} 0001 1 1 0 0 1 0 1 _{v → u} 0010 1 1 1 0 0 0 1 _{w → u} 0011 1 0 1 1 0 0 0 _{w → v} 0100 0 0 1 1 1 0 0 _{u → v} 0101 0 0 1 0 1 1 0 _{u → w} 0110 1 0 1 0 1 0 0 É 1000 0 0 1 1 0 0 0 _{u,w → v} 1001 0 0 1 1 1 1 0 _{u → v,w} 1010 0 0 0 0 1 1 0 _{u,v → w} 1011 1 1 0 0 1 1 1 _{v → u,w} 1100 1 1 0 0 0 0 1 _{v,w → u} 1101 1 1 1 1 0 0 1 _{w → u,v} ?jTk´ o 4.16 @lÃ¦§¥?@?jTk ¦ ' Tr1 Tr6 W F G òÎ

Ä Flag à æ¶ 4.7 5;uñã à pwm com ÀÇ¹ ¦&¢C

(75)

4.16: ÁÂÃu(uµ¶· [Ýº¤¥?@ ] ?@ð´ ¶ 4.8 @ Ý º ¤ ¥ ? @ » ã ø î ¼ ½ , % % ? @ T ; ¢£ Flag 4Qu~L¹I ( 9Ü¶ 4.7 ) H%¦ <·¥¶ 4.9 ®r  æ º K § ¥ ø (ud0vd0wd) J $ ¥ < · ' È º 3 5 È º r *ãø (Ed)%ð clk '>ÑÈ' kK¶OC 7 4.8: D>E¿Àu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼ clk INPUT 1 bit ¾ Flag INPUT 4 bit Ã¦§¥¢£

ud INPUT 1 bit uÈº35Èºr ø

vd INPUT 1 bit v Èº35Èºr ø

wd INPUT 1 bit wÈº35Èºr ø

(76)

7 4.9: D>E¿Àu(7 Flag Ed 0000 ud 0001 wd 0010 vd 0011 ud 0100 wd 0101 vd ?jTk´ o 4.17 @lÝº¤¥?@?jTk ¦ ' EdòÎÄ Flag à¤¿ø æ¶ 4.9 5;uøC 4.17: D>E¿Àu(uµ¶· [¨Z?@ ] ?@ð´ ¶ 4.10 @¨Z?@»ãøî¼½,%"Þ Nios II '¬ ä&¢ËÇî¥¨Zø ëðÍÎabKÈ¼½f5è#û ô 150rpm kî¥¨Zø ÍÎ¨cîãf&C

(77)

7 4.10: qÄÅu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk ao INPUT 1 bit ¾ Reset INPUT 1 bit ä&¢

F G INPUT 1 bit Èø

Cl en INPUT 1 bit abKºKðø Rs OUTPUT 1 bit ¨Zø

ð clk ao '>ÑÈ' K¨Z?@Ìf æo 4.18 % T ; Reset ¾ ( @ ’0’( % x & ¢ ) ô Reset @ ’0’ s ® Rs î @ ’0’ É å » ½ ¨ Z % ð Reset @ ’1’ T ; Cl en ¾ ( @ ’1’ ô Cl en @ ’0’ s À ¶ ñ < a b K È ¼ ½ f H % ® Rs î @ ’1’% y " ô Cl en@ ’1’ sÀ¶ÙabKÈ¼½f ÇÄ"Þ F G ø©ÍÎ è# ðè#ûô 150rpm k® Rs î@ ’0’ ô 150rpm sî@ ’1’C

(78)

+ (3.6) @ÍÎè#3ø F G ªÛ¢j ¦à]©¥è# 150rpm F G ªÛÅ´ TF G = 10 ωr = 10 150 = 0.067(s) (4.1) ¨Z?@¾ F G øo(ñã ¡ T 8T;ÍÎè#¾(û ô 150rpm ô ¡ T Ë @ TF G ² " ( H % ð ¡ T ô 0.0335 - è#ûô 150rpmC ?jTk´ o 4.19 @l¨Z?@?jTk ¦ 'ð Reset @ ’0’ k î ¥ Rs @ ’0’ ø % ð Reset @ ’1’ $ Cl en @ ’0’ k î ¥ Rs @ ’1’ ñ ã % ð Reset @ ’1’ $ Cl en @ ’1’ s * F G o ( ñ ã ¡ ð R e() ¡kî¥ Rs @ ’0’ øC 4.19: qÄÅu(uµ¶· [ö?@ ] ?@ð´ ¶ 4.11 @ö?@»ãøî¼½,% PWM øc I + x õ ¾ " Þ ( ) Ç f Vc 3 ( ) ý ² Vcontrol(9 Ü 3.4 A ) Ç f c I + x õ ¾ " Þ * ð ® é Õ @ 25kHz ý ²k@ø cv ¼½ cv as¦ ¼½ PWM øÊªÛ à¼ ½ÍÎª`º% P en @~Ó?+3 PWM ?+ø P ch @ PWM ÊªÛøC

(79)

7 4.11: iSQklu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼ clk INPUT 1 bit ¾ cv INPUT 1 bit º¼½ø P en INTPUT 1 bit PWM ðø P ch INTPUT 1 bit PWM ÊªÛø pwm com OUTPUT 1 bit PWM ø

ð clk ' > Ñ È ' K ö ? @ Ì f æ o 4.20 %T; P en ð P en @ ’0’ ø pwm com @ ’0’ º,8 ¹%ð P en @ ’1’ T; P ch ô P ch @ ’0’ s pwm com @ø cv 3 Ç f r ø % y " s ø cv 3 Ç f r ø ÊªÛ $ pwm com @ÊªÛøC 4.20: iSQklu(A

(80)

?jTk´ o 4.21 @lö?@?jTk ð P en @ ’0’ pwm com @ ’0’%ð P en @ ’1’ $ P ch @ ’0’ pwm com @ PWM ø%ð P en @ ’1’ $ P ch @ ’1’ ¦ pwm com ÊªÛC 4.21: iSQklu(uµ¶· [è#©?@ ] ?@ð´ ¶ 4.12 @è#©?@»ãøî¼½,%abK¼½È¼ ½ &* 10 ) F G ªÛ ¡ &®*aë®©öQuÍÎ è # a fb w% Ô Õ è # © ? @ 5 ® clk cal @ 390.625kHz I J è #®©C 7 4.12: 3Æu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk cal INPUT 1 bit ¾

Cl en INTPUT 1 bit abKºKðø

F G INPUT 1 bit Èø fb w OUTPUT 14 bit #öø ð clk ' > Ñ È ' K è # © ? @ ? @ Ì f æ o 4.22 % T ; Cl en ô Cl en @ ’1’ k À ¶ Ù # $ î ã W & b K Z f H%"Þ F G Kè#©%y" sÀ¶ñ<#$îãW&bKZ f H%®?@û`æ3*æO &® fb w î@ 0C

(81)

4.22: 3Æu(A ?jTk´ o 4.23 @ l è # © ? @ ? j T k % ð Cl en @ ’1’ & © è # uÏ FG ÕË@ 3.33ms "Þ+ (3.6) ¦©¥è#Ë@ 3000rpm% Ï FG ÕË@ 6.66ms ¦©¥è#Ë@ 1500rpmC 4.23: 3Æu(uµ¶· [#ö¼½æ?@3ºÌ¼½æ?@ ] ?@ð´ ¶ 4.13 3¶ 4.14 @²N@#ö¼½æ?@3ºÌ¼½æ?@»ã øî¼½,%?@Þ PI ¼½æ #ö¼½æ?@®#öý²ø3 # ö ø È ë e PI ¼ ½ æ c º Ì ý ² ø % º Ì ¼ ½ æ ? @ ® ºÌý²ø3 ºÌøÈ ëe PI ¼½æcº¼½ø cvC

(82)

7 4.13: Qhu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk INPUT 1 bit ¾ clk sc INPUT 1 bit ¿ÎÕ com w INTPUT 14 bit #öý²øø

fb w INPUT 14 bit #öø com i INPUT 14 bit ºÌý²ø

7 4.14: >hu(±cn6²³´7 »ã& 'Ó ã5* øî¼

clk INPUT 1 bit ¾ clk ic INPUT 1 bit ¿ÎÕ com i INTPUT 14 bit ºÌý²øø

fb i INPUT 14 bit ºÌø cv INPUT 14 bit º¼½ø

?jTk´

ô ¼ ½ æ Þ PI ¼ ½ æ H % ; # ö ¼ ½ æ ? @ O ? j o 4.24@l#ö¼½æ?@?jTk%%?j P î@ 2 I î@ 0.5 à com w 3 fb w È 100 ¦'¼½æ§¥ com i c 250 & & 50 ¡WÖÓ:C

(83)

:

;<=>?,6+@ABC

5.1 LMNC

o 5.1 @ Ç È É Ê Ë Ì Í Î É å ¼ ½" 7 8 S N I o ¼ ½ > @ Nios II ' ¬ 5 FPGA , - % l m e f 5 PC " Þ Altera 'g8 QuartusII K VHDL 1 3mPðI à® f+¡e ByteBlaster II §~¡f FPGA ,-5C

f + ¡ f # $ FPGA , - § ¥ Ã ¦ ¼ ½ ø 0A/D ¼ ½ ø Ö ª ºK¼½ø § ºÌøÖd¸eØ ø%Ã¦¼½øë L2æ¼½Ã¦ºK à¼½ÍÎî~LºÌI% A/D ¼½ø¼ ½ º Ì A/D è æ ® l r ø è @ * ã º Ì ø FPGA ,-fV%ªºK¼½ø¼½Õ kDæ ò¿<·'Èº <·'Èº3ÇÈº¨ëCæc<·'ÈÝº ¦ O@z33mPø%ºåºK"ÞrærÇÈº35Èº d ¸ e Ø ø C o 5.2 @ l mª « I @ Nios II ' ¬ 4 ¡ I@º3ºÌåºK0ÍÎºKÖªºKC 70

(84)

5.1: 0Ç¯°-

5.2: wÈÉÊ

5.2 ALTERA Nios II Development Board

5ÇÈÉÊËÌÍÎ FPGA ,-¼½¾5 äÞ ALTERA vw Nios II Development Board @ x õ ' ª « C % ' ¬ Þ FPGA , - Æ @ Cyclone II EP2C35F672C6ES $ FPGA , - ¾ 672 } » ã

(85)

/µ Feature 2C35F672C6ES

LEs 33,216

M4K RAM blocks (128 x 36 bits) 105 Total RAM bits 920,448 Embedded 18x18 Multiplier Blocks 35

PLLS 4

User I/O pins 475

¡ o 5.3 @ Nios II ' ¬ º K l 8 o C Ü Ó ( $ FPGA , - W ( Ý §¥Ç»Õ ñDE

• 16MBytes Flash memory • 2MBytes synchronous SRAM • 32MBytes DDR SDRAM

• ( @ Ethernet MAC/PHY Ø ä 3 RJ45 Ç | Þ ¡ e ! K Ç § 8 § • ( @ Compact Flash(CF) Ç | W ( 32MB CF Card

• ( ) ¦ O ô 33MHz 3 66MHz 32 ã 5 PMC Ç | • ( @ Mictor Ç | ¦ K g 7 8 Ü ¯ • ( @ RS232 Ç | ¦ À Ç 4 9 • $ % : 3 õ $ LED À Ç FPGA § ¥ » • @ ö , æ • JTAG Ç | f + ¦ ë § ~ ¡ f FPGA Ø ä • ( ) 50MHz ; < + , æ

(86)

íª;Ï,-ðmP3Ü¯ DºÓk}XW#Gì Z I " ô , - ' ¡ C é ' ¬ º K S N I o æ o 5.4 C

5.3: Nios II ËJÌ>?w [1]

(87)

5.3 LMO

o 5.5 @ÍÎ 120 öÃIÇÈ35Èºo ¦' ðÍÎÈ 0 º,8òºÌ¢¡Ìë\]^8 ºc÷ø H%çåÝº òÐ_d¸ec È ¡Bå¯°%@Ó% ®*ã+ÈãAæO()î> ÷ø$_d¸e lm_` ¡=ôo5÷ ø ¡ 25usC o 5.6 @ 120 ö Ã I ¡ È ã Í Î º 30 ö o Ed@<·'Èº35Èºr*ãø ¦'¸© È"òc_d¸eØ% masked Ed @ Ed :_`ðø ¦ ' Ed_d¸eØÚÅ\ à¸()ªÛ masked Ed øÀ¶% Sc@Í ÎÈø 3 masked Ed ÈÍÎº 30 ö k ScØ'ôd ¸eØÍÎº 30 ö ¡ØC 5.5: 120 Q R - S » ¼ 0 > 5 C Í > S a (1:Vu/ 2:Vv/3:Vw/4:Vn)

(88)

5.6: 120 QR-S»¼cde>@b 30 QSa (1:Bemf/ 2:Ed/3:masked Ed/4:Sc) o 5.7 , Ó ¨ Z ð è # 3 È ø F G Õ $ > r ð F GÕûô)a ¨Zø Rs $ûñã ÍÎòcîãf ¨ & % H % Rs @ Ñ ñ ã À ¶ Í Î > ® è Rs @ û ñ ã À ¶ Í Î ë Clm¾"ÞÕË>½ÍÎêª ß®ÕËAÜ z3ÍÎ¾(Ð ¨ZC 5.7: qÄÅ (1:F G¼2:Rs)

(89)

o 5.8 @ Í Î 150 ö 12 I Ç È 3 5 È º o ¦ ' ðçåd¸eØ" ÍÎ·kKÈ%H% ¸È¸©¹ÍÎº 150 öïÈ 120 öÃIÐËC 5.8: 150 Q 12 R-S»¼0>5CÍ>Sa (1:Vu/ 2:Vv/3:Vw/4:Vn) o 5.9 @ Í Î ú û » ½ ¡ Ç È 3 5 º È o ¦ ' Øu :Ó PWM ø ºÌù%@ÓÓìúû»½ Ô k l m " Þ ² ? h å Í Î ¨ ë ² R @ \ z 3 Í Î ÷ ø Õ C o 5.10 @ Í Î > ® O ¡ Ö ú û » ½ ¡ Í Î Ñ o % > ® O 5V º á ¡ Í Î è # Ë @ 100(rps) ÷øÕË@ 3600Hz ¦'éÅË@ 3.6mVrms% ú û » ½ ¡ þ : º á º Í Î è # Ë @ 100(rps) ¦ ' é ÅË@ 3mVrms Åô>O¡C

小型三相無刷直流馬達之無感測控制晶片的設計與實現



 



 



Design and Implementation of a Sensorless Control Chip for a

Small Three-Phase Brushless DC Motor



 !"# $%



Design and Implementation of a Sensorless Control Chip for a

Small Three-Phase Brushless DC Motor



 ! : "# $%

&'()*+,- ./+0

Three-Phase Brushless DC Motor

Student : Hsing-Yu Lin

Advisor : Dr. Shir-Kuan Lin

Department of Electrical and Control Engineering

National Chiao Tung University



Abstract





 



 

  !"#$

% &'()*+,-.

/ 0123456!+ 7869:









1.1



1.2



1.3



1.4





 !"

2.1



2.2

 !

2.3

"#$

1234

2.4

         % & ' (  ) * ( + ,

-./

#

$%&'( )*+,-./

3.1

0!012

3.1.1

<==>?

3.1.2

@AB3CD6EF$

3.2

150

3 12 4 5"

3.3

6789:;(

3.4

<=>6?3'(2

3.4.1

GHIJKL?

3.4.2

MNOPQ?

3.4.3

RSTUVW

3.4.4

XY6Z[ PI ?

0

)*123456789

!"# $%

! : "# $%

&'()*+,- ./+0

!"#$

% &'()*+,-.

!"

!

"#$

% & ' ( ) * ( + ,

-./

#

0!012

<==>?

@AB3CD6EF$

3 12 45"

<=>6?3'(2

MNOPQ?

XY6Z[ PI ?

0

:

;<=>?,6+@ABC

LMNC

LMO