CN105634341A - 无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置，包括无刷直流电机、无刷直流电机控制电路、测速发电机、测速发电机检测电路、过零点检测电路、相位补偿电路、模数转换模块、单片机；其中无刷直流电机控制电路与无刷直流电机相连，测速发电机通过测速发电机检测电路与无刷直流电机相连，过零点检测电路与无刷直流电机控制电路相连，相位补偿电路与单片机相连，测速发电机通过模数转化模块与单片机相连，无刷直流电机控制电路与单片机相连。本发明有效确保无刷直流电机在不同转速条件下使相位补偿角恒为30°，避免一般相位补偿电路适用范围窄、调节效果不理想的状况。本发明还公开应用该相位补偿装置进行相位补偿的方法。

Description

无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及方法

技术领域

本发明属于一种电子控制装置及方法，具体涉及一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及方法。

背景技术

单片机控制的无刷直流电机无传感器控制中反电动势过零点检测的相位补偿是单片机接收测速电机反馈回来的电压信号，经过单片机运算，控制电子电路开关的通断使无刷直流电机在不同转速下相位补偿角保持在30°。现有的相位补偿角控制方法：一般只是适用于电机在额定转速状态下的相位补偿，在转速不是额定转速的状态下无法实现准确有效的补偿。如果无法准确补偿相位角，轻则增加电机噪音，重则会引起电机长期发热，进而烧毁电机，造成很多损失。因此，无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及方法能准确有效的控制电子电路进行相位补偿，减少损失，降低成本，具有重要的意义。

发明内容

本发明旨在克服传统相位补偿方式中补偿角不能精确保持在30°且补偿方式不适用于非额定转速的不足，提供一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及补偿方法。

本发明提供一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置，该装置包括无刷直流电机、无刷直流电机控制电路、测速发电机、测速发电机检测电路、过零点检测电路、相位补偿电路、模数转换模块、单片机；所述无刷直流电机控制电路与无刷直流电机相连，所述测速发电机通过测速发电机检测电路与无刷直流电机相连，所述过零点检测电路与无刷直流电机控制电路相连，所述相位补偿电路与单片机相连，所述测速发电机通过模数转化模块与单片机相连，所述无刷直流电机控制电路与单片机相连。

本发明中，所述所述相位补偿电路控制相位补偿角恒为30°。

本发明还提供一种应用所述无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置进行相位补偿的方法，包括下列步骤：

（1）无刷直流电机起动，定子线圈产生反电动势；

（2）反电动势检测电路检测反电动势过零点；

（3）测速发电机检测电机转速，输出电压模拟信号；

（4）电压模拟信号经过模数转换模块转换为数字信号；

（5）单片机对转换来的电压数字信号进行计算处理；

（6）单片机驱动PWM模块输出PWM波信号；

（7）相位补偿电路根据PWM波信号对相位补偿电路开关元器件进行控制，调节电容的大小，以满足相位补偿角为30°。

上述方法中，所述所述步骤（6）中通过单片机输出PWM信号具有设定的占空比，从而对相位补偿电路中的三极管进行精确控制，使相位补偿角保持恒为30°。

本发明通过相位补偿电路控制补偿角恒为30°的方法：由公式：

，（其中α为相位补偿角，R₁、R₂分别为分压电阻，C₁为滤波电容，f为反电动势频率。）在电机转速不断增加即反电动势频率f不断增大的情况下通过PWM模块及时调整滤波电容C₁的大小来使α保持在30°

本发明相位补偿电路保持相位补偿角恒为30°的方法为：单片机接收模数转换模块传递来的数字电压信号，计算得到反电动势频率f，由公式求得等效电容C的容值大小，通过PWM-1与PWM-2对三极管Q₁与Q₂进行控制，使得在一个周期之内，电容C1与电容C2的等效容值等于计算所得的等效容值，进而保证相位补偿角恒为30°。再根据反电动势检测电路传递过来的反电动势过零点信号，就可以对电机控制电路各个管的开通与关断进行精确的控制，以达到很好的控制效果。

本发明在一定条件下有效且准确的保证了无刷直流电机在不同转速条件下使相位补偿角恒为30°，避免了一般相位补偿电路适用范围窄、调节效果不理想等状况，减少或避免了很多损失。

附图说明

图1：本发明反电动势过零点检测电路图；

图2：本发明相位补偿电路图；

图3：本发明装置方框原理图；

图4：本发明电机运行控制流程图；

图5：本发明单片机引脚简略图。

具体实施方式

下面结合附图和实例对本发明的一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置及方法作进一步的详细说明。

参阅图3，一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置，该装置包括无刷直流电机、无刷直流电机控制电路、测速发电机、测速发电机检测电路、过零点检测电路、相位补偿电路、模数转换模块、单片机；所述无刷直流电机控制电路与无刷直流电机相连，所述测速发电机通过测速发电机检测电路与无刷直流电机相连，所述过零点检测电路与无刷直流电机控制电路相连，所述相位补偿电路与单片机相连，所述测速发电机通过模数转化模块与单片机相连，所述无刷直流电机控制电路与单片机相连。

参阅图1，本发明控制装置中反电动势过零点检测电路的电路图。其中Ua为a相端电压，为滤波后的输出电压，为反电动势频率。按基波计算有

,则相角延迟为。

参阅图2、图3、图4和图5叙述本发明应用无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置进行相位补偿的方法，包括下列步骤：

（1）无刷直流电机起动；

（2）无刷直流电机正常工作旋转；

（3）测速发电机工作，检测无刷直流电机转速，输出模拟电压信号；

（4）模拟电压信号进入模数转换模块，转变为数字电压信号；

（5）数字电压信号进入单片机，提供参数反电动势频率；

（6）反电动势检测电路工作，检测定子线圈反电动势过零点；

（7）反电动势检测电路将检测到的信号传递给单片机的引脚P0_1；

（8）单片机根据模数转换模块传递过来的数字电压信号，计算得到反电动势的频率；根据要使相位补偿角控制恒为30°的要求，输出PWM波对相位补偿电路中的三极管Q₁与Q₂进行控制。

（9）在一个周期内，根据反电动势的大小，计算求得等效电容C的大小，单片机通过引脚P1_7输出信号给Q₁的基极加高电平使其饱和导通而使两个电容串联减小其容值，通过控制PWM-1信号的占空比来使一个周期内串联电容的等效容值等于计算求得的值。

（10）在一个周期内，当PWM-1信号为低电平时，使PWM-2信号为高电平，当PWM-1信号为高电平时，使PWM-2信号为低电平。这样可以保证在一个周期内有且只有一个三极管使饱和导通的，另外一个是截止的。

（11）单片机通过计算、控制，通过引脚P3_1、P2_0、P2_2、P2_4、P2_6、P0_0输出信号对无刷直流电机控制电路中的各个管进行开通、关断控制。

Claims (4)

1.一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置，其特征在于：该装置包括无刷直流电机、无刷直流电机控制电路、测速发电机、测速发电机检测电路、过零点检测电路、相位补偿电路、模数转换模块、单片机；所述无刷直流电机控制电路与无刷直流电机相连，所述测速发电机通过测速发电机检测电路与无刷直流电机相连，所述过零点检测电路与无刷直流电机控制电路相连，所述相位补偿电路与单片机相连，所述测速发电机通过模数转化模块与单片机相连，所述无刷直流电机控制电路与单片机相连。

2.如权利要求1所述一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿装置，其特征在于：所述相位补偿电路控制相位补偿角恒为30°。

3.一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿方法，应用权利要求1或2所述相位补偿装置进行补偿，其特征在于，包括下列步骤：

（1）无刷直流电机起动，定子线圈产生反电动势；

（2）反电动势检测电路检测反电动势过零点；

（3）测速发电机检测电机转速，输出电压模拟信号；

（4）电压模拟信号经过模数转换模块转换为数字信号；

（5）单片机对转换来的电压数字信号进行计算处理；

（6）单片机驱动PWM模块输出PWM波信号；

（7）相位补偿电路根据PWM波信号对相位补偿电路进行控制，调节电容的大小，以满足相位补偿角为30°。

4.如权利要求3所述一种无刷直流电机反电动势过零点检测的相位补偿方法，其特征在于：所述步骤（6）中通过单片机输出PWM信号具有占空比，对相位补偿电路中的三极管进行精确控制，使相位补偿角保持恒为30°。