CN104993755A - 一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明属于电机供电控制领域，提供了一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法和系统。本发明通过在无刷直流电机运行过程中，对输入至逆变器的直流电的电压进行检测，并将该直流电的电压与参考直流电压进行比较，当直流电的电压大于所述参考直流电压时，控制逆变器增大驱动电流以减小直流电的电压；当直流电的电压小于参考直流电压时，控制逆变器减小驱动电流以增大直流电的电压，从而可在电机负载或输入交流电的电压发生变化而引起直流电的电压产生波动时，通过调整逆变器的驱动电流以抑制直流电的电压的波动，能够在不采用电压耐受能力强的电子元器件的情况下保证无刷直流电机安全稳定地工作，有助于降低硬件成本。

Description

一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法和系统

技术领域

本发明属于电机供电控制领域，尤其涉及一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法和系统。

背景技术

目前，对于无刷直流电机在运行过程中所实施的阻容降压供电方式，其是将输入交流电经过降压电容进行分压，再由整流电路进行整流处理后输出直流电，电机驱动电路根据该直流电驱动无刷直流电机运行，该直流电的电压与电机驱动电路输出至无刷直流电机的驱动电流呈负相关的关系。当输入交流电的电压发生变化时，由于降压电容上的电流和电压均不变，所以上述直流电的电压会跟随输入交流电的电压变化而发生改变；而由于降压电容上的电压是与其所流过的电流是正相关的，当无刷直流电机的负载发生变化时，降压电容上的电流会随之发生波动，进而使降压电容上的电压也产生波动，从而使上述直流电的电压跟随降压电容上的电压的波动而发生改变。

根据上述内容可知，输入交流电的电压变化和负载变化均会使上述直流电的电压产生波动，而直流电的电压产生波动会导致电机驱动电路无法稳定工作，进而导致无刷直流电机无法安全稳定地运行，从而影响无刷直流电机的性能。对此，现有技术通过在电机驱动电路中选用电压耐受能力较强的电子元器件以保证无刷直流电机能够安全运行，但这会导致硬件成本增加，且无法解决直流电压因输入交流电的电压或负载发生变化而产生波动的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法，旨在解决现有技术所存在的硬件成本高且无法解决直流电压因输入交流电的电压或负载发生变化而产生波动的问题。

本发明是这样实现的，一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法，交流电依次经过降压电容进行分压以及整流电路进行整流后输出直流电至电机驱动电路中的逆变器，所述无刷直流电机根据所述逆变器所输出的驱动电流进行运转，所述驱动电流与所述直流电的电压呈负相关的关系；

所述直流电压控制方法包括以下步骤：

在所述无刷直流电机运行过程中，对所述直流电的电压进行检测；

将所述直流电的电压与参考直流电压进行比较；

当所述直流电的电压大于所述参考直流电压时，控制所述逆变器增大所述驱动电流以使所述直流电的电压减小；

当所述直流电的电压小于所述参考直流电压时，控制所述逆变器减小所述驱动电流以使所述直流电的电压增大。

本发明还提供了一种用于无刷直流电机的直流电压控制系统，交流电依次经过降压电容进行分压以及整流电路进行整流后输出直流电至电机驱动电路中的逆变器，所述无刷直流电机根据所述逆变器所输出的驱动电流进行运转，所述驱动电流与所述直流电的电压呈负相关的关系；

所述直流电压控制系统包括：

直流电压检测模块，用于在所述无刷直流电机运行过程中，对所述直流电的电压进行检测；

直流电压比较模块，用于将所述直流电的电压与参考直流电压进行比较；

驱动电流控制模块，用于当所述直流电的电压大于所述参考直流电压时，控制所述逆变器增大所述驱动电流以使所述直流电的电压减小；当所述直流电的电压小于所述参考直流电压时，控制所述逆变器减小所述驱动电流以使所述直流电的电压增大。

本发明通过在无刷直流电机运行过程中，对输入至逆变器的直流电的电压进行检测，并将该直流电的电压与参考直流电压进行比较，当直流电的电压大于参考直流电压时，控制逆变器增大驱动电流以使直流电的电压得到减小；当直流电的电压小于参考直流电压时，控制逆变器减小驱动电流以使直流电的电压得到增大，从而可在电机负载或输入交流电的电压发生变化而引起直流电的电压产生波动时，通过调整逆变器的驱动电流以抑制直流电的电压的波动，进而在不采用电压耐受能力强的电子元器件的情况下可以保证无刷直流电机能够安全稳定地工作，且有助于降低硬件成本。

附图说明

图1是本发明实施例所涉及的无刷直流电机的常用控制原理框图；

图2是本发明实施例提供的用于无刷直流电机的直流电压控制方法的实现流程图；

图3是本发明实施例提供的用于无刷直流电机的直流电压控制系统的结构示意图；

图4是图3所示的直流电压控制系统的应用实例示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供了用于无刷直流电机的直流电压控制方法，其中，对于无刷直流电机的运转，如图1所示的控制框图，交流电依次经过降压电容进行分压以及整流电路进行整流后输出直流电至电机驱动电路的逆变器，无刷直流电机根据逆变器所输出的驱动电流进行运转，该驱动电流与上述直流电的电压呈负相关的关系，即：驱动电流增大时，直流电的电压会减小；驱动电流减小时，直流电的电压会增大。

图2示出了上述用于无刷直流电机的直流电压控制方法的实现流程，为了便于说明，仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

在步骤S1中，在无刷直流电机运行过程中，对输出至逆变器的直流电的电压进行检测。

在步骤S2中，将该直流电的电压与参考直流电压进行比较。

其中，参考直流电压是指预先设定的用于衡量直流电的电压是否发生波动的基准电压值。当直流电的电压等于该参考直流电压时，逆变器所输出的驱动电流保持稳定，该驱动电流能够驱动无刷直流电机实现安全稳定的运行。

在步骤S3中，当该直流电的电压大于参考直流电压时，控制逆变器增大其所输出的驱动电流以使该直流电的电压减小。

此处需要说明的是，对于步骤S3，由于直流电的电压大于参考直流电压，所以需要减小直流电的电压以保证无刷直流电机能够安全稳定地运行，而鉴于逆变器所输出的驱动电流与上述直流电的电压呈负相关的关系，所以可通过增大驱动电流的方式以使直流电的电压得到减小，从而达到抑制直流电的电压增大的目的。

而对于步骤S3中控制逆变器增大其所输出的驱动电流的步骤，其具体为：

控制逆变器增大其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或增大逆变器的驱动电流限制值。

对于上述控制逆变器增大其所输出的驱动电流的步骤的具体实现，其中包含控制逆变器增大其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位以及增大逆变器的驱动电流限制值这三种方式，上述具体实现可以是只执行其中的一种方式、同时执行其中的两种方式或者同时执行三种方式。

其中，对于无刷直流电机，逆变器会将所输入的直流电转换为具备一定占空比的电压脉冲，且占空比越大，驱动电流越大，所以可以通过增大逆变器的输出电压脉冲的占空比(即脉宽调制)以增大驱动电流。再者，当逆变器的输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位(即超前角)保持在某一固定值时，才能在无刷直流电机中的绕组形成稳定的相电流(超前角与相电流呈正相关的关系)，从而使无刷直流电机保持安全稳定的工作状态，所以可以通过增大超前角的方式以增大驱动电流。此外，由于在逆变器对无刷直流电机输出上述电压脉冲的过程中，会根据预先设定的驱动电流限制值控制电压脉冲的占空比，以便将驱动电流限制在低于该驱动电流限制值的范围内，所以可通过增大逆变器的驱动电流限制值的方式以增大驱动电流。

在步骤S4中，当该直流电的电压小于参考直流电压时，控制逆变器减小其所输出的驱动电流以使该直流电的电压增大。

此处需要说明的是，对于步骤S4，由于直流电的电压小于参考直流电压，所以需要增大直流电的电压以保证无刷直流电机能够安全稳定地运行，而鉴于逆变器所输出的驱动电流与上述直流电的电压呈负相关的关系，所以可通过减小驱动电流的方式以使直流电的电压得到增大，从而达到抑制直流电的电压减小的目的。

而对于步骤S4中控制逆变器减小其所输出的驱动电流的步骤，其具体为：

控制逆变器减小其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或减小逆变器的驱动电流限制值。

对于上述控制逆变器减小其所输出的驱动电流的步骤的具体实现，其中包含控制逆变器减小其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位以及减小逆变器的驱动电流限制值这三种方式，上述具体实现可以是只执行其中的一种方式、同时执行其中的两种方式或者同时执行三种方式。

其中，对于无刷直流电机，逆变器会将所输入的直流电转换为具备一定占空比的电压脉冲，且占空比越小，驱动电流越小，所以可以通过减小逆变器的输出电压脉冲的占空比(即脉宽调制)以减小驱动电流。再者，当逆变器的输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位(即超前角)保持在某一固定值时，才能在无刷直流电机中的绕组形成稳定的相电流(超前角与相电流呈正比关系)，从而使无刷直流电机保持安全稳定的工作状态，所以可以通过减小超前角的方式以增大驱动电流。此外，由于在逆变器对无刷直流电机输出上述电压脉冲的过程中，会根据预先设定的驱动电流限制值控制电压脉冲的占空比，以便将驱动电流限制在低于该驱动电流限制值的范围内，所以可通过减小逆变器的驱动电流限制值的方式以减小驱动电流。

另外，当该直流电的电压等于参考直流电压时，表明无刷直流电机处于安全稳定的运行状态，所以不对逆变器所输出的驱动电流进行调节。

综上所述，在电机负载或输入交流电的电压发生变化而引起直流电的电压产生波动时，直流电的电压不等于参考电流电压，此时可对逆变器所输出的驱动电流进行调整以抑制直流电的电压的波动，从而保证无刷直流电机能够安全稳定地工作，且可采用耐压较小的电子元器件，有利于降低硬件成本。

为了实现上述用于无刷直流电机的直流电压控制方法，本发明实施例还提供了一种用于无刷直流电机的直流电压控制系统，如图3所示，为了便于说明，图3仅示出了与本发明实施例相关的部分，详述如下：

直流电压控制系统包括：

直流电压检测模块100，用于在无刷直流电机运行过程中，对输出至逆变器400的直流电的电压进行检测；

直流电压比较模块200，用于将上述直流电的电压与参考直流电压进行比较；

驱动电流控制模块300，用于当上述直流电的电压大于参考直流电压时，控制逆变器400增大其所输出的驱动电流以使上述直流电的电压减小；当上述直流电的电压小于参考直流电压时，控制逆变器400减小其所输出的驱动电流以使上述直流电的电压增大。

具体的，驱动电流控制模块300控制逆变器400增大其所输出的驱动电流的过程具体为：

控制逆变器400增大其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器400增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或增大逆变器400的驱动电流限制值。

对于上述驱动电流控制模块300控制逆变器400增大其所输出的驱动电流的具体实现过程，其中包含控制逆变器400增大其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器400增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位以及增大逆变器400的驱动电流限制值这三种方式，上述具体实现过程中可以只执行其中的一种方式、同时执行其中的两种方式或者同时执行三种方式。

具体的，驱动电流控制模块300控制逆变器400减小其所输出的驱动电流的过程具体为：

控制逆变器400减小其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器400减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或减小逆变器400的驱动电流限制值。

对于上述驱动电流控制模块300控制逆变器400减小其所输出的驱动电流的具体实现过程，其中包含控制逆变器400减小其输出电压脉冲的占空比、控制逆变器400减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位以及减小逆变器400的驱动电流限制值这三种方式，上述具体实现过程中可以只执行其中的一种方式、同时执行其中的两种方式或者同时执行三种方式。

在实际应用中，上述的直流电压检测模块100具体可以是常用的能够对直流电的电压进行采样的电压采样电路；如图4所示，直流电压比较模块200和驱动电流控制模块300可集成内置于电机驱动电路40的控制器401中。

例如，当无刷直流电机30的负载不发生改变时，降压电容10上的电流与电压均不变，如果输入交流电AC的电压增大，则整流电路20所输出的直流电的电压也会增大，经过直流电压比较模块200对直流电压检测模块100所检测到的直流电的电压与参考目标电压进行比较后，驱动电流控制模块300得知直流电的电压出现增大，则会控制逆变器增大其所输出的驱动电流以使该直流电的电压得到减小；如果输入交流电AC的电压减小，则整流电路20所输出的直流电的电压也会减小，经过直流电压比较模块200对直流电压检测模块100所检测到的直流电的电压与参考目标电压进行比较后，驱动电流控制模块300得知直流电的电压出现减小，则会控制逆变器减小其所输出的驱动电流以使该直流电的电压得到增大。

当无刷直流电机30的负载发生改变时，降压电容10上的电流与电压均发生改变，则整流电路200所输出的直流电的电压也会发生波动，如果直流电的电压增大，经过直流电压比较模块200对直流电压检测模块100所检测到的直流电的电压与参考目标电压进行比较后，驱动电流控制模块300得知直流电的电压出现增大，则会控制逆变器400增大其所输出的驱动电流以使该直流电的电压得到减小；如果整流电路20所输出的直流电的电压减小，经过直流电压比较模块200对直流电压检测模块100所检测到的直流电的电压与参考目标电压进行比较后，驱动电流控制模块300得知直流电的电压出现减小，则会控制逆变器400减小其所输出的驱动电流以使该直流电的电压得到增大。

综上所述，本发明实施例由直流电压检测模块100在无刷直流电机运行过程中，对输入至逆变器的直流电的电压进行检测；并由直流电压比较模块200将该直流电的电压与参考直流电压进行比较；当直流电的电压大于参考直流电压时，驱动电流控制模块300控制逆变器400增大驱动电流以使直流电的电压得到减小；当直流电的电压小于参考直流电压时，驱动电流控制模块300控制逆变器400减小驱动电流以使直流电的电压得到增大，从而可在电机负载或输入交流电的电压发生变化而引起直流电的电压产生波动时，通过调整逆变器400的驱动电流以抑制直流电的电压的波动，进而保证无刷直流电机能够安全稳定地工作，且可采用耐压较小的电子元器件，有利于降低硬件成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种用于无刷直流电机的直流电压控制方法，交流电依次经过降压电容进行分压以及整流电路进行整流后输出直流电至电机驱动电路中的逆变器，所述无刷直流电机根据所述逆变器所输出的驱动电流进行运转，所述驱动电流与所述直流电的电压呈负相关的关系；其特征在于，所述直流电压控制方法包括以下步骤：

在所述无刷直流电机运行过程中，对所述直流电的电压进行检测；

将所述直流电的电压与参考直流电压进行比较；

当所述直流电的电压大于所述参考直流电压时，控制所述逆变器增大所述驱动电流以使所述直流电的电压减小；

当所述直流电的电压小于所述参考直流电压时，控制所述逆变器减小所述驱动电流以使所述直流电的电压增大。

2.如权利要求1所述的直流电压控制方法，其特征在于，所述控制所述逆变器增大所述驱动电流的步骤具体为：

控制所述逆变器增大其输出电压脉冲的占空比、控制所述逆变器增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或增大所述逆变器的驱动电流限制值。

3.如权利要求1所述的直流电压控制方法，其特征在于，所述控制所述逆变器减小所述驱动电流的步骤具体为：

控制所述逆变器减小其输出电压脉冲的占空比、控制所述逆变器减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或减小所述逆变器的驱动电流限制值。

4.一种用于无刷直流电机的直流电压控制系统，交流电依次经过降压电容进行分压以及整流电路进行整流后输出直流电至电机驱动电路中的逆变器，所述无刷直流电机根据所述逆变器所输出的驱动电流进行运转，所述驱动电流与所述直流电的电压呈负相关的关系；其特征在于，所述直流电压控制系统包括：

直流电压检测模块，用于在所述无刷直流电机运行过程中，对所述直流电的电压进行检测；

直流电压比较模块，用于将所述直流电的电压与参考直流电压进行比较；

驱动电流控制模块，用于当所述直流电的电压大于所述参考直流电压时，控制所述逆变器增大所述驱动电流以使所述直流电的电压减小；当所述直流电的电压小于所述参考直流电压时，控制所述逆变器减小所述驱动电流以使所述直流电的电压增大。

5.如权利要求4所述的直流电压控制系统，其特征在于，所述驱动电流控制模块控制所述逆变器增大所述驱动电流的过程具体为：

控制所述逆变器增大其输出电压脉冲的占空比、控制所述逆变器增大其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或增大所述逆变器的驱动电流限制值。

6.如权利要求4所述的直流电压控制系统，其特征在于，所述驱动电流控制模块控制所述逆变器减小所述驱动电流的过程具体为：

控制所述逆变器减小其输出电压脉冲的占空比、控制所述逆变器减小其输出电压脉冲波形与相应电机相绕组的反电势之间的相位和/或减小所述逆变器的驱动电流限制值。