CN105099288A - 驱动电动机的控制电路和控制电动机的速度的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于驱动电动机的控制电路和一种用于控制电动机的速度的方法，所述控制电路包括微控制器和驱动电路。所述微控制器具有存储器。所述驱动电路经配置以根据所述微控制器的控制而驱动所述无刷直流电动机。所述存储器包含RPM表，且所述微控制器将占空信号发送到所述驱动电路，以根据所述RPM表来改变所述电动机的速度。本发明的电路和方法可提升电动机的可靠性，降低电动机产生的噪声。

Description

驱动电动机的控制电路和控制电动机的速度的方法

技术领域

本发明涉及一种无刷直流(BrushlessDirectCurrent，BLDC)电动机的技术，且明确地说，涉及一种用于驱动BLDC电动机的控制电路和一种用于控制BLDC电动机的速度的方法。

背景技术

无刷直流(BLDC)电动机为经由集成反相器(integratedinverter)/开关电力供应器以从直流电源(electricsource)供电的同步电动机，所述集成反相器/开关电力供应器产生交流(AC)电信号以驱动电动机。BLDC电动机及其机械部件通常将随特定频率进行共振。这种共振现象将导致电动机的可靠性问题和/或产生噪声。本发明的目标便是为了解决此种问题。

发明内容

本发明提供一种用于驱动无刷直流(BLDC)电动机的控制电路。所述控制电路包括具有存储器的微控制器和驱动电路，所述驱动电路经配置以根据所述微控制器的控制而驱动所述BLDC电动机。所述存储器包含每分钟转速(RevolutionPerMinute，RPM)表，且所述微控制器将占空信号(dutysignal)发送到所述驱动电路，以根据所述每分钟转速RPM表来改变所述电动机的速度。

从另一方面来看，本发明提供一种用于控制BLDC电动机的速度的方法。所述方法包含以下步骤：根据存储器中的每分钟转速RPM表而产生控制信号；根据所述控制信号而驱动所述BLDC电动机；所述控制信号是由微控制器产生，且所述控制信号经配置以通过驱动电路来驱动所述BLDC电动机。

附图说明

附图是用以便进一步理解本发明，并且并入本说明书中并构成本说明书的一部分。所述附图说明本发明的示范性实施例以及说明书内容一起用以解释本发明的原理。

图1为根据本发明的一个实施例，说明用于驱动BLDC电动机的控制电路的框图。

图2为展示根据本发明的一个实施例，说明用于BLDC电动机的无传感器电动机控制的角度检测和PWM操作。

图3为展示说明根据本发明的一个实施例，其为存储在存储器中的每分钟转速RPM表(RPMTable)的示意图。

图4为说明根据本发明的一个实施例，说明微控制器的控制流程。

图5为根据本发明的一个实施例，说明由正弦波产生器产生的波形。

附图标记说明：

10：BLDC电动机；

20：三相桥式驱动器；

30：定序器电路；

40：克拉克变换模块；

45：派克变换模块；

50：PWM电路；

60：正弦波信号产生器；

65：求和单元；

80：角度估计模块；

100：微控制器；

110：存储器；

210、230、250、270、290、295：步骤；

A：相位；

AS：角度移位信号；

B：相位；

C：相位；

DUTY：占空信号；

H_S：信号；

i_a：相电流；

i_b：相电流；

i_c：相电流；

iα：二轴正交电流；

iβ：二轴正交电流；

Id：信号；

Iq：信号；

S_PWM：信号；

V_A：3相电动机电压信号；

V_B：3相电动机电压信号；

V_C：3相电动机电压信号；

V_IN：输入信号；

θ：角度信号；

θ_A：角度信号。

具体实施方式

图1为根据本发明的一个实施例，是用于驱动BLDC电动机10的控制电路的框图。控制电路包含三相桥式驱动器(three-phasebridgedriver)20、定序器(sequencer)电路30、微控制器(MicrocontrollerUnit，MCU)100和脉宽调制(PulseWidthModulation，PWM)电路50。微控制器100具有存储器110，其包含程序存储器和数据存储器。微控制器100根据信号H_S而产生占空信号(dutysignal)DUTY(即，控制信号)和角度信号θ_A。信号H_S与BLDC电动机的位置和速度相关。占空信号DUTY和角度信号θ_A耦合到PWM电路50以产生信号S_PWM。信号S_PWM经配置以通过定序器电路30来控制三相桥式驱动器20，以驱动BLDC电动机10。三相桥式驱动器20接收输入信号V_IN以驱动BLDC电动机10。PWM电路50、三相桥式驱动器20和定序器电路30形成用于驱动BLDC电动机10的驱动电路。驱动电路经配置以根据微控制器100的控制而驱动BLDC电动机10。在本发明的实施例中，BLDC电动机10为永磁同步电动机(PermanentMagnetSynchronousMotor，PMSM)。本发明的电路和方法可提升电动机的可靠性，降低电动机产生的噪声。

图2展示根据本发明的一个实施例的用于BLDC电动机10的无传感器电动机控制的角度检测和PWM操作。用于角度检测和PWM操作的电路包含克拉克变换(Clarketransform)模块40、派克变换(Parktransform)模块45、正弦波信号产生器60、角度估计模块80以及求和单元(sumunit)65。克拉克变换模块40经配置以将三轴二维坐标系统(three-axis,two-dimensionalcoordinatesystem)(参考定子a、b、c)变换为二轴坐标系统(two-axiscoordinatesystem)。换句话说，克拉克变换模块40接收电动机10的相电流i_a、i_b和i_c，以产生用于映射电动机的相电流i_a、i_b和i_c的二轴正交(two-axisorthogonalcurrent)电流iα、iβ。派克变换模块45根据二轴正交电流iα和iβ而产生信号Id和Iq。角度估计模块80根据信号Id而产生角度信号θ。角度信号θ进一步反馈到派克变换模块45。求和单元65根据角度信号θ和角度移位信号AS而产生另一角度信号θ_A。角度移位信号AS用于适应各种BLDC电动机和/或用于弱磁控制(weak-magnetcontrol)。角度信号θ包含电动机的位置和速度的信息。

角度信号θ_A和占空信号DUTY耦合到正弦波产生器60以产生脉宽调制信号和3相电动机电压信号(相位A、相位B和相位C)。3相电动机电压信号(相位A、相位B和相位C)经配置以通过三相桥式驱动器20来驱动BLDC电动机10。正弦波产生器60具有两个输入，包含量值输入和相位角度输入。量值输入耦合到占空信号DUTY。相位角度输入耦合到角度信号θ_A。

图5展示根据本发明的一个实施例的由正弦波产生器60产生的波形。3相电动机电压信号V_A、V_B、V_C的振幅由占空信号DUTY进行编程。3相电动机电压信号V_A、V_B、V_C的角度由角度信号θ_A确定。

图3说明存储在存储器110中的每分钟转速RPM表(RpmTable)的示意图，其为根据本发明的一个实施例。RPM(revolutionperminute)表示每分钟电动机转几次，表示电动机的速度。存储在RPMTable中的逻辑1表示RPM为被容许的。存储在RpmTable中的逻辑0表示RPM为被禁止的。图1中的微控制器100将占空信号DUTY发送到驱动电路，以根据图3中的RPM表来改变电动机10的速度。

图4说明微控制器100的控制流程，其为根据本发明的一个实施例。从开始步骤210开始，在步骤210中，图1中的MCU100检查是否需要改变电动机10的速度，标志“是”表示需要速度的改变。标志“否”表示不需要速度的改变。如果标志为“是”，那么在步骤230中，MCU100将变量x设置为1，且测量电动机10的RPM值以产生常数K。常数K是通过式(1)来计算。

$K=\frac{RPM\_n}{Duty\_n}\mathrm{...}\left(1\right)$

参数Duty_n为产生RPM值RPM_n的占空信号DUTY的电平。

在步骤230后，在步骤250中，MCU100将根据三个参数来估计下一RPM值RPM_n+x。(1)常数K；(2)变量x；和(3)占空信号DUTY的下一步的电平(Duty_n+x)。下一RPM值RPM_n+x是经由式(2)来计算。

(RPM_n+x)＝k×(Duty_n+x)………(2)

在步骤270中，根据RPM_n+x，MCU100将检查存储器110中的RPM表(RpmTable)。如果RpmTable展示RPM_n+x为被容许的(逻辑1)，那么在步骤290中，MCU100将占空信号DUTY的电平设置为Duty_n+x。如果RpmTable展示RPM_n+x为被禁止的(逻辑0)，那么在步骤295中，MCU100将变量设置为x+1，且转到执行步骤250。因此，电动机10可在并不以电动机10的共振频率的速度运转的情况下操作。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (8)

1.一种驱动电动机的控制电路，其特征在于，包括：

微控制器，具有存储器；以及

驱动电路，经配置以根据所述微控制器的控制而驱动所述电动机；

其中所述存储器包含每分钟转速表；所述微控制器将占空信号发送到所述驱动电路，以根据所述每分钟转速表来改变所述电动机的速度。

2.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，在将新的占空信号发送到所述驱动电路以改变所述电动机的所述速度之前，所述微控制器估计新的每分钟转速值；所述新的每分钟转速值是根据所述所存在的占空信号和当前每分钟转速值来估计的。

3.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述每分钟转速表包括禁止每分钟转速值。

4.根据权利要求1所述的控制电路，其特征在于，所述电动机的所述速度是通过角度信号来检测的，其中所述电动机是无传感器电动机。

5.一种控制电动机的速度的方法，其特征在于，包括：

根据存储器中的每分钟转速表而产生控制信号；以及

根据所述控制信号而驱动所述电动机，

其中所述控制信号是由微控制器产生；所述控制信号经配置以通过驱动电路来驱动所述无刷直流电动机。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，在将新的占空信号发送到所述驱动电路以改变所述电动机的速度之前，所述微控制器估计新的每分钟转速值；所述新的每分钟转速值是根据所存在的占空信号和当前每分钟转速值来估计的。

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述每分钟转速表包括禁止每分钟转速值。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述电动机的速度是通过角度信号来检测的；所述电动机是无传感器电动机。