一种电机驱动芯片及其驱动方法与流程

1.本技术涉及电机驱动技术领域，具体涉及一种电机驱动芯片及其驱动方法。


背景技术：

2.目前，直流无刷电机以其优异的能效和大功率密度，逐渐在家电、电动汽车、电动工具以及工业机械等领域得到大规模的使用。而在这些应用场景中，有很多用到的不止一个电机，比如空调（包括内、外风机和压缩机）、汽车（包括电子助力转向的左右两个电机）等，针对这些情形，就需要使用到多电机驱动的应用方案。然而，传统的多电机驱动的应用方案，其或使用多芯片驱动（每一芯片对应驱动一电机）来实现，或使用多核驱动（设计一个专门的多核电机驱动芯片，芯片的每一处理核对应驱动一电机）来实现，这些驱动方式在实际使用过程中，会存在对整体电机驱动电路的布局不友好（这是因为多芯片驱动的每一芯片实现驱动均需布局许多外围电路，使得整体电机驱动电路的面积大大增大）以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步（这是因为多芯片或多核之间的频繁协同通信，无法做到同一调度，会导致同步响应效率大大降低，需占用更多的芯片算力资源来弥补），导致有效算力效率降低等问题。


技术实现要素：

3.本技术实施例提供一种电机驱动芯片及其驱动方法，以解决传统的多电机驱动的应用方案中存在的对整体电机驱动电路的布局不友好以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步导致有效算力效率降低等技术问题。
4.第一方面，本技术提供一种电机驱动芯片，包括主处理模块以及多个电机控制硬件化模块，其中，所述电机控制硬件化模块，配置为对外与一电机电性连接时，作为目标电机控制硬件化模块，以根据所述主处理模块调配的电机控制任务和预设电机控制参数采集所述电机的电机数据，以及对采集到的所述电机数据进行预设处理来驱动所述电机执行相应的动作；所述主处理模块，配置为根据当前多电机驱动任务对多个所述目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配，以及辅助每一所述目标电机控制硬件化模块完成相应的电机控制任务。
5.可选的，在本技术的一些实施例中，所述电机控制硬件化模块包括：参数配置单元，配置为根据预配置任务存储所述电机相应的电机控制参数；数据采集单元，配置为根据所述主处理模块调配的电机控制任务和所述电机控制参数采集所述电机的电机数据；电机驱动单元，配置为对采集到的所述电机数据进行预设处理来驱动所述电机执行相应的动作。
6.可选的，在本技术的一些实施例中，所述电机包括电机本体以及驱动所述电机本
体工作的pwm驱动电路。
7.可选的，在本技术的一些实施例中，每个所述电机控制硬件化模块的数据采集单元与对应电机的pwm驱动电路的相电流采集端之间设置有adc采样模块，所述adc采样模块配置为在所述数据采集单元的控制下对所述相电流采集端输出的相电流进行采样，并反馈给所述数据采集单元。
8.可选的，在本技术的一些实施例中，所述adc采样模块与所述pwm驱动电路的相电流采集端之间还设置有运算放大器，所述运算放大器配置为将所述相电流采集端输出的相电流放大后输出给所述adc采样模块。
9.可选的，在本技术的一些实施例中，所述数据采集单元，还配置为根据所述主处理模块调配的电机控制任务和所述电机控制参数采集所述pwm驱动电路的相电流；所述电机驱动单元，还配置为对采集到的所述pwm驱动电路的相电流进行预设处理，输出驱动所述pwm驱动电路工作的三相pwm调试信号，以使得相应的电机本体在所述pwm驱动电路的驱动下执行相应的动作。
10.可选的，在本技术的一些实施例中，每个所述电机控制硬件化模块的电机驱动单元与对应电机的pwm驱动电路的驱动端之间设置有高级定时器，所述高级定时器配置为将所述电机驱动单元输出的三相pwm调试信号输出给对应电机的pwm驱动电路的驱动端。
11.第二方面，本技术提供一种电机驱动芯片的驱动方法，所述驱动方法包括以下步骤：根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配；通过每一所述目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作。
12.可选地，在本技术的一些实施例中，所述根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配的步骤之前，还包括以下步骤：根据当前多电机驱动任务对多个电性连接有电机的电机控制硬件化模块进行相应的电机控制参数配置，以得到多个所述目标电机控制硬件化模块。
13.可选地，在本技术的一些实施例中，所述通过每一所述目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作的步骤具体包括：根据所述电机控制任务和所述电机控制参数采集所述电机的电机数据；对采集到的所述电机数据进行预设处理来驱动相应的电机执行相应的动作。
14.在本技术中，其电机驱动芯片包括主处理模块以及多个电机控制硬件化模块，其中，电机控制硬件化模块，配置为对外与一电机电性连接时，作为目标电机控制硬件化模块，以根据主处理模块调配的电机控制任务和预设电机控制参数采集电机的电机数据，以及对采集到的电机数据进行预设处理来驱动电机执行相应的动作；主处理模块，配置为根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配，以及辅助每一目标电机控制硬件化模块完成相应的电机控制任务。这样一来，本技术的电机驱动芯片，其通过在一个芯片内集成了多个电机控制硬件化模块，多个电机控制硬件化模块在主处理模块的统一调度下在芯片内并行运行，来分别同时驱动多个电机运作，而不会过多占用芯片的主处理模块的算力资源，进而本技术的电机驱动芯片可在一颗芯片内实现多个电机的应用调度，以解决传统的多电机驱动的应用方案中存在的对整体电机驱动电路的布局不友
好以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步导致有效算力效率降低等技术问题。
附图说明
15.下面结合附图，通过对本技术的具体实施方式详细描述，将使本技术的技术方案及其有益效果显而易见。
16.图1是本技术实施例提供的电机驱动芯片的内部连接框图。
17.图2是图1所示电机驱动芯片中的内部结构示意图。
18.图3是本技术实施例提供的电机驱动芯片的驱动方法的流程示意图。
19.图4是图3所示驱动方法的步骤s120的流程示意图。
具体实施方式
20.下面结合附图，对本技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本技术一部分实施例，而非全部实施例。基于本技术中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本技术保护的范围。在不冲突的情况下，下述各个实施例及其技术特征可以相互组合。
21.目前，直流无刷电机以其优异的能效和大功率密度，逐渐在家电、电动汽车、电动工具以及工业机械等领域得到大规模的使用。而在这些应用场景中，有很多用到的不止一个电机，比如空调（包括内、外风机和压缩机）、汽车（包括电子助力转向的左右两个电机）等，针对这些情形，就需要使用到多电机驱动的应用方案。然而，传统的多电机驱动的应用方案，其或使用多芯片驱动（每一芯片对应驱动一电机）来实现，或使用多核驱动（设计一个专门的多核电机驱动芯片，芯片的每一处理核对应驱动一电机）来实现，这些驱动方式在实际使用过程中，会存在对整体电机驱动电路的布局不友好（这是因为多芯片驱动的每一芯片实现驱动均需布局许多外围电路，使得整体电机驱动电路的面积大大增大）以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步（这些因为多芯片或多核之间的频繁协同通信，无法做到同一调度，会导致同步响应效率大大降低，需占用更多的芯片算力资源来弥补）导致有效算力效率降低等问题。
22.基于此，有必要提供一种新的电机驱动芯片解决方案，以解决传统的多电机驱动的应用方案中存在的对整体电机驱动电路的布局不友好以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步导致有效算力效率降低等技术问题。
23.在一个实施例中，如图1所示，本实施例提供一种电机驱动芯片100，该电机驱动芯片100包括主处理模块110以及多个电机控制硬件化模块120，其中，电机控制硬件化模块120具体可配置为对外与一电机电性连接时，作为目标电机控制硬件化模块，以根据主处理模块110调配的电机控制任务和预设电机控制参数采集电机的电机数据，以及对采集到的电机数据进行预设处理来驱动相应的电机执行相应的动作。主处理模块110具体可配置为根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配，以及辅助每一目标电机控制硬件化模块完成相应的电机控制任务。
24.需要说明的是，如图2所示，主处理模块110以及多个电机控制硬件化模块120均设置在芯片载体10上，主处理模块110为本电机驱动芯片100的主要控制部分，其除了包括处
理器（具体可以是hk32aspinxx系列处理器），以根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配，以及辅助每一目标电机控制硬件化模块完成相应的电机控制任务（包括电机启动、电机加减速控制）外，其还包括对本电机驱动芯片100一些保护电路，如过压过流保护电路、欠压保护电路、温度采集检测保护电路等。每一电机控制硬件化模块120均可与一电机200进行电性连接，在电机控制硬件化模块120与一电机200进行电性连接后，即成为目标电机控制硬件化模块，接受主处理模块110的统一进行多电机任务调配。每一目标电机控制硬件化模块运行时，其可在主处理模块110的调配下，单独完成相应的电机驱动所需的各种数据处理。除此之外，为实现本电机驱动芯片100的一些基本功能，芯片载体10上还设置有直流电源模块130，以为本电机驱动芯片100的正常工作进行供电。芯片载体10上还设置有gpio接口140和uart接口150，以实现本电机驱动芯片100与外围设备或外围电路的一些数据通信连接。同时，通过gpio接口140亦可接入相应的控制按键，实现本电机驱动芯片100的按键操控。
25.这样一来，本技术的电机驱动芯片100，其通过在一个芯片内集成了多个电机控制硬件化模块120，多个电机控制硬件化模块120在主处理模块110的统一调度下在芯片内并行运行，来分别同时驱动多个电机200运作，而不会再过多占用芯片的主处理模块110的算力资源，进而本技术的电机驱动芯片100可在一颗芯片内实现多个电机200的应用调度，以解决传统的多电机驱动的应用方案中存在的对整体电机驱动电路的布局不友好以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步导致有效算力效率降低等技术问题。
26.在一些示例中，如图2所示，每一电机控制硬件化模块120具体可包括参数配置单元121、数据采集单元122以及电机驱动单元123。其中。参数配置单元121具体可配置为根据预配置任务存储电机200相应的电机控制参数。数据采集单元122具体可配置为根据主处理模块110调配的电机控制任务和电机控制参数采集电机的电机数据。电机驱动单元123具体可配置为对采集到的电机数据进行预设处理来驱动相应的电机执行相应的动作。参数配置单元121具体可以是电机控制参数寄存器，用户只需要配置好该电机控制参数寄存器，再使能该电机控制硬件化模块120，即使其作为目标电机控制硬件化模块，便可通过数据采集单元122与电机驱动单元123的配合，实现相应电机的驱动控制，以驱动相应的电机200执行相应的动作。
27.在一些示例中，如图2所示，电机200包括电机本体210以及驱动电机本体210工作的pwm驱动电路220。电机本体210一般可为直流无刷电机，其可通过pwm驱动电路220进行相应驱动操作，pwm驱动电路220一般可包括引出相电流采集端的电流采样部分以及引出驱动端的电机驱动部分，其中，电流采样部分可以是常见的单电阻采样电路或三电阻采样电路，此时，上述数据采集单元122还配置为根据主处理模块110调配的电机控制任务和电机控制参数采集pwm驱动电路220的相电流。上述电机驱动单元123还配置为对采集到的pwm驱动电路220的相电流进行预设处理，输出驱动pwm驱动电路220工作的三相pwm调试信号，以使得相应的电机本体210在pwm驱动电路220的驱动下执行相应的动作。此时，上述预设处理包括扇区判断、坐标变换、三角函数、pid算法、速度位置观测器以及svpwm中的任意组合。即上述电机驱动单元123集成了电机算法中最耗时的扇区判断、坐标变换、三角函数、pid算法、速度位置观测器以及svpwm等处理过程，通过其单独运作，无需耗费主处理模块110的算力资
源，其电机驱动单元123即可实现相应电机的驱动控制，以驱动相应的电机200执行相应的动作。
28.在一些示例中，如图2所示，为实现上述pwm驱动电路220的相电流采集，每个电机控制硬件化模块120的数据采集单元122与对应电机200的pwm驱动电路220的相电流采集端之间设置有adc采样模块160，adc采样模块160配置为在数据采集单元122的控制下对相电流采集端输出的相电流进行采样，并反馈给数据采集单元122。即adc采样模块160可为具体的adc采样电路，而adc采样模块160为了可更好地采集pwm驱动电路220的相电流采集端输出的相电流，adc采样模块160与pwm驱动电路220的相电流采集端之间还设置有一运算放大器170，运算放大器170配置为将相电流采集端输出的相电流放大后输出给adc采样模块160。
29.在一些示例中，如图2所示，为实现上述电机驱动单元123输出驱动pwm驱动电路220工作的三相pwm调试信号，每个电机控制硬件化模块120的电机驱动单元123与对应电机200的pwm驱动电路220的驱动端之间设置有高级定时器180，高级定时器180具体可配置为将电机驱动单元123输出的三相pwm调试信号输出给对应电机200的pwm驱动电路220的驱动端。
30.在一些示例中，如图2所示，上述的adc采样模块160、运算放大器170、高级定时器180既可作为本电机驱动芯片100的一部分，分别设置在本电机驱动芯片100的芯片载体10上，亦可根据实际需要，调整作为本电机驱动芯片100的外围电路，分别设置在本电机驱动芯片100的芯片载体10外。
31.在一些示例中，如图2所示，上述的多个电机控制硬件化模块120既可作为本电机驱动芯片100的一部分，分别设置在本电机驱动芯片100的芯片载体10上，即将多个电机控制硬件化模块120集成在本电机驱动芯片100内，以实现电机驱动芯片100的高度集成，在一颗芯片内便可实现多个电机200的应用调度，进而降低电机驱动芯片100的外围电路的布线难度及减少整体电机驱动电路的面积。亦可根据实际需要，将上述的多个电机控制硬件化模块120调整作为本电机驱动芯片100的外围电路，分别设置在本电机驱动芯片100的芯片载体10外，以通过一颗芯片配合外围设置的多个电机控制硬件化模块120内实现多个电机200的应用调度的同时，由于多个电机控制硬件化模块120作为本电机驱动芯片100的外围电路设置，其既可方便任一电机控制硬件化模块120发生损坏时可只需更换相应的电机控制硬件化模块120即可，而无需更换整个电机驱动芯片100，亦可方便其根据实际调度的多个电机200的数量，对电机控制硬件化模块120的数量进行相应调整（调整时，电机控制硬件化模块120的数量需保持小于或等于电机驱动芯片100的相应接口的数量）。
32.在一个实施例中，如图3所示，本技术实施例提供一种电机驱动芯片的驱动方法，驱动方法包括以下步骤：步骤s110：根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配。
33.具体地，本技术实施例的电机驱动芯片的驱动方法具体可应用在上述实施例中的电机驱动芯片100中，如图1及图2所示，电机驱动芯片100包括主处理模块110以及多个电机控制硬件化模块120，其中，每一电机控制硬件化模块120对外均可电性连接一电机200，根据实际应用场景不同，可以是每一电机控制硬件化模块120均对外电性连接一电机200，亦
可以是仅其中某几个电机控制硬件化模块120分别对外电性连接一电机200。由于在执行当前多电机驱动任务，仅需要对对外电性连接有电机200的电机控制硬件化模块120（即目标电机控制硬件化模块）进行多电机任务调配，而对于这些电机控制硬件化模块120进行多电机任务调配前，还需要对这些电机控制硬件化模块120进行相应的电机控制参数配置，以使能这些电机控制硬件化模块120（相当于启动这些电机控制硬件化模块120，使之参与后续的电机驱动工作）。因而，在执行本方法步骤之前，还包括以下过程：根据当前多电机驱动任务对多个电性连接有电机的电机控制硬件化模块120进行相应的电机控制参数配置，以得到多个目标电机控制硬件化模块。这样一来，便可在得到多个目标电机控制硬件化模块后，根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配，以给每一目标电机控制硬件化模块分配相应的电机控制任务。
34.步骤s120：通过每一目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作。
35.具体地，当通过上述方法步骤给每一目标电机控制硬件化模块分配后相应的电机控制任务，便可通过每一目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作，进而完成当前多电机驱动任务。其中，每一目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作的过程具体包括：步骤s121：根据电机控制任务和电机控制参数采集电机的电机数据。
36.步骤s122：对采集到的电机数据进行预设处理来驱动相应的电机执行相应的动作。
37.如图2所示，由上述实施例可知每一电机控制硬件化模块120具体可包括参数配置单元121、数据采集单元122以及电机驱动单元123。这样一来，每一目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务时，便可通过数据采集单元122根据主处理模块110调配的电机控制任务和电机控制参数采集电机的电机数据，以及通过电机驱动单元123对采集到的电机数据进行预设处理来驱动相应的电机执行相应的动作。进一步地，电机200包括电机本体210以及驱动电机本体210工作的pwm驱动电路220。电机本体210一般可为直流无刷电机，其可通过pwm驱动电路220进行相应驱动操作，pwm驱动电路220一般可包括引出相电流采集端的电流采样部分以及引出驱动端的电机驱动部分，其中，电流采样部分可以是常见的单电阻采样电路或三电阻采样电路，此时，通过上述数据采集单元122，可根据主处理模块110调配的电机控制任务和电机控制参数采集pwm驱动电路220的相电流。而通过上述电机驱动单元123，则可对采集到的pwm驱动电路220的相电流进行预设处理，输出驱动pwm驱动电路220工作的三相pwm调试信号，以使得相应的电机本体210在pwm驱动电路220的驱动下执行相应的动作。此时，上述预设处理包括扇区判断、坐标变换、三角函数、pid算法、速度位置观测器以及svpwm中的任意组合。即上述电机驱动单元123集成了电机算法中最耗时的扇区判断、坐标变换、三角函数、pid算法、速度位置观测器以及svpwm等处理过程，通过其单独运作，无需耗费主处理模块110的算力资源，其电机驱动单元123即可实现相应电机的驱动控制，以驱动相应的电机200执行相应的动作。
38.这样一来，本技术的电机驱动芯片的驱动方法，其通过根据当前多电机驱动任务对多个目标电机控制硬件化模块进行多电机任务调配后，再通过每一目标电机控制硬件化模块执行相应的电机控制任务，以驱动相应的电机执行相应的动作。进而使得多个目标电
机控制硬件化模块可在统一调度下在芯片内并行运行，来分别同时驱动多个电机运作，而不会再过多占用芯片的算力资源，即可在一颗芯片内实现多个电机的应用调度，以解决传统的多电机驱动的应用方案中存在的对整体电机驱动电路的布局不友好以及需占用过多的芯片算力资源来实现多电机调度之间的快速同步导致有效算力效率降低等技术问题。
39.下面以具体的应用场景对上述实施例中的电机驱动芯片100的驱动方法进行进一步说明。
40.以变频空调为例，一台性能优良的变频空调至少要使用3个直流无刷电机（包括内、外风机和压缩机），此时，电机驱动芯片100内的其中三个电机控制硬件化模块120分别对外电性连接一电机200（可以是内风机、亦可以是外风机、还可以是压缩机），接着，需将各电机200（包括内风机、外风机和压缩机）的电机控制参数分别配置到相应的电机控制硬件化模块120中，以使能相应的电机控制硬件化模块120，使得这三个电机控制硬件化模块120均作为一目标电机控制硬件化模块，以在电机驱动芯片100的主处理模块110的多电机调配下，分别驱动相应的电机200执行相应的动作，来完成该变频空调的变频控制。如此一来，便可将原本多颗电机驱动芯片分别控制电机再通讯调度的方式，集成在了一颗电机驱动芯片里进行，不仅减小了整体电机驱动电路布局的面积，而且因为减少了通讯延时也增强了控制的实时性，使控制更加精准。
41.又以汽车电子助力转向为例，电子助力转向需要左右两个电机实时配合及时响应。此时，电机驱动芯片100内的其中两个电机控制硬件化模块120分别对外电性连接一电机200（可以是左电机、亦可以是右电机），接着，需将各电机200（包括左电机和右电机）的电机控制参数分别配置到相应的电机控制硬件化模块120中，以使能相应的电机控制硬件化模块120，使得这两个电机控制硬件化模块120均作为一目标电机控制硬件化模块，以在电机驱动芯片100的主处理模块110的多电机调配下，分别驱动相应的电机200执行相应的动作，来完成该汽车电子助力转向。如此一来，便可将原本多颗电机驱动芯片分别控制电机再通讯调度的方式，集成在了一颗电机驱动芯片里进行，不仅减小了整体电机驱动电路布局的面积，而且没有了电机驱动芯片间的通讯控制，可使得调控更具实时性且抗干扰能力也得到很大的提升，符合汽车电子的安全需求。
42.尽管已经相对于一个或多个实现方式示出并描述了本技术，但是本领域技术人员基于对本说明书和附图的阅读和理解将会想到等价变型和修改。本技术包括所有这样的修改和变型，并且仅由所附权利要求的范围限制。特别地关于由上述组件执行的各种功能，用于描述这样的组件的术语旨在对应于执行所述组件的指定功能（例如其在功能上是等价的）的任意组件（除非另外指示），即使在结构上与执行本文所示的本说明书的示范性实现方式中的功能的公开结构不等同。
43.即，以上所述仅为本技术的实施例，并非因此限制本技术的专利范围，凡是利用本技术说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，例如各实施例之间技术特征的相互结合，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本技术的专利保护范围内。
44.另外，对于特性相同或相似的结构元件，本技术可采用相同或者不相同的标号进行标识。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者
隐含地包括一个或者更多个特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
45.在本技术中，“示例性”一词是用来表示“用作例子、例证或说明”。本技术中被描述为“示例性”的任何一个实施例不一定被解释为比其它实施例更加优选或更加具优势。为了使本领域任何技术人员能够实现和使用本技术，本技术给出了以上描述。在以上描述中，为了解释的目的而列出了各个细节。应当明白的是，本领域普通技术人员可以认识到，在不使用这些特定细节的情况下也可以实现本技术。在其它实施例中，不会对公知的结构和过程进行详细阐述，以避免不必要的细节使本技术的描述变得晦涩。因此，本技术并非旨在限于所示的实施例，而是与符合本技术所公开的原理和特征的最广范围相一致。