本實(shí)用新型涉及無刷直流電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種無位置傳感器電機(jī)速度檢測電路。

背景技術(shù)：

速度檢測是電機(jī)調(diào)速系統(tǒng)中的核心單元，主要完成對電機(jī)的速度進(jìn)行實(shí)時(shí)的計(jì)算，可以廣泛應(yīng)用于航空航天、船舶、兵器、電子等軍用領(lǐng)域和電動(dòng)汽車、機(jī)器人、無人機(jī)等工業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域。

當(dāng)前，所采用的無位置速度檢測方法，是將端電壓檢測信號進(jìn)行深度濾波且經(jīng)隔直之后送入比較器，根據(jù)單相反電勢過零點(diǎn)信號進(jìn)行速度計(jì)算。具體如下：速度算法開始將計(jì)數(shù)器清零，每捕獲一個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘信號(CLK)的上升沿，計(jì)數(shù)器進(jìn)行加1計(jì)數(shù)，如果此時(shí)電機(jī)某相反電動(dòng)勢過零點(diǎn)信號(以下簡稱過零點(diǎn)信號)(H)沒有翻轉(zhuǎn)，計(jì)數(shù)器繼續(xù)計(jì)數(shù)，直至過零點(diǎn)信號翻轉(zhuǎn)為止，此時(shí)將計(jì)數(shù)所得數(shù)值存儲(chǔ)至預(yù)先定義的寄存器中(C_A)；如果在過零點(diǎn)信號翻轉(zhuǎn)之前，計(jì)數(shù)值已經(jīng)達(dá)到最大，發(fā)生溢出，此時(shí)不對計(jì)數(shù)值進(jìn)行存儲(chǔ)，重新開始計(jì)數(shù)，最后，將計(jì)數(shù)器所得值換算成時(shí)間并對應(yīng)電機(jī)所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)(P對極/2^P圈)進(jìn)行轉(zhuǎn)速計(jì)算得到：Speed＝60f_clk/2^p C_A，其中，f_clk表示時(shí)鐘頻率。

上述電機(jī)速度檢測方法，有明顯的缺陷：(1)比較器作為信號比較，響應(yīng)時(shí)間稍微慢；(2)帶通濾波電路參數(shù)很難選取；(3)速度檢測算法不能消除定子線圈不對稱帶來的反電動(dòng)勢過零點(diǎn)信號不對稱，導(dǎo)致速度計(jì)算帶來誤差；(4)該軟件速度算法只適用于某一范圍的速度計(jì)算；(5)該軟件速度算法軟件容易受到干擾。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型的目的在于提供一種無位置傳感器電機(jī)速度檢測電路，提高了速度檢測精度和檢測范圍，避免由于定子、轉(zhuǎn)子繞組安裝不對稱對檢測精度產(chǎn)生的影響等。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型采用了以下技術(shù)方案：

一種無位置傳感器電機(jī)速度檢測電路，包括端電壓采樣電路、濾波電路、信號比較電路和緩沖電路，所述端電壓采樣電路用于獲得當(dāng)前電機(jī)各相的端電壓，所述信號比較電路用于將采樣得到的電機(jī)端電壓與電機(jī)虛擬中性點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行比較，當(dāng)虛擬中性點(diǎn)電位高于電機(jī)非導(dǎo)通相端電壓，比較電路輸出低電平，反之輸出高電平，所述緩沖電路用于將比較所得到的電平信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換與數(shù)字處理芯片所需要的電平信號匹配。

所述信號比較電路包括比較器U1A、U1B、U2A及二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，所述比較器U1A的同相輸入端經(jīng)電阻R4與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D1的陽極相連，二極管D2的陽極與比較器U1A的同相輸入端相連，二極管D1和二極管D2的陰極均與電源相連，比較器U1A的輸出端分別經(jīng)電阻R1與電源相連、經(jīng)電容C1接地；比較器U1B的同相輸入端經(jīng)電阻R10與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D3的陽極相連，二極管D4的陽極與比較器U1B的同相輸入端相，二極管D3、D4的陰極均與電源相連，比較器U1B的輸出端分別經(jīng)電阻R9與電源相連、經(jīng)電容C5接地；比較器U2A的同相輸入端經(jīng)電阻R22與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D6的陽極相連，二極管D5的陽極與比較器U2A的反向輸入端相連，二極管D5、D6的陰極電源相連，比較器U2A的輸出端分別經(jīng)電阻R17與電源相連、經(jīng)電容C8接地；比較器U1A、U1B、U2A的反向輸入端均與濾波電路相連，其輸出端與緩沖電路相連。

所述端電壓采樣電路包括電阻R2、R5、R6、R12、R13、R14、R16、R21、R19、R20、R24，所述電阻R2的一端與電機(jī)A端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)電容R5、R6、R3與信號比較電路輸入端相連，所述電阻R14的一端與電機(jī)B端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)R12、R13、R11與信號比較電路的輸入端相連，電阻R21的一端與電機(jī)C端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)電阻R19、R20、R18與信號比較電路的輸入端相連，電阻R8的一端與比較器電路的輸入端相連，其另一端經(jīng)電容C10接地，電容C2并聯(lián)在電阻R8與電容C10的兩端；電容C7和電阻R15的一端與比較電路的輸入端相連，電容R7的另一端接地，電阻R15的另一端經(jīng)電容C10接地；電容C9和電阻R23的一端與比較電路的輸入端相連，電容C9的另一端接地，電阻R23的另一端經(jīng)電容C10接地。

由上述技術(shù)方案可知，本實(shí)用新型克服了現(xiàn)有方案速度檢測范圍窄、受到定子繞組、轉(zhuǎn)子安裝不對稱影響、精度低等不足，本實(shí)用新型中增加了速度計(jì)算通道和輔助寄存器，通過縮短速度計(jì)算周期等方式，不僅提高了速度檢測精度，避免定子繞組和轉(zhuǎn)子安裝不對稱問題，同時(shí)也提高了電機(jī)速度檢測范圍及速度軟件速度檢測的抗干擾能力。本實(shí)用新型能夠滿足各種無位置傳感器電機(jī)控制的使用，通過提高電機(jī)速度檢測信號的質(zhì)量，可以有效改善整個(gè)速度閉環(huán)的性能，從而實(shí)現(xiàn)對速度更好地控制。

附圖說明

圖1是本實(shí)用新型的電路圖；

圖2是本實(shí)用新型的方法流程圖；

圖3是本實(shí)用新型的軟件算法框圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖對本實(shí)用新型做進(jìn)一步說明：

如圖1所示，一種無位置傳感器電機(jī)速度檢測電路，包括端電壓采樣電路1、濾波電路2、信號比較電路3和緩沖電路4。端電壓采樣電路1用于獲得當(dāng)前電機(jī)各相的端電壓，為后續(xù)的電壓信號比較電路提供支撐。由于端電壓信號成分中受到電樞反應(yīng)、PWM斬波、續(xù)流等現(xiàn)象的干擾，因此，端電壓信號需要經(jīng)過低通濾波電路祛除相應(yīng)地干擾，為信號比較電路提供干凈純潔信號。信號比較電路3用于將采樣得到的電機(jī)端電壓與電機(jī)虛擬中性點(diǎn)的點(diǎn)位進(jìn)行比較，當(dāng)虛擬中性點(diǎn)電位高于電機(jī)非導(dǎo)通相端電壓，比較電路輸出低電平，反之輸出高電平。緩沖電路4用于將比較所得到的電平信號進(jìn)行轉(zhuǎn)換與數(shù)字處理芯片5所需要的電平信號匹配，該緩沖電路4同時(shí)具有信號電壓緩沖和整形作用。

信號比較電路3包括比較器U1A、U1B、U2A及二極管D1、D2、D3、D4、D5、D6，所述比較器U1A的同相輸入端經(jīng)電阻R4與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D1的陽極相連，二極管D2的陽極與比較器U1A的同相輸入端相連，二極管D1和二極管D2的陰極均與電源相連，比較器U1A的輸出端分別經(jīng)電阻R1與電源相連、經(jīng)電容C1接地；比較器U1B的同相輸入端經(jīng)電阻R10與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D3的陽極相連，二極管D4的陽極與比較器U1B的同相輸入端相，二極管D3、D4的陰極均與電源相連，比較器U1B的輸出端分別經(jīng)電阻R9與電源相連、經(jīng)電容C5接地；比較器U2A的同相輸入端經(jīng)電阻R22與濾波電路相連，其反向輸入端與二極管D6的陽極相連，二極管D5的陽極與比較器U2A的反向輸入端相連，二極管D5、D6的陰極電源相連，比較器U2A的輸出端分別經(jīng)電阻R17與電源相連、經(jīng)電容C8接地；比較器U1A、U1B、U2A的反向輸入端均與濾波電路相連，其輸出端與緩沖電路相連。

端電壓采樣電路1包括電阻R2、R5、R6、R12、R13、R14、R16、R21、R19、R20、R24，所述電阻R2的一端與電機(jī)A端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)電容R5、R6、R3與信號比較電路輸入端相連，所述電阻R14的一端與電機(jī)B端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)R12、R13、R11與信號比較電路的輸入端相連，電阻R21的一端與電機(jī)C端電壓輸出端相連，其另一端依次經(jīng)電阻R19、R20、R18與信號比較電路的輸入端相連，電阻R8的一端與比較器電路的輸入端相連，其另一端經(jīng)電容C10接地，電容C2并聯(lián)在電阻R8與電容C10的兩端；電容C7和電阻R15的一端與比較電路的輸入端相連，電容R7的另一端接地，電阻R15的另一端經(jīng)電容C10接地；電容C9和電阻R23的一端與比較電路的輸入端相連，電容C9的另一端接地，電阻R23的另一端經(jīng)電容C10接地。

根據(jù)軟件檢測硬件的脈沖信號對電機(jī)速度進(jìn)行計(jì)算，首先計(jì)數(shù)器進(jìn)行計(jì)數(shù)，當(dāng)捕獲到三路過零點(diǎn)信號任何一路有電平翻轉(zhuǎn)，來選擇當(dāng)前計(jì)算通道，將此時(shí)計(jì)數(shù)器的數(shù)值存儲(chǔ)至預(yù)先設(shè)定好的寄存器中，根據(jù)當(dāng)前寄存器值結(jié)合該通道前階段存儲(chǔ)寄存器的數(shù)值，構(gòu)成一個(gè)完整的機(jī)械周期，通過對該周期的速度取平均，可以得到電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)速。本實(shí)施例以A路過零點(diǎn)信號為例，具體包括以下步驟：

S1:在于程序運(yùn)行開始，計(jì)數(shù)器清零；

S2:選擇計(jì)數(shù)器時(shí)鐘作為基準(zhǔn)時(shí)鐘，當(dāng)檢測到基準(zhǔn)時(shí)鐘上升沿時(shí)，計(jì)數(shù)器值加1，直至遇到過零點(diǎn)信號的電平變化時(shí)，將計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)至預(yù)先指定的寄存器C₁中,若數(shù)值超過計(jì)數(shù)寄存器C₁所能存儲(chǔ)的范圍，但未檢測到電平的改變時(shí)，將計(jì)數(shù)周期及計(jì)數(shù)次數(shù)存儲(chǔ)至新的寄存器C₂中；

S3:當(dāng)檢測到過零點(diǎn)信號電平變化時(shí)，將此時(shí)的計(jì)數(shù)值存儲(chǔ)至指定寄存器C₃中，并同時(shí)對計(jì)數(shù)器進(jìn)行清零；

S4:對整個(gè)轉(zhuǎn)子周期中寄存器中數(shù)值進(jìn)行求和,得到總的計(jì)數(shù)為：

其中，C_A表示寄存器C₁中的數(shù)值，Q_A表示寄存器C₂中存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)周期，N_A表示寄存器C₂中存儲(chǔ)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)次數(shù)，C_A1表示寄存器C₃中存儲(chǔ)的計(jì)數(shù)值，P_A表示前一周期存儲(chǔ)寄存器的數(shù)值，T_H表示轉(zhuǎn)子周期中寄存器的總計(jì)數(shù)值。

S5：將A、B、C三相過零點(diǎn)信號進(jìn)行分別處理，如圖3所示，從圖中可以看出，該圖3包括兩個(gè)方面的內(nèi)容，通道計(jì)算和通道選取，通過計(jì)算是指三個(gè)通道均采用圖2所示的算法對轉(zhuǎn)子周期進(jìn)行計(jì)數(shù)，通道切換是指實(shí)時(shí)確定捕獲的過零點(diǎn)信號是哪路信號，決定當(dāng)前的速度根據(jù)該路信號進(jìn)行計(jì)算。從圖3中可以看出：速度是根據(jù)當(dāng)前計(jì)數(shù)值結(jié)合以前計(jì)數(shù)值構(gòu)成整個(gè)轉(zhuǎn)子周期進(jìn)行計(jì)算的，并且每60度電角度計(jì)算進(jìn)行一次速度計(jì)算，從理論上說，速度的檢測范圍可以任意大，但實(shí)際中受到時(shí)鐘信號頻率和寄存器位數(shù)的限制，速度范圍作相應(yīng)的調(diào)整；根據(jù)以上論述，可以得到電機(jī)的轉(zhuǎn)速(單位RPM)為：

其中，Speed表示電機(jī)轉(zhuǎn)速，k_n表示比例系數(shù)，其取值為0～1，f_clk表示，T_H表示轉(zhuǎn)子周期中寄存器的總計(jì)數(shù)值。

以上所述的實(shí)施例僅僅是對本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施方式進(jìn)行描述，并非對本實(shí)用新型的范圍進(jìn)行限定，在不脫離本實(shí)用新型設(shè)計(jì)精神的前提下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員對本實(shí)用新型的技術(shù)方案作出的各種變形和改進(jìn)，均應(yīng)落入本實(shí)用新型權(quán)利要求書確定的保護(hù)范圍內(nèi)。