用于在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間跟蹤電機轉(zhuǎn)子的方位的跟蹤電路和方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及用于在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間跟蹤電機轉(zhuǎn)子的方位的跟蹤電路和方法。
【背景技術】
[0002]三相無傳感器、同步、正弦波永磁電機驅(qū)動器是常用的電機驅(qū)動器。為了使三相驅(qū)動器被正確地計時，即被正確地換向，使用這種類型的電機驅(qū)動器需要使得該驅(qū)動器知悉(永磁體所安裝至的)轉(zhuǎn)子的位置。當電機被供電時，使用驅(qū)動電壓和驅(qū)動電流之間的相位關系，可以確定轉(zhuǎn)子的位置。該關系通常被連續(xù)地監(jiān)視和控制，轉(zhuǎn)子一旦“開環(huán)”增加至合適速度，之后就變成自換向(self-commutating)。
[0003]然而，無傳感器驅(qū)動器的特點是它們對驅(qū)動電源的變化敏感。驅(qū)動電源必須精確地匹配至電機特性，并且如果電源有擾動則電機很容易停止。這是因為電壓和電流必須根據(jù)轉(zhuǎn)子的方位施加至驅(qū)動器。在無傳感器驅(qū)動器中，僅可以獲得間接證據(jù)以顯示轉(zhuǎn)子位置。在轉(zhuǎn)子的自換向運行過程中，電機驅(qū)動器具有這些信息，但是如果出現(xiàn)供電中斷并且轉(zhuǎn)子變慢，重新供電時驅(qū)動器就不知道轉(zhuǎn)子在哪里。
[0004]如果電力恢復時電源的擾動使電機停止，那么在開始這些電機驅(qū)動器所需要的“開環(huán)”啟動程序之前，必須等到轉(zhuǎn)子停下來。
[0005]例如，對于飛機燃料泵的情況，期望提供“熱重啟”一一如果電力中斷足夠短，期望一旦重新供電電機就再次加速，而不是等到轉(zhuǎn)子停止后再重啟。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]根據(jù)本發(fā)明的第一方面，提供了一種用于在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間跟蹤電機的轉(zhuǎn)子的方位的跟蹤電路，該電路包括:
[0007]-用于在電源功率損失期間產(chǎn)生驅(qū)動信號的電能存儲器；
[0008]-鎖相環(huán)，其被配置為接收驅(qū)動信號和電源功率損失期間轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時產(chǎn)生的感應信號作為輸入，以使驅(qū)動信號的變化被鎖定至感應信號的變化。
[0009]有利地，跟蹤電路被配置為通過監(jiān)視轉(zhuǎn)子的連續(xù)旋轉(zhuǎn)所產(chǎn)生的感應信號跟蹤轉(zhuǎn)子的方位。已知感應信號與轉(zhuǎn)子的方位有關，因此通過根據(jù)感應信號的變化改變驅(qū)動信號，然后可以在其時施加所述驅(qū)動信號以用于“熱重啟”，即不需要首先等待轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)的對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動器的重啟。
[0010]在一個實施例中，鎖相環(huán)被配置為將驅(qū)動信號的頻率鎖定至感應信號的頻率，而在另外的實施例中，鎖相環(huán)被配置為或者進一步被配置為將驅(qū)動信號的相位鎖定至感應信號的相位。
[0011]優(yōu)選地，感應信號包括反電動勢(EMF)信號。使用具有I型相位誤差響應(即，具有恒定驅(qū)動頻率，相位誤差降為零)的鎖相環(huán)(PLL)測量電機反EMF和驅(qū)動信號之間的相位關系。因此，當電機速度降低時，驅(qū)動信號以與速度衰減速率成比例的恒定相位誤差或緩慢變化地相位誤差跟隨電機速度的降低。
[0012]所述電能存儲器可以包括電容器，在一個實施例中，所述電能存儲器或者電容器被配置為在驅(qū)動轉(zhuǎn)子過程中存儲電能。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種用于為電機的轉(zhuǎn)子提供驅(qū)動的多相電機驅(qū)動裝置，該裝置包括:
[0014]-驅(qū)動電路，其可與電機電連接并且被配置為接收電源功率用于為轉(zhuǎn)子提供旋轉(zhuǎn)驅(qū)動；
[0015]-根據(jù)所述第一方面的用于在驅(qū)動電路的電源功率損失期間跟蹤電機的轉(zhuǎn)子方位的跟蹤電路，跟蹤電路可電連接至電機；以及，
[0016]-包括用于監(jiān)視到達驅(qū)動電路的電源功率的監(jiān)視器的轉(zhuǎn)換電路，轉(zhuǎn)換電路被配置為根據(jù)被監(jiān)視的到達驅(qū)動電路的電源功率在驅(qū)動電路和跟蹤電路之間切換電機的電連接。
[0017]在一個實施例中，轉(zhuǎn)換電路被配置為監(jiān)視到達驅(qū)動電路的電源功率水平并且當被監(jiān)視的到達驅(qū)動電路的電源功率水平下降至低于閾值時將電機的電連接從驅(qū)動電路切換至跟蹤電路。轉(zhuǎn)換電路進一步被配置為當被監(jiān)視的到達驅(qū)動電路的電源功率水平增加至一個閾值或者所述閾值之上時，將電機的電連接從跟蹤電路切換至驅(qū)動電路。以此方式，轉(zhuǎn)換電路被配置為監(jiān)視供應至電機的電源功率以使在斷電期間，跟蹤電路能夠跟蹤轉(zhuǎn)子的方位，因此當電力恢復時，驅(qū)動功率的驅(qū)動頻率和相位可以與轉(zhuǎn)子的方位合適地匹配以提供熱重啟。
[0018]在一個實施例中，驅(qū)動電路包括驅(qū)動分配器，用于將驅(qū)動功率分配成相位相差120°或/3弧度的三個驅(qū)動功率信號，從而為電機提供三相電源。
[0019]根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間跟蹤電機的轉(zhuǎn)子的方位的方法，該方法包括如下步驟:
[0020]-在電源功率供應至電機驅(qū)動器期間將電能存儲在電能存儲器中；
[0021]-在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間使用來自電能存儲器的電能產(chǎn)生驅(qū)動信號；
[0022]-在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間根據(jù)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的感應信號改變驅(qū)動信號。
[0023]該方法優(yōu)選地包括提供驅(qū)動信號和感應信號作為鎖相環(huán)的輸入，以使驅(qū)動信號的頻率(且也可能是其相位)跟蹤感應信號的頻率(也可能跟蹤其相位)。
[0024]根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供了一種驅(qū)動多相電機的轉(zhuǎn)子的方法，該方法包括如下步驟:
[0025]-監(jiān)視驅(qū)動電路的電源，該驅(qū)動電路被配置為驅(qū)動電機的轉(zhuǎn)子；
[0026]-根據(jù)所監(jiān)視的電源在驅(qū)動電路和跟蹤電路之間切換電機的電連接，跟蹤電路用于根據(jù)所述第二方面的方法在驅(qū)動電路的電源功率損失期間跟蹤電機的轉(zhuǎn)子的方位。
【附圖說明】
[0027]現(xiàn)在參照附圖僅通過示例的方式說明本發(fā)明的實施例，其中:
[0028]圖1是根據(jù)本發(fā)明實施例的包含跟蹤電路的多相電機驅(qū)動裝置的示意圖；
[0029]圖2是示出與根據(jù)本發(fā)明實施例的驅(qū)動多相電機的轉(zhuǎn)子的方法有關的步驟的流程圖，該方法包括在電機驅(qū)動器的電源功率損失期間跟蹤電機轉(zhuǎn)子的方位的方法；
[0030]圖3a是在包含電力中斷的期間到達電機的驅(qū)動功率的相位變化的圖示；
[0031]圖3b是在包含電力中斷的期間轉(zhuǎn)子速度變化的圖示；以及，
[0032]圖3c是在包含電力中斷的期間到達VCO的DC控制信號頻率隨時間的變化的圖示;
【具體實施方式】
[0033]參照附圖的圖1，其示出了用于驅(qū)動多相電機11的轉(zhuǎn)子(未示出)的多相電機驅(qū)動裝置10的示意圖。在所示的實施例中，電機11包括三相電機，正因為如此，驅(qū)動裝置10包括三相驅(qū)動裝置。裝置10包括用于在電源功率供應至驅(qū)動電路期間驅(qū)動電機的驅(qū)動電路20，以及根據(jù)本發(fā)明實施例的用于在電源功率損失期間跟蹤電機11的轉(zhuǎn)子的方位的跟蹤電路30，進而當電力恢復時，不必首先等待轉(zhuǎn)子停止旋轉(zhuǎn)就可以開始對轉(zhuǎn)子的驅(qū)動。
[0034]驅(qū)動電路20包括相位比較器21，其被配置為于不同的輸入通道12、13接收電機驅(qū)動電流和正交電流。比較器21測量這些信號的比值并且生成傳至模塊22的相位誤差，模塊22被配置為生成用于驅(qū)動壓控振蕩器23的電壓控制信號。所述控制信號沿將所述模塊與壓控振蕩器(VCO) 23電連接的電通路24傳至壓控振蕩器(VCO) 23。通路24包括串聯(lián)的電阻25和開關SI，開關SI被配置為選擇性地將VCO 23連接至模塊22。通路24還包括布置在開關SI下游、與通路24并聯(lián)的電容器。在所示的實施例中，電容器26的一端耦合至通路24，而相對端耦合至電接地。
[0035]VCO 23被配置為響應于來自模塊22的控制信號生成驅(qū)動頻率信號并且該驅(qū)動頻率信號傳至驅(qū)動分配器27，驅(qū)動分配器27被配置為將驅(qū)動頻率信號分成沿三個不同通道“a”、“b”和“c”的驅(qū)動電壓信號，每個信號的相位相差120°或/3弧度。驅(qū)動功率信號用作功率放大器28的種子輸入(seed input)，功率放大器28隨后將驅(qū)動電壓信號放大以經(jīng)由三個高功率通道A、B和C驅(qū)動三相電機11。
[0036]跟蹤電路30包括鎖相環(huán)31，鎖相環(huán)31被配置為接收沿第一通道32的感應信號(即成比例的反電動勢)作為輸入，感應信號是在驅(qū)動電路20的功率損失期間通過轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的。鎖相環(huán)31還被配置為接收沿第二通道33的驅(qū)動電壓信號，例如來自驅(qū)動分配器27的沿通道“a”的信號，作為輸入。鎖相環(huán)31的輸出通過另一電阻34和開關S2的串聯(lián)在開關SI的下游所通過的位置電耦合至與驅(qū)動電路20關聯(lián)的通路24。
[0037]驅(qū)動裝置10還包括轉(zhuǎn)換電路40，轉(zhuǎn)換電路40包括用于監(jiān)視沿通道A、B和C的輸入功率信號的傳感器41并且被配置為根據(jù)所監(jiān)視的輸入功率水平選擇性地切換開關SI和S2的狀態(tài)。
[0038]該裝置還包括電能存儲器50，電能存儲器50被配置為在電機1