專利名稱：無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于機(jī)械工程領(lǐng)域，涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法。
背景技術(shù)：
無(wú)刷直流電機(jī)具有體積小、質(zhì)量輕、效率高、損耗小等特點(diǎn)，不僅已大規(guī)模應(yīng)用于航空、航天、機(jī)械、汽車等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，還廣泛應(yīng)用于空調(diào)、冰箱、電動(dòng)單車等民用領(lǐng)域。通常，無(wú)刷直流電機(jī)一般采用位置傳感器確定電機(jī)轉(zhuǎn)子位置，但安裝位置傳感器提高了系統(tǒng)成本、增加了系統(tǒng)復(fù)雜性，降低了系統(tǒng)可靠性和抗干擾能力，因此無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)控制技術(shù)已成為電機(jī)控制領(lǐng)域研究的一個(gè)熱點(diǎn)。目前，對(duì)無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)的研究主要有反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法、續(xù)流二極管導(dǎo)通檢測(cè)法、磁鏈法、反電動(dòng)勢(shì)三次諧波檢測(cè)法等方法。由于反電勢(shì)法實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，不需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的硬件電路，系統(tǒng)構(gòu)成成本比較低，技術(shù)方案比較成熟，因此是一種應(yīng)用場(chǎng)合最多的轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)方法。國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者都對(duì)此方法進(jìn)行了深入研究，提出了很多不同的反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法。反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法不需要實(shí)際中性點(diǎn)信號(hào)，實(shí)現(xiàn)起來(lái)簡(jiǎn)單，但是由于低轉(zhuǎn)速時(shí)反電勢(shì)幅值很小，而且是經(jīng)過(guò)電阻分壓后才獲取的信號(hào)，與虛擬中性點(diǎn)電壓相比較電壓幅值更低，導(dǎo)致反電勢(shì)過(guò)零電路在電機(jī)啟動(dòng)或低速期間無(wú)法有效工作。而當(dāng)電機(jī)處于高速運(yùn)行狀態(tài)時(shí)，過(guò)高的反電勢(shì)將嚴(yán)重影響反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路正常工作，甚至損壞過(guò)零檢測(cè)電路，從而無(wú)法保證電機(jī)在高速狀態(tài)下正常運(yùn)行。因此，基于反電勢(shì)的無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)調(diào)速范圍具有一定的局限性。因此，有必要設(shè)計(jì)一種新型的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，該無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法能有效檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零信號(hào)，電路簡(jiǎn)單，易于實(shí)施，易于控制，能保證電機(jī)工作于更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。發(fā)明的技術(shù)解決方案如下一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，所述的無(wú)刷直流電機(jī)的三相繞組通過(guò)橋式逆變器與直流電源相連，橋式逆變器由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管連接而成；其特征在于，包括用于檢測(cè)A、B和C相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)模塊；每一個(gè)檢測(cè)模塊包括比較器和兩個(gè)結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)相同的電子開(kāi)關(guān)分壓模塊；第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端連接對(duì)應(yīng)相繞組的端點(diǎn)，第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端連接控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L，第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端接比較器的第一輸入端；第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端連接參考信號(hào)Vref，第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端連接控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L，第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端接比較器的第二輸入端；
比較器的輸出端輸出對(duì)應(yīng)相的反電勢(shì)過(guò)零信號(hào)。每一個(gè)所述的電子開(kāi)關(guān)分壓模塊包括第一分壓電阻(rl)、第二分壓電阻(r2)、第三電阻(Re)和第四電阻(Rb)、濾波電容(c)和NPN型的三極管；第一分壓電阻的一端為電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端；第一分壓電阻的另一端通過(guò)第二分壓電阻接地；濾波電容與第二分壓電阻并聯(lián)，第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接點(diǎn)為電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端；第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接點(diǎn)通過(guò)第三電阻接三極管的C極；三極管的B極經(jīng)第四電阻接電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端；三極管的E極接地；無(wú)刷直流電機(jī)的導(dǎo)通方式為兩兩導(dǎo)通方式，即在工作時(shí)，具有H_PWM_0N-L_0N和H_PWM_0FF-L_0N兩種模式，上橋臂采用PWM調(diào)制，下橋臂采取直通模式，其中H_PWM_0N_L_ON是上橋臂PWM調(diào)制信號(hào)為高電平時(shí)期，H_PWM_0FF_L_0N是上橋臂PWM調(diào)制信號(hào)為低電平時(shí)期；控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比小于或等于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_0FF-L_0N時(shí)段，參考信號(hào)Vref = O ；控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比小于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_0N_L_ON時(shí)段，參考信號(hào)Vref = Ud/2 ;其中Ud為直流母線電壓。一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，采用前述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，并基于控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L和三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)模塊分別檢測(cè)A、B和C相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零信號(hào)，對(duì)于A、B、C三相中的任一相，有控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比小于或等于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_0FF-L_0N時(shí)段，參考信號(hào)Vref = O ；控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比小于50 %時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_0N_L_ON時(shí)段，參考信號(hào)Vref = Ud/2 ;其中Ud為直流母線電壓?？刂菩盘?hào)DSP_EMF_C0NTR0L為方波信號(hào)，控制信號(hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比與無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比?？刂菩盘?hào)DSP_EMF_C0NTR0L的占空比為50%時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的 90%。本發(fā)明涉及的技術(shù)路線如下反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)原理無(wú)位置傳感器無(wú)刷直流電機(jī)常見(jiàn)的導(dǎo)通方式可分為兩兩導(dǎo)通和三三導(dǎo)通兩種工作方式。兩兩導(dǎo)通方式是指無(wú)刷直流電機(jī)在任意時(shí)刻均有兩相繞組導(dǎo)通，另外一相繞組處于懸空狀態(tài)。三三導(dǎo)通方式指每一瞬間逆變橋均有三只功率器件同時(shí)通電。本發(fā)明采用兩兩導(dǎo)通方式，如

圖1所示，功率開(kāi)關(guān)管T1 T6共有六種開(kāi)關(guān)組合狀態(tài)，每隔1/6周期換相一次，每次換相切換一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管，每一個(gè)功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通120°的電角度。電機(jī)順時(shí)鐘方向旋轉(zhuǎn)時(shí)，功率開(kāi)關(guān)管導(dǎo)通規(guī)律如表I所示，按照空間360°電度角將轉(zhuǎn)子位置均分成I VI等6個(gè)區(qū)域，在不同位置區(qū)域切換功率開(kāi)關(guān)組合。表I中，正通表示某相電流從功率電路流向電機(jī)繞組，反通表示某相電流由電機(jī)繞組流回功率電路。在電機(jī)運(yùn)行過(guò)程中，由于定子繞組切割轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)，在定子繞組中將產(chǎn)生反電勢(shì)e，反電勢(shì)e的大小正比于電機(jī)的轉(zhuǎn)速和氣隙磁密，并隨轉(zhuǎn)子極性的改變而改變。當(dāng)反電勢(shì)e的正方向確定后，反電勢(shì)e將隨轉(zhuǎn)子極性的改變而出現(xiàn)正負(fù)變化。如圖2所示，在兩兩導(dǎo)通全橋驅(qū)動(dòng)電路中，假設(shè)導(dǎo)通相流過(guò)的電流為矩形波，則在定子三相繞組中將產(chǎn)生梯形波反電勢(shì)e，將反電勢(shì)e過(guò)零信號(hào)點(diǎn)延時(shí)30°電度角即可得到功率開(kāi)關(guān)管換相點(diǎn)(參見(jiàn)文獻(xiàn)張磊，肖偉，瞿文龍.直接檢測(cè)無(wú)刷直流電機(jī)轉(zhuǎn)子位置信號(hào)的方法[J]·清華大學(xué)學(xué)報(bào)自然科學(xué)版,2006，46 (4) :453-456.)。因此,反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)法一般是在獲取電機(jī)三相繞組中不通電相(懸空相)反電勢(shì)信號(hào)的基礎(chǔ)上，將其與參考信號(hào)參考信號(hào)見(jiàn)后文進(jìn)行比較獲得過(guò) 零信號(hào)，再通過(guò)對(duì)該過(guò)零信號(hào)進(jìn)行相應(yīng)的角度延時(shí)即可得到轉(zhuǎn)子的位置信息，從而控制電機(jī)換相。在理想狀態(tài)下電機(jī)繞組反電勢(shì)過(guò)零信號(hào)點(diǎn)超前電機(jī)換相點(diǎn)30°電角度，但實(shí)際應(yīng)用中，如圖3所示，通常將不通電相相繞組端點(diǎn)電壓V。經(jīng)過(guò)電阻η和r2分壓，采用電容C1濾波后得到更加穩(wěn)定的信號(hào)V1,然后將其送入專用比較器與參考信號(hào)進(jìn)行比較，即可獲得反電勢(shì)的過(guò)零點(diǎn)信號(hào)。表I三相星形繞組全控橋式無(wú)刷直流電機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)規(guī)律
權(quán)利要求
1.一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，所述的無(wú)刷直流電機(jī)的三相繞組通過(guò)橋式逆變器與直流電源相連，橋式逆變器由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管連接而成；其特征在于，包括用于檢測(cè)A、B和C相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)模塊； 每一個(gè)檢測(cè)模塊包括比較器和兩個(gè)結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)相同的電子開(kāi)關(guān)分壓模塊； 第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端連接對(duì)應(yīng)相繞組的端點(diǎn)，第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端連接控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL，第一電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端接比較器的第一輸入端； 第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端連接參考信號(hào)Vref，第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端連接控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL，第二電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端接比較器的第二輸入端； 比較器的輸出端輸出對(duì)應(yīng)相的反電勢(shì)過(guò)零信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，其特征在于， 每一個(gè)所述的電子開(kāi)關(guān)分壓模塊包括第一分壓電阻(rl)、第二分壓電阻(r2)、第三電阻(Re)和第四電阻(Rb)、濾波電容(c)和NPN型的三極管； 第一分壓電阻的一端為電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第一輸入端；第一分壓電阻的另一端通過(guò)第二分壓電阻接地；濾波電容與第二分壓電阻并聯(lián)，第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接點(diǎn)為電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的輸出端； 第一分壓電阻與第二分壓電阻的連接點(diǎn)通過(guò)第三電阻接三極管的C極；三極管的B極經(jīng)第四電阻接電子開(kāi)關(guān)分壓模塊的第二輸入端；三極管的E極接地； 無(wú)刷直流電機(jī)的導(dǎo)通方式為兩兩導(dǎo)通方式，即在工作時(shí)，具有H_PWM_ON-L_ON和H_PWM_OFF-L_ON兩種模式，上橋臂采用PWM調(diào)制，下橋臂采取直通模式，其中H_PWM_ON_L_ON是上橋臂PWM調(diào)制信號(hào)為高電平時(shí)期，H_PWM_OFF-L_ON是上橋臂PWM調(diào)制信號(hào)為低電平時(shí)期； 控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比小于或等于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_0FF-L_0N時(shí)段，參考信號(hào)Vref = O ； 控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比小于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_ON_L_ON時(shí)段，參考信號(hào)Vref = Ud/2 ;其中Ud為直流母線電壓。
3.—種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，其特征在于，采用權(quán)利要求2所述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，并基于控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL和三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)模塊分別檢測(cè)A、B和C相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零信號(hào),對(duì)于A、B、C三相中的任一相,有 控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比小于或等于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_OFF-L_ON時(shí)段，參考信號(hào)Vref = O ； 控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比小于50%時(shí)，相電壓采樣是在H_PWM_ON_L_ON時(shí)段，參考信號(hào)Vref = U/2 ;其中Ud為直流母線電壓。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，其特征在于，控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL為方波信號(hào)，控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比與無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速成正比。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)方法，其特征在于，控制信號(hào)DSP_EMF_CONTROL的占空比為50%時(shí)，無(wú)刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速為額定轉(zhuǎn)速的90%。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法，所述的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路，所述的無(wú)刷直流電機(jī)的三相繞組通過(guò)橋式逆變器與直流電源相連，橋式逆變器由6個(gè)功率開(kāi)關(guān)管連接而成；其特征在于，包括用于檢測(cè)A、B和C相的反電動(dòng)勢(shì)過(guò)零的三個(gè)結(jié)構(gòu)相同的檢測(cè)模塊；每一個(gè)檢測(cè)模塊包括比較器和兩個(gè)結(jié)構(gòu)及電路參數(shù)相同的電子開(kāi)關(guān)分壓模塊。本發(fā)明可以避免高速時(shí)反電勢(shì)幅值高于檢測(cè)電路供電電壓的危險(xiǎn)。同時(shí)，根據(jù)控制信號(hào)占空比切換低速區(qū)與高速區(qū)反電勢(shì)采樣方式，能有效改善在低速區(qū)時(shí)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)效果。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，本發(fā)明提出的無(wú)刷直流電機(jī)反電勢(shì)過(guò)零檢測(cè)電路及檢測(cè)方法能保證電機(jī)工作于更寬的轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)。
文檔編號(hào)G01R19/175GK103018541SQ20121046677
公開(kāi)日2013年4月3日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者朱俊杰 申請(qǐng)人:中南林業(yè)科技大學(xué)