CN102629846A

CN102629846A - 无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路

Info

Publication number: CN102629846A
Application number: CN2012100918230A
Authority: CN
Inventors: 李小清; 王仕博; 朱英启; 陆韵; 李忠坤
Original assignee: Huazhong University of Science and Technology
Current assignee: Huazhong University of Science and Technology
Priority date: 2012-03-31
Filing date: 2012-03-31
Publication date: 2012-08-08

Abstract

本发明公开了一种无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，它通过反电动势过零点检测电路检测三相的反电动势过零点并将检测结果通过光电隔离电路隔离后送入微处理器单元进行进一步处理，光电隔离电路将电机电路、检测电路与微处理器单元隔离开，这样防止了电机电路和检测电路中的电信号对微处理器输入信号的干扰，加强了微处理器单元工作的稳定性和系统的可靠性，并且通过微处理器单元中预存的相位补偿信息对反电动势相位进行补偿，确定反电动势的过零点和换相处理，进而可确定转子的位置而无需采用位置传感器，避免了位置传感器在高温高压、高干扰、高震荡等特殊环境中对系统的可靠性的影响，进一步保证了系统的可靠性。

Description

无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路

技术领域

本发明涉及无刷直流电机领域，具体涉及无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路。

背景技术

传统的有刷直流电机因为需要使用电刷和换向器而造成其具有寿命短、噪声大、可靠性差、结构复杂等不良特点，因而不能应用到一些特殊的场合。带位置传感器的无刷直流电机则需要较多的引出线、较精确的传感器安装位置，在一些如高温高压、高干扰、高震荡等特殊环的境中位置传感器的使用会大大降低系统的可靠性。无刷直流电机的无位置传感器驱动技术则是解决上述问题的一种方法。

无刷直流电机的转速是通过驱动电压来控制的，同时通过检测转子的位置实现驱动电源的电子换相。在众多的换相检测电路中反电动势法最为成熟。由于直流电机的转子位置和相应的电枢绕相组上的反电动势具有固定的关系，因而可以通过检测电机电枢相绕组上的电动势电压过零点的方法来确定转子的位置，这样就无需使用位置传感器件。

发明内容

本发明目的在于提供无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，是一种基于反电动势法的检测电路。其通过检测相电压间接获得反电动势信息进而确定转子的位置，提高了系统的可靠性。

为了解决现有技术中的这些问题，本发明提供的技术方案是：

无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，是基于反电动势法的换相检测电路。它包括依序布置的无刷直流电机等效电路、反电动势过零点检测电路、光电隔离电路以及微处理器单元，反电动势过零点检测电路的接口分别与无刷直流电机等效电路的三相输出线相连，所述反电动势过零点检测电路的三相反电动势输出线再分别与三组独立的光电隔离电路相连，三组光电隔离电路的输出端均接入微处理器单元。

更为详细的技术方案是：无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，它包括依序布置的无刷直流电机等效电路、反电动势过零点检测电路、光电隔离电路以及微处理器单元，反电动势过零点检测电路的接口分别与无刷直流电机等效电路的三相输出线相连，所述反电动势过零点检测电路的三相反电动势输出线再分别与三组独立的光电隔离电路相连，三组光电隔离电路的输出端均接入微处理器单元，所述三组独立的光电隔离电路分别为U相光电隔离电路、V相光电隔离电路以及W相光电隔离电路, 每一相的光电隔离电路的电路结构相同，每一相的光电隔离电路的输出端接入微处理器单元，所述的反电动势过零点检测电路包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路共三相检测电路，U相检测电路包括电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C1以及电压比较器FU，电阻R1的一端分别与电阻R4、电容C1、电阻R7的一端连接后再接入电压比较器FU的正向输入端，电阻R4和电容C1的另一端接地，电阻R7的另一端与电压比较器FU的反相输入端连接，电压比较器FU的输出端与U相光电隔离电路相连，V相检测电路包括电阻R2、电阻R5、电阻R8、电容C2以及电压比较器FV，电阻R2的一端分别与电阻R5、电容C2、电阻R8的一端连接后再接入电压比较器FV的正向输入端，电阻R5和电容C2的另一端接地，电阻R8的另一端与电压比较器FV的反相输入端连接，电压比较器FV的输出端与V相光电隔离电路相连，W相检测电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电容C3以及电压比较器FW，电阻R3的一端分别与电阻R6、电容C3、电阻R9的一端连接后再接入电压比较器FW的正向输入端，电阻R6和电容C3的另一端接地，电阻R9的另一端与电压比较器FW的反相输入端连接，电压比较器FW的输出端与W相光电隔离电路相连。U相、V相和W相三相的电压比较器FU、FV、FW的反相输入端相互耦合，利用对称Y接电阻负载构造“虚拟中性点”O。

对于上述技术方案，还有进一步的补充优化措施。

作为优化，所述的U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路这三相检测电路中的分压比为R4/（R1+R4）= R5/（R2+R5）= R6/（R3+R6），电阻R7、R8、R9为大阻值电阻。

作为优化，每一相的光电隔离电路将从每相检测电路输出的每相的反电动势信号经过二极管嵌压后送入光电隔离元件进行隔离，然后再把光电隔离电路的输出反电动势信号送进微处理器单元进行相位滞后补偿处理。

作为优化，所述的微处理器单元中设有存储单元，所述存储单元中存有电机不同转速下的相位滞后补偿量，所述微处理器单元用于对经隔离后的反电动势信号进行相位滞后补偿。

相比于现有技术中的解决方案，本发明优点是：

本发明通过反电动势过零点检测电路检测三相的反电动势过零点并将检测结果通过光电隔离电路隔离后送入微处理器单元进行最终处理，光电隔离电路将电机电路、检测电路与微处理器单元隔开，这样防止了电机电路和检测电路中的电信号对微处理器输入信号的干扰，加强了微处理器单元工作的稳定性和系统的可靠性，并且通过微处理器单元中预存的相位补偿信息对反电动势相位进行补偿，确定反电动势的过零点和换相处理，进而可确定转子的位置而无需采用位置传感器，避免了位置传感器在高温高压、高干扰、高震荡等特殊环境中对系统的可靠性的影响，进一步保证了系统的可靠性。

附图说明

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

图1为本发明实施例的电路原理图；

1、无刷直流电机等效电路；2、反电动势过零点检测电路；3、光电隔离电路；4、微处理器单元。

具体实施方式

以下结合具体实施例对上述方案做进一步说明。应理解，这些实施例是用于说明本发明而不限于限制本发明的范围。实施例中采用的实施条件可以根据具体厂家的条件做进一步调整，未注明的实施条件通常为常规实验中的条件。

实施例：

一种无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，它包括依序布置的无刷直流电机等效电路、反电动势过零点检测电路、光电隔离电路以及微处理器单元，反电动势过零点检测电路的接口分别与无刷直流电机等效电路的三相输出线相连，所述反电动势过零点检测电路的三相反电动势输出线再分别与三组独立的光电隔离电路相连，三组光电隔离电路的输出端均接入微处理器单元，所述三组独立的光电隔离电路分别为U相光电隔离电路、V相光电隔离电路以及W相光电隔离电路, 每一相的光电隔离电路的电路结构相同，每一相的光电隔离电路的输出端接入微处理器单元。

所述的反电动势过零点检测电路包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路共三相检测电路，U相检测电路包括电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C1以及电压比较器FU，电阻R1的一端分别与电阻R4、电容C1、电阻R7的一端连接后再接入电压比较器FU的正向输入端，电阻R4和电容C1的另一端接地，电阻R7的另一端与电压比较器FU的反相输入端连接，电压比较器FU的输出端与U相光电隔离电路相连，V相检测电路包括电阻R2、电阻R5、电阻R8、电容C2以及电压比较器FV，电阻R2的一端分别与电阻R5、电容C2、电阻R8的一端连接后再接入电压比较器FV的正向输入端，电阻R5和电容C2的另一端接地，电阻R8的另一端与电压比较器FV的反相输入端连接，电压比较器FV的输出端与V相光电隔离电路相连，W相检测电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电容C3以及电压比较器FW，电阻R3的一端分别与电阻R6、电容C3、电阻R9的一端连接后再接入电压比较器FW的正向输入端，电阻R6和电容C3的另一端接地，电阻R9的另一端与电压比较器FW的反相输入端连接，电压比较器FW的输出端与W相光电隔离电路相连。所述的U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路这三相检测电路中的分压比为R4/（R1+R4）= R5/（R2+R5）= R6/（R3+R6），电阻R7、R8、R9为大阻值电阻。三个电压比较器FU、FV、FW的反相输入端相互耦合利用Y接电阻负载构造“虚拟中性点”O，中性点电压uo=(uu’+uv’+uw’)/3。

每一相的光电隔离电路将从每相检测电路输出的每相的反电动势信号经过二极管D1、D2（D3、D4或D5、D6）嵌压后送入光电隔离元件进行隔离，然后再把光电隔离电路的输出反电动势信号送进微处理器单元进行滞后补偿处理。所述的微处理器单元中设有存储单元，所述存储单元中存有电机不同转速下的相位滞后补偿量，所述微处理器单元用于对经过隔离后的反电动势信号进行相位滞后补偿。

上述实例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人员能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所做的等效变换或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，它包括依序布置的无刷直流电机等效电路、反电动势过零点检测电路、光电隔离电路以及微处理器单元，反电动势过零点检测电路的接口分别与无刷直流电机等效电路的三相输出线相连，所述反电动势过零点检测电路的三相反电动势输出线再分别与三组独立的光电隔离电路相连，三组光电隔离电路的输出端均接入微处理器单元。

2.根据权利要求1所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，所述三组独立的光电隔离电路分别为U相光电隔离电路、V相光电隔离电路以及W相光电隔离电路, 每一相的光电隔离电路的电路结构相同，每一相的光电隔离电路的输出端接入微处理器单元。

3.根据权利要求1或2所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，所述的反电动势过零点检测电路包括U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路共三相检测电路，U相检测电路包括电阻R1、电阻R4、电阻R7、电容C1以及电压比较器FU，电阻R1的一端分别与电阻R4、电容C1、电阻R7的一端连接后再接入电压比较器FU的正向输入端，电阻R4和电容C1的另一端接地，电阻R7的另一端与电压比较器FU的反相输入端连接，电压比较器FU的输出端与U相光电隔离电路相连，V相检测电路包括电阻R2、电阻R5、电阻R8、电容C2以及电压比较器FV，电阻R2的一端分别与电阻R5、电容C2、电阻R8的一端连接后再接入电压比较器FV的正向输入端，电阻R5和电容C2的另一端接地，电阻R8的另一端与电压比较器FV的反相输入端连接，电压比较器FV的输出端与V相光电隔离电路相连，W相检测电路包括电阻R3、电阻R6、电阻R9、电容C3以及电压比较器FW，电阻R3的一端分别与电阻R6、电容C3、电阻R9的一端连接后再接入电压比较器FW的正向输入端，电阻R6和电容C3的另一端接地，电阻R9的另一端与电压比较器FW的反相输入端连接，电压比较器FW的输出端与W相光电隔离电路相连。

4.根据权利要求3所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，U相、V相和W相三相的电压比较器FU、FV、FW的反相输入端相互耦合，利用对称Y接电阻负载构造“虚拟中性点”O。

5.根据权利要求4所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，所述的U相检测电路、V相检测电路、W相检测电路这三相检测电路中的分压比为R4/（R1+R4）= R5/（R2+R5）= R6/（R3+R6），电阻R7、R8、R9为大阻值电阻。

6.根据权利要求3所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，每一相的光电隔离电路将从每相检测电路输出的每相的反电动势信号经过二极管嵌压后送入光电隔离元件进行隔离，然后再把光电隔离电路的输出反电动势信号送进微处理器单元进行相位滞后补偿处理。

7.根据权利要求1所述的无位置传感器的无刷直流电机电子换相检测电路，其特征在于，所述的微处理器单元中设有存储单元，所述存储单元中存有电机不同转速下的相位滞后补偿量，所述微处理器单元用于对经隔离后的反电动势过零点信号进行相位滞后补偿。