电流状态判断方法及电路与流程

1.本揭示内容是有关于一种电流状态判断方法及电路，特别是指一种用以判断线圈电流的状态的电流状态判断方法及电路。


背景技术：

2.以三相马达的驱动电路中的其中一组高侧晶体管以及低侧晶体管为例，一般来说，高侧晶体管与低侧晶体管会轮流导通，以改变线圈电流的流向，进而驱动马达。当马达被驱动时，会有一段期间(以下称为静滞区(dead zone))是高侧晶体管与低侧晶体管同时处于关断状态的时候。值得注意的是，线圈电流在静滞区时的流向，最能反映运转中马达的即时状态。又，高侧晶体管、低侧晶体管与马达线圈共同耦接的一节点的电压值会根据线圈电流在静滞区时的流向而改变。据此，传统上，通过将该节点的电压值与系统高电压或系统低电压进行比对，就能判断线圈电流在静滞区时的流向，以获取运转中马达的即时状态信息。
3.然而，上述判断结果容易受系统杂讯影响，且由于量测高于系统高电压的电压值(或低于系统低电压的电压值)，往往需要辅助电路(或其他特别的做法)，进而导致成本的增加。此外，当该节点的电压值介于系统高电压与系统低电压之间时，往往又无法判断线圈电流的流向。


技术实现要素：

4.有鉴于此，本揭示内容提供一电流状态判断方法。该电流状态判断方法用以判断流经一马达的一线圈的一电流的状态，并包括下列步骤：在一高侧晶体管以及一低侧晶体管均切换至关断状态的一第一时间点，量测该高侧晶体管、该低侧晶体管与该线圈共同耦接的一节点的电压，并输出一第一电压值；在该高侧晶体管以及该低侧晶体管均保持关断状态的一第二时间点，量测该节点的电压，并输出一第二电压值；比对该第一电压值与该第二电压值，以得到一比对结果；以及，根据该比对结果判断该电流的状态。
5.于另一实施例中，根据该比对结果判断该电流的状态的步骤包括：当该第二电压值大于该第一电压值时，判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该第二电压值不大于该第一电压值时，判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
6.于另一实施例中，根据该比对结果判断该电流的状态的步骤包括：当该第二电压值不小于该第一电压值时，判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该第二电压值小于该第一电压值时，判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
7.本揭示内容的另一态样为一电流状态判断方法。该电流状态判断方法用以判断流经一马达的一线圈的一电流的状态，并包括下列步骤：在一高侧晶体管以及一低侧晶体管均切换至关断状态的一第一时间点，开始计时；在该高侧晶体管以及该低侧晶体管均保持
关断状态的一第二时间点，量测该高侧晶体管、该低侧晶体管与该线圈共同耦接的一节点的电压，并输出一电压值；比对该电压值以及一阀值，以得到一比对结果；以及，根据该比对结果判断该电流的状态。
8.于另一实施例中，根据该比对结果判断该电流的状态的步骤包括：当该电压值大于该阀值时，判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该电压值小于该阀值时，判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
9.本揭示内容的又另一态样为一电流状态判断电路。该电流状态判断电路用以判断流经一马达的一线圈的一电流的状态，并包括一电压量测单元以及一处理单元。该电压量测单元耦接于一节点，并用以量测该节点的电压，其中一高侧晶体管、一低侧晶体管与该线圈共同耦接该节点。该处理单元耦接于该电压量测单元，并用以根据该节点的电压变化，判断在该高侧晶体管与该低侧晶体管同时处于关断状态时该电流的状态。
10.于另一实施例中，该电压量测单元在该高侧晶体管与该低侧晶体管均切换至关断状态的一第一时间点，输出一第一电压值；该电压量测单元在该高侧晶体管与该低侧晶体管均保持关断状态的一第二时间点，输出一第二电压值；该处理单元比对该第一电压值与该第二电压值，以得到一比对结果，并根据该比对结果判断该电流的状态。
11.于另一实施例中，当该第二电压值大于该第一电压值时，该处理单元判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该第二电压值不大于该第一电压值时，该处理单元判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
12.于另一实施例中，当该第二电压值不小于该第一电压值时，该处理单元判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该第二电压值小于该第一电压值时，该处理单元判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
13.于另一实施例中，在该高侧晶体管与该低侧晶体管均切换至关断状态的一第一时间点，该处理单元开始计时；在该高侧晶体管以及该低侧晶体管均保持关断状态的一第二时间点，该电压量测单元输出一电压值，而该处理单元比对该电压值以及一阀值；当该电压值大于该阀值时，该处理单元判断该电流流出该线圈，并依序通过该节点与该高侧晶体管的一第一体二极管；当该电压值小于该阀值时，该处理单元判断该电流依序通过该低侧晶体管的一第二体二极管与该节点，并流入该线圈。
14.本揭示内容的电流状态判断电路可根据节点的电压变化，判断在静滞区时线圈中电流的状态。由于不需量测高于系统高电压或低于系统低电压的电压值，电流状态判断电路可不需增加辅助电路，还可在节点的电压介于系统高电压与系统低电压之间时判断线圈中电流的状态。此外，有了电流状态判断电路所获取的电流的相位信息，有助于调整电流与马达的反电动势间的相位关系，使得马达能以最佳转速值运转。
附图说明
15.图1是根据本揭示内容的部分实施例绘示一种电流状态判断电路的示意图；
16.图2是根据本揭示内容的部分实施例绘示操作中的电流状态判断电路的示意图；
17.图3是根据本揭示内容的部分实施例绘示操作中的电流状态判断电路的示意图；
18.图4是根据本揭示内容的部分实施例绘示操作中的电流状态判断电路的示意图；
19.图5是根据本揭示内容的部分实施例绘示操作中的电流状态判断电路的示意图；
20.图6是根据本揭示内容的部分实施例绘示一种电流状态判断方法的流程图；
21.图7a是根据本揭示内容的部分实施例绘示马达驱动电路与线圈耦接的节点的电压变化的曲线图；
22.图7b是根据本揭示内容的部分实施例绘示马达驱动电路与线圈耦接的节点的电压变化的曲线图；
23.图8是根据本揭示内容的部分实施例绘示另一种电流状态判断方法的流程图；
24.图9a是根据本揭示内容的部分实施例绘示马达驱动电路与线圈耦接的节点的电压变化的曲线图；
25.图9b是根据本揭示内容的部分实施例绘示马达驱动电路与线圈耦接的节点的电压变化的曲线图。
26.【符号说明】
27.10:线圈
28.20:马达驱动电路
29.22:高侧晶体管
30.24:低侧晶体管
31.26:控制器
32.100:电流状态判断电路
33.102:电压量测单元
34.104:处理单元
35.200,300:电流状态判断方法
36.221:第一体二极管
37.241:第二体二极管
38.cs1:第一控制信号
39.cs2:第二控制信号
40.vn:电压
41.vn1:第一电压值
42.vn2:第二电压值
43.vcc:系统高电压
44.vss:系统低电压
45.vth:阀值
46.vpd:电压值
47.i1,i2,i3,i4:电流
48.n:节点
49.t1:第一时间点
50.t2:第二时间点
51.s201,s202,s203,s204,s205,s301,s302,s303,s304,s305:步骤
具体实施方式
52.下文是举实施例配合所附附图作详细说明，但所描述的具体实施例仅用以解释本案，并不用来限定本案，而结构操作的描述非用以限制其执行的顺序，任何由元件重新组合的结构，所产生具有均等功效的装置，皆为本揭示内容所涵盖的范围。
53.在全篇说明书与权利要求书所使用的用词(terms)，除有特别注明外，通常具有每个用词使用在此领域中、在此揭示的内容中与特殊内容中的平常意义。
54.关于本文中所使用的“第一”、“第二
”…
等，并非特别指称次序或顺位的意思，亦非用以限定本揭示，其仅仅是为了区别以相同技术用语描述的元件或操作而已。
55.另外，关于本文中所使用的“耦接”或“连接”，均可指二或多个元件相互直接作实体或电性接触，或是相互间接作实体或电性接触，亦可指二或多个元件相互操作或动作。
56.请参阅图1，本揭示内容的其中一实施例是关于一电流状态判断电路100。电流状态判断电路100用以判断通过一马达(图中未示)的一线圈10的一电流(例如图3中的电流i2或图4中的电流i3)的状态，并包括一电压量测单元102以及一处理单元104。
57.如图1所示，一马达驱动电路20耦接于线圈10，以驱动该马达。马达驱动电路20包括一高侧晶体管22、一低侧晶体管24以及一控制器26，其中，高侧晶体管22、低侧晶体管24与该马达的线圈10共同耦接于一节点n。于本实施例中，该马达为三相马达。可以理解的是，该马达包括三个线圈(其中一个即为如图1所示的线圈10)。然而，为了简化说明，在图1中省略了另外二个线圈以及与这些线圈对应的二个马达驱动电路。结构上，电压量测单元102耦接于节点n，而处理单元104耦接于电压量测单元102与控制器26。
58.具体而言，控制器26用以产生一第一控制信号cs1以及一第二控制信号cs2。高侧晶体管22用以根据第一控制信号cs1的电压准位选择性地导通或关断，且低侧晶体管24用以根据第二控制信号cs2的电压准位选择性地导通或关断。高侧晶体管22包括一第一端、一第二端、一第一控制端以及寄生于该第一端与该第二端之间的一第一体二极管221，其中，该第一端用以接收一系统高电压vcc，该第二端耦接于节点n，该第一控制端用以接收第一控制信号cs1，第一体二极管221的一阴极端耦接于该第一端，而第一体二极管221的一阳极端耦接于该第二端(或节点n)。低侧晶体管24包括一第三端、一第四端、一第二控制端以及寄生于该第三端与该第四端之间的一第二体二极管241，其中，该第三端耦接于节点n，该第四端用以接收一系统低电压vss，该第二控制端用以接收第二控制信号cs2，第二体二极管241的一阴极端耦接于该第三端(或节点n)，而第二体二极管241的一阳极端耦接于该第四端。
59.于本实施例中，高侧晶体管22为p型金氧半导体，而低侧晶体管24为n型金氧半导体，然而，本揭示内容并不限于此。于部分实施例中，高侧晶体管22可以n型金氧半导体据以实现，低侧晶体管24可以p型金氧半导体据以实现。又或者，于其他部分实施例中，高侧晶体管22与低侧晶体管24也可以双极性晶体管据以实现。
60.为能更好地理解本案，将在以下段落中结合附图说明电流状态判断电路100的操作。
61.请参阅图2～图5，图2～图5描述了在驱动该马达时马达驱动电路20中各晶体管的状态。具体而言，控制器26会控制第一控制信号cs1的电压准位与第二控制信号cs2的电压准位，以轮流导通高侧晶体管22(如图5所示)与低侧晶体管24(如图2所示)，进而驱动该马
达。可以理解的是，在该马达被驱动时会有一段期间(以下称为静滞区(dead zone))是高侧晶体管22与低侧晶体管24同时处于关断状态(如图3、图4所示)的时候。
62.电压量测单元102是用以在该马达被驱动时量测节点n的电压vn，而处理单元104则是用以在高侧晶体管22与低侧晶体管24同时处于关断状态时，根据节点n的电压vn变化，判断线圈10中电流的状态。
63.请参阅图6，其绘示本揭示内容的其中一实施例的电流状态判断方法200的流程图。如图1所示的电流状态判断电路100可以执行电流状态判断方法200，以判断线圈10中的电流的状态。电流状态判断方法200包括步骤s201～s205。
64.假设在进入步骤s201之前，控制器26分别产生高电压准位的第一控制信号cs1与高电压准位的第二控制信号cs2，以关断高侧晶体管22并导通低侧晶体管24(于本实施例中，高侧晶体管22为p型金氧半导体，而低侧晶体管24为n型金氧半导体)。如此一来，如图2所示，电流i1可从线圈10流出，依序通过节点n与低侧晶体管24，并流入系统低电压vss处，以驱动该马达。在高侧晶体管22处于关断状态且低侧晶体管24处于导通状态时，电压量测单元102持续量测节点n的电压vn(此时，电压vn大致为系统低电压vss)，而处理单元104则根据控制器26所产生的高电压准位的第一控制信号cs1与高电压准位的第二控制信号cs2，判断马达驱动电路20未进入静滞区，而不执行处理。
65.控制器26接着将第二控制信号cs2由高电压准位变更为低电压准位，以将低侧晶体管24由导通状态切换为关断状态，进而使高侧晶体管22与低侧晶体管24同时处于关断状态(如图3、图4所示)。如此一来，节点n的电压vn将从系统低电压vss变换为系统高电压vcc(如图7a、图7b所示)。在节点n的电压vn变换的期间，电流状态判断电路100将执行电流状态判断方法200。
66.可以理解的是，在低侧晶体管24由导通状态切换至关断状态的瞬间(与此同时，高侧晶体管22维持关断状态)，仍存在暂态的电流(如图3所示的电流i2或如图4所示的电流i3)。随着低侧晶体管24被完全关断，暂态的电流将顺向流过第一体二极管221或是顺向流过第二体二极管241，使节点n的电压vn发生变化。举例来说，在高侧晶体管22以及低侧晶体管24均保持关断状态时，若存在如图3所示的电流i2(流出线圈10，并依序通过节点n与第一体二极管221)，则代表节点n的电压vn有往上增加的现象发生(因为电流i2顺向流过第一体二极管221，使节点n的电压vn由系统低电压vss上升至高于系统高电压vcc的一电压值)。反之，若存在如图4所示的电流i3(依序通过第二体二极管241与节点n，并流入线圈10)，则代表节点n的电压vn有往下减少的现象发生(因为电流i3顺向流过第二体二极管241，使节点n的电压vn由系统低电压vss下降至低于系统低电压vss的一电压值)。
67.据此，于步骤s201，在高侧晶体管22以及低侧晶体管24均切换至关断状态的一第一时间点t1(如图7a、图7b所示)，电压量测单元102量测节点n的电压vn，并输出一第一电压值vn1(例如：系统低电压vss)至处理单元104。
68.于步骤s202，在高侧晶体管22以及低侧晶体管24均保持关断状态的一第二时间点t2(如图7a、图7b所示)，电压量测单元102会再次量测节点n的电压vn，并输出一第二电压值vn2至处理单元104。于本实施例中，第二时间点t2晚于第一时间点t1。
69.于步骤s203，处理单元104接收第一电压值vn1与第二电压值vn2，并比对第一电压值vn1与第二电压值vn2，以得到一比对结果。
70.接着，处理单元104根据该比对结果判断线圈10中电流的状态。具体而言，当节点n的电压vn有往上增加的现象发生，处理单元104将于步骤s203得到第二电压值vn2大于第一电压值vn1的结果(如图7a所示)，并进入步骤s204。于步骤s204，处理单元104根据第二电压值vn2大于第一电压值vn1的结果，判断电流i2(如图3所示)流出线圈10，依序通过节点n与第一体二极管221，并流入系统高电压vcc处。反之，当节点n的电压vn有往下减少的现象发生，处理单元104将于步骤s203得到第二电压值vn2不大于第一电压值vn1的结果(如图7b所示)，并进入步骤s205。于步骤s205，处理单元104根据第二电压值vn2不大于第一电压值vn1的结果，判断电流i3(如图4所示)流出系统低电压vss处，依序通过第二体二极管241与节点n，并流入线圈10。
71.其中，图7a中所示的高于系统高电压vcc的电压值曲线与图7b中所示的低于系统低电压vss的电压值曲线仅是为了方便说明与理解而绘示，实际上本揭示内容并不会量测高于系统高电压vcc以及低于系统低电压vss的电压值。因此，在节点n的电压vn从系统低电压vss变换为系统高电压vcc(如图7a、图7b所示)的期间，处理单元104才有可能于步骤s203得到第二电压值vn2“不大于”第一电压值vn1的结果，而非得到第二电压值vn2“小于”第一电压值vn1的结果。
72.请参阅图5，控制器26接着将第一控制信号cs1由高电压准位变更为低电压准位，以将高侧晶体管22由关断状态切换为导通状态。如此一来，如图5所示，电流i4可从系统高电压vcc处流出，依序通过高侧晶体管22与节点n，并流入线圈10，以驱动该马达。在高侧晶体管22处于导通状态且低侧晶体管24处于关断状态时，电压量测单元102持续量测节点n的电压vn(此时，电压vn大致为系统高电压vcc)，而处理单元104则根据控制器26所产生的低电压准位的第一控制信号cs1与低电压准位的第二控制信号cs2，判断马达驱动电路20未进入静滞区，而不执行处理。
73.控制器26接着又将第一控制信号cs1由低电压准位变更为高电压准位，以将高侧晶体管22由导通状态切换为关断状态，进而使高侧晶体管22与低侧晶体管24同时又处于关断状态(如图3、图4所示)。如此一来，节点n的电压vn将从系统高电压vcc变换为系统低电压vss(图中未示)。在节点n的电压vn变换的期间，电流状态判断电路100将再次执行电流状态判断方法200。与前述说明类似，当节点n的电压vn有往上增加的现象发生，处理单元104将于步骤s203得到第二电压值vn2不小于第一电压值vn1(例如：系统高电压vcc)的结果(因为本揭示内容实际上并不会量测高于系统高电压vcc的电压值)，并进入步骤s204。于步骤s204，处理单元104根据第二电压值vn2不小于第一电压值vn1的结果，判断电流i2(如图3所示)流出线圈10，依序通过节点n与第一体二极管221，并流入系统高电压vcc处。反之，当节点n的电压vn有往下减少的现象发生，处理单元104将于步骤s203得到第二电压值vn2小于第一电压值vn1的结果，并进入步骤s205。于步骤s205，处理单元104根据第二电压值vn2小于第一电压值vn1的结果，判断电流i3(如图4所示)流出系统低电压vss处，依序通过第二体二极管241与节点n，并流入线圈10。
74.请参阅图8，其绘示本揭示内容的其中另一实施例的电流状态判断方法300的流程图。如图1所示的电流状态判断电路100可以执行电流状态判断方法300，以判断线圈10中的电流的状态。电流状态判断方法300包括步骤s301～s305。电流状态判断方法300中类似于前述电流状态判断方法200的说明，在此不赘述。
75.以节点n的电压vn从系统低电压vss变换为系统高电压vcc的期间(如图9a、图9b所示)来说，若马达驱动电路20在进入静滞区时存在如图3所示的电流i2，则代表节点n的电压vn会在一预定时间内往上增加至高于系统高电压vcc的一电压值(如图9a所示)。反之，若在马达驱动电路20进入静滞区时存在如图4所示的电流i3，则代表节点n的电压vn不会在该预定时间内往上增加至高于系统高电压vcc的一电压值(如图9b所示)。据此，电流状态判断电路100执行电流状态判断方法300。
76.于步骤s301，在高侧晶体管22以及低侧晶体管24均切换至关断状态的一第一时间点t1(如图9a、图9b所示)，处理单元104开始计时，其中处理单元104可包括一计时器(图中未示)或者处理单元104本身具有计时功能。
77.于步骤s302，在高侧晶体管22以及低侧晶体管24仍保持关断状态的一第二时间点t2(如图9a、图9b所示)，电压量测单元102量测节点n的电压vn，并输出一电压值vpd。
78.于步骤s303，处理单元比对电压值vpd以及一阀值vth(如图9a、图9b所示)，以得到一比对结果。接着，处理单元104根据该比对结果判断线圈10中电流的状态。于本实施例中，阀值vth介于系统高电压vcc与系统低电压vss之间。
79.具体而言，当节点n的电压vn在该预定时间内往上增加至高于系统高电压vcc的该电压值，处理单元104将于步骤s303得到电压值vpd大于阀值vth的结果(如图9a所示)，并进入步骤s304。于步骤s304，处理单元104根据电压值vpd大于阀值vth的结果，判断电流i2(如图3所示)流出线圈10，依序通过节点n与第一体二极管221，并流入系统高电压vcc处。反之，当节点n的电压vn没有在该预定时间内往上增加至高于系统高电压vcc的该电压值，处理单元104将于步骤s303得到电压值vpd小于阀值vth的结果(如图9b所示)，并进入步骤s305。于步骤s305，处理单元104根据电压值vpd小于阀值vth的结果，判断电流i3(如图4所示)流出系统低电压vss处，依序通过第二体二极管241与节点n，并流入线圈10。
80.其中，图9a中所示的高于系统高电压vcc的电压值曲线与图9b中所示的低于系统低电压vss的电压值曲线仅是为了方便说明与理解而绘示，实际上本揭示内容并不会量测高于系统高电压vcc以及低于系统低电压vss的电压值。
81.此外，以节点n的电压vn从系统高电压vcc变换为系统低电压vss的期间(图中未示)来说，若马达驱动电路20在进入静滞区时存在如图3所示的电流i2，则代表节点n的电压vn不会在该预定时间内往下减少至低于系统低电压vss的一电压值(图中未示)。据此，处理单元104将于步骤s303得到电压值vpd大于阀值vth的结果，并进入步骤s304。反之，若在马达驱动电路20进入静滞区时存在如图4所示的电流i3，则代表节点n的电压vn会在该预定时间内往下减少至低于系统低电压vss的一电压值(图中未示)。据此，处理单元104将于步骤s303得到电压值vpd小于阀值vth的结果，并进入步骤s305。
82.本揭示内容的电流状态判断电路100可根据节点n的电压vn变化，判断在静滞区时线圈10中电流的状态。由于不需量测高于系统高电压vcc或低于系统低电压vss的电压值，电流状态判断电路100可不需增加辅助电路，还可在节点n的电压vn介于系统高电压vcc与系统低电压vss之间时判断线圈10中电流的状态。此外，有了电流状态判断电路100所获取的电流的相位信息，有助于调整电流与马达的反电动势间的相位关系，使得马达能以最佳转速值运转。
83.虽然本揭示内容已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本揭示内容，所属技
术领域具有通常知识者在不脱离本揭示内容的精神和范围内，当可作各种更动与润饰，因此本揭示内容的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。