本論文主要為小型無刷直流風扇馬達驅動電路之實現，在H橋加入換相時的保護機制，並加入低電流限制器及低轉速限制器等功能，使馬達轉動更加穩定。而在轉速控制策略部分，使用速度回授控制器改善高頻全轉激磁時的噪音問題，並搭配熱敏電阻的分壓電路來達到溫度控制轉速。最後為了降低電路的成本與縮小體積，提出無感測模組之設計，並實現無感測模組下的轉速控制。

This thesis focues on the realization of small size brushless DC fan motor driving circuit, adding the protection circuit of commutation to H bridge, in addition, the function of low current limiter, and slow rotation speed limiter are also implemented to the more stable rotation. With regard to the strategy of rotation speed control, we use speed feedback controller to slove noise problem which occurs in high frequency full speed excited and adopt thermistor accompanied with the voltage divided circuit to achieve speed control with temperature. Finally, for the sake of reducing the cost and shrinking the size of system, the design of sensorless mode is proposed and the rotation speed control system is realized under sensorless mode.

中文摘要 I
英文摘要 II
目錄 III
圖目錄 VI
表目錄 XI
第一章 緒論 1
1.1 研究動機與目的 1
1.2 馬達之選擇 2
1.3 論文架構 4
第二章 無刷直流風扇馬達系統架構與操作原理 5
2.1 單相無刷直流風扇馬達構造 5
2.1-1 無刷直流風扇馬達之數學模型 6
2.1-2 無刷直流風扇馬達之規格 10
2.2 使用霍爾元件時轉子位置檢測方式 11
2.3 轉速估測的方法與介紹 14
2.3-1 使用霍爾元件時之轉速估測 14
2.3-2 無感測時之轉速估測方法 16
第三章 驅動電路與轉速控制策略的設計 20
3.1驅動電路的設計 20
3.1-1差動輸入級的設計 21
3.1-2 失效時間(Dead Time)的插入電路 22
3.1-3 輸出級H橋的設計 23
3.1-4 Snubber 緩衝電路 29
3.1-5 輸出電流限制器 33
3.2轉速控制策略分析 35
3.2-1開迴路轉速控制 35
3.2-2閉迴路轉速控制策略 38
3.2-3 傳統式回授控制器(對稱型PWM調變) 39
3.2-4 One-Multi Shoot回授控制器(非對稱型PWM調變) 41
3.2-5 低轉速限制器 46
3.2-6溫度控制策略 47
3.3 對稱型與非對稱型的PWM控制方法比較 48
3.3-1 馬達目前轉速(FG)與轉速命令調變(PWM)的相位延遲現象 49
3.3-2 轉速命令調變下輸出級線圈電壓的脈寬不對稱情形 50
3.4 以速度回授減少功率消耗與高頻噪音 51
3.5 硬體電路模擬 52
3.5-1 開迴路轉速控制模擬 53
3.5-2 傳統式速度回授控制模擬 55
3.5-3 "One Multi Shoot"回授控制器模擬 57
第四章 無感測之起動策略及模組分析 59
4.1 前言 59
4.2無感測模式之起動策略 59
4.3無感測模組分析 63
第五章 實驗結果與分析 72
5.1 前言 72
5.2開迴路轉速控制實際波形分析 72
5.3 閉迴路轉速控制實際波形分析 75
5.3-1 傳統式速度回授控制 75
5.3-2 "One-Multi Shoot"速度回授控制 79
5.4 無感測模組之實驗結果分析 83
第六章 結論與未來展望 91
參考文獻 92

[1] J.S. Mayer, O. Wasynczuk “Analysis and Modeling of A Single-Phase Brushless DC Motor Drive System” 1989
[2] Satoshi Ogasawara and Hirofumi Akagi, “ An Approach to Position Sensorless Drive for Brushless Dc Motors” , IEEE Transactions on Industry Applications, VOL. 27, NO. 5, 1991
[3] JoohnSheok Kim and SeungKi Sul, “ New Stand-still Position Detection Strategy for
PMSM Drive Without Rotational Transducers” ,IEEE 1994
[4] Toshihiko Noguchi, Kazunori Yamada,Seiji Kondo, and Isao Takahashi, “ Initial Rotor Position Estimation Method of Sensorless PM Synchronous Motor with No Sensitivity to Armature Resistance” , IEEE Transactions on Inductrial Electronics,
VOL. 45, NO. 1, 1998
[5] SANYO Technologies，“LB1862 Fan Motor Single-Phase Full-Wave Driver”,1999
[6] SANYO Technologies，“LA6538T Single-Phase Full-Wave Fan Motor Driver”, 2000
[7] NICERA Technologies，“High Output Type Hall Element ,NHE520SR”,2001
[8] Byung-IlKwon, Byoung-YullYang, Seung-ChanPark and Young-SunJin “Novel Topology of Unequal Air Gap in a Single-Phase Brushless DC Motor” IEEE Transctions on Maginetics 2001
[9] András Lelkes, Jens Krotsch, Rik W. De Doncker, ”Low-Noise External Rotor BLDC
Motor for Fan Applications”，IEEE 2002
[10] ROHM Technologies，“ Single-Phase Full-Wave Motor Driver BA6427F”,2003
[11] ROHM Technologies，“BH6779FVM Single-Phase Full-Wave Motor Driver for Fan Motor ”,2003
[12] SEI Technologies，“Specification for Approval, Model NO: D4008B05MD-001”,，2004
[13] ZETEX Technologies，“ZXBM1015 Variable Speed Single-Phase Fan Motor Controller ”,2004
[14] Masataka Nonaka “Motor Driving Device” United States Patent US6,731,086” 2004
[15] SEI Technologies，“Specification for Approval, Model NO:A7020B12UD”,2005
[16] ROHM Technologies，“ Single-Phase Full-Wave Motor Driver for Fan Motor BD6709FS”,2005
[17] FORTUNE Technologies，“ FS6101_1 Single-Phase Full-Wave Motor Driver ”，2005
[18] SANYO Technologies“LB8500M Product Outline”,2005
[19] Taoyuan Hsien “Method for Starting Single Phase BLDCM Having Asymmetrical Air Gap” United States Patent US 2006/0197478 A1
[20] Taoyuan Hsien “Starting Method For Hall-less Single-Phase BLDCM” United States Patent US 2006/0220602 A1
[21] Taoyuan Hsien “Method and Circuit for Controlling Sensorless Single-Phase BLDCM” United States Patent US 2006/0197478 A1
[22] 王金標 編譯，“電力裝置的使用法與實用控制電路設計法”，文笙書局，民國80年12月。
[23] 李傳亮 編譯，“運算放大器技術入門附CAE應用”，全華科技圖書，民國83年12月。
[24] 梁適安 編譯，“高頻交換式電源供應器原理與設計 第二版”，全華科技圖書，民國84年。
[25] 許書務 編譯，“感測器規格表”，電子技術出版社，民國86年6月。
[26] 盧明智、黃敏祥 編著，“OP Amp 應用+實驗模擬”，全華科技圖書，民國87年6月。
[27] 杜慶豪，“高性能電動機車無刷直流馬達驅動器之製作”，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國89年6月。
[28] 李吉明，“直流無刷馬達驅動電流波形最佳化”，國立台灣大學機械工程所碩士論文，民國89年6月。
[29] 羅永昌 編譯，“電動機控制”，高立圖書，民國90年3月。
[30] 胡仁傑，“以數位信號處理器為基礎之在線式不斷電系統電源裝置” ，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國90年6月。
[31] 吳南億，“以數位信號處理器為基礎之電動機車無刷馬達驅動器”，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國90年7月。
[32] 孫清華 編譯，“最新無刷直流馬達”，全華科技圖書，民國90年12月。
[33] 江炫樟 編譯，“電力電子學”，全華科技圖書，民國92年7月。
[34] 胡哲深，“具脈波寬度調變速度控制之風扇馬達驅動晶片研製”，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國94年7月。
[35] 張肇中，“單相全波風扇馬達驅動晶片之設計”，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國94年7月。
[36] 張纈贏，“單相全波無刷直流風扇馬達驅動器之研製”，國立中山大學電機工程系碩士論文，民國95年10月。