CN106026802A - 单相直流无刷电机的转子位置检测系统 - Google Patents

单相直流无刷电机的转子位置检测系统 Download PDF

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吴正华
龚宇
刘磊
章朋
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Shenzhen Goldcorolla Electronics Co Ltd
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Shenzhen Goldcorolla Electronics Co Ltd
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    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position
    • H02P6/18—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements
    • H02P6/182—Circuit arrangements for detecting position without separate position detecting elements using back-emf in windings

Abstract

本发明公开了一种单相直流无刷电机的转子位置检测系统。该转子位置检测系统包括BEMF反电动势采样单元，用于反电动势采样及换相信号输出。该BEMF反电动势采样单元具有比较器和减法器，该比较器用于比较电机绕组的电压，所述减法器具有输入端A_Phase、B_Phase，该A_Phase、B_Phase分别连接至电机绕组A、B。单相直流无刷电机包括所述BEMF反电动势采样单元、控制单元、驱动单元。转子检测电路可以在没有位置检测传感器的前提下确定转子的位置，无需安装位置传感器，避免当置传感器安装位置影响电机运行参数，如电流、速度、输出功率、效率等，更避免若安装位置偏差较大，导致电机无法启动、高频振动情况。

Description

单相直流无刷电机的转子位置检测系统
技术领域
本发明涉及无位置传感器的单相直流无刷电机，尤其涉及一种单相直流无刷电机的转子位置检测系统。
背景技术
单向直流无刷电机一般通过位置传感器感应转子位置。由于有位置传感器存在，电机工作受制于位置传感器，位置传感器安装位置会影响电机运行参数，如电流、速度、输出功率、效率等，同时若安装位置偏差较大，则会导致电机无法启动、高频振动情况，甚至出现损毁电机或控制系统。采用无位置传感器技术则不存在上述问题，同时无位置传感器能简化电机制造、生产制程，并且增大了电机应用范围等。但是单相无刷直流电机的结构，不能像三相直流无刷电机那样有空闲的相线，传统反电动势检测转子位置的方法不能适用于单相无刷电机，使得在检测单相无刷电机位置上增大了难度。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种单相直流无刷电机的转子位置检测系统，通过测量反电动势检测转子位置。
一种单相直流无刷电机的转子位置检测系统，其特征在于包括BEMF反电动势采样单元，用于反电动势采样及换相信号输出，该BEMF反电动势采样单元具有比较器和减法器，该比较器用于比较电机绕组的电压，所述减法器具有输入端A_Phase、B_Phase，该A_Phase、B_Phase分别连接至电机绕组A、B。
一种单相直流无刷电机，其特征在于包括：
所述BEMF反电动势采样单元；
控制单元，具有ADC采样单元、DAC转换器、内置比较器、存储器、运算单元；
驱动单元，用于提供MOS管驱动信号。
在本发明的单相直流无刷电机中，还包括：
母线电容C1，用于电能转换存储、释放、吸收回馈电能；
MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，组成H桥，完成电机换流工作；
续流二极管D1、D2、D3、D4，为电机换流过程中电机绕组电流泄放通路；
电流传感器I_SENSOR，用于采样电机电流。
在本发明的单相直流无刷电机中，该MCU的DAC输出口接COMP_SET，用于设置BEMF_OUT的输出。
在本发明的单相直流无刷电机中，还包括绕组和转子，电机转子是两对磁极分别为1N、1S、2N、2S组成，对应绕组则由A、B、C、D四个定子绕组，其中A与D、B与C是同相位绕组，即通电时A与D产生相同磁极磁场，B与C产生另一个磁场。
本发明的单相直流无刷电机的转子检测电路可以在没有位置检测传感器的前提下确定转子的位置，无需安装位置传感器，避免当置传感器安装位置影响电机运行参数，如电流、速度、输出功率、效率等，更避免若安装位置偏差较大，导致电机无法启动、高频振动情况。
附图说明
图1本发明的单向直流无刷电机的结构图；
图2本发明的单向直流无刷电机的电路图；
图3本发明的单向直流无刷电机的BEMF采样电路图；
图4本发明的单向直流无刷电机的BEMF采样波形图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。
无位置传感器单相无刷直流电机的结构如图1所示，其具有两对磁极，分别为1N、1S、2N、2S，对应绕组为A、B、C、D四个定子绕组，电机内部无需安装位置传感器。本发明的系统结构如图2所示，U1为MCU是系统总的控制单元，内部包含ADC采样、DAC转换器、内置比较器、存储器、运算单元等；U2为驱动单元，为MOS管提供驱动信号；U3为BEMF反电动势采样，完成反电动势采样及换相信号输出；C1为母线电容，用于电能转换存储、释放、吸收回馈电能；Q1～Q4为MOS管，组成H桥，完成电机换流工作；D1～D4为续流二极管，为电机换流过程中电机绕组电流泄放通路；I_SENSOR为电流传感器，用于采样电机电流。
位置检测系统检测的是电机绕组在运行过程中产生的反电动势，如图3所示，A_Phase和B_Phase分别接在是电机绕组的A、B两个接线端，当电机绕组励磁时，A、B两端电压为励磁电压，当电机绕组停止励磁，可以从A、B端检测反电动势。A_Phase和B_Phase要检测到反电动势的必要条件是加载在绕组两端的励磁电压为0，且绕组中电流为0，同时电机要达到一定转速，才能检测到真实的反电动势。
在检测电路上，反电动势电压经过A_Phase和B_Phase连接到两组减法器，将反电动势信号相减。使用减法器的原因是为了防止电压零点漂移，不使用减法器时，由于反电动势在较低转速时，电压幅值较小，而检测电路的电压零点是以控制板的GND作为参考，会有较大的浮动，造成检测位置出现偏差，会影响电机驱动效果。
A、B两端检测到的反电动势信号是一个正弦波信号，但是实际图3电路的波形如图4所示。在A_Phase上检测到的信号，在有驱动电压存在的情况下是根据驱动电压变化的方波信号，只有在关闭驱动的条件下，才能检测到反电动势信号。图4上ta-tb段才是真正的反电动势信号，而此时的B_Phase电压为0V，所以A_Phase电压高于B_Phase，故选择A-B这个减法器；当到电机转子运行到另一个周期时，如tc-td段，B_Phase电压会高于A_Phase所以要选择B-A减法器。
获取到电机反电动势信号后，会将其输入比较器的一个输入端如图3，而比较器的另一个输入信号是MCU的电压设定值COMP_SET，这个值是通过MCU内置的DAC输出到比较器的。通过改变COMP_SET的值，即可设置反电动势检测器输出时刻，这个时刻可以用来实现提前换相励磁。当需要提前换相励磁时，将COMP_SET设置为大于0的设定值，这个值通过与反电动势比较，即可获取到超前于反电动势过零的BEMF_OUT信号，而这个信号送到MCU，MCU通过控制驱动电路来提前给绕组励磁。
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、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种单相直流无刷电机的转子位置检测系统，其特征在于包括BEMF反电动势采样单元，用于反电动势采样及换相信号输出，该BEMF反电动势采样单元具有比较器和减法器，该比较器用于比较电机绕组的电压，所述减法器具有输入端A_Phase、B_Phase，该A_Phase、B_Phase分别连接至电机绕组A、B。
2.一种单相直流无刷电机，其特征在于包括：
权利要求1所述BEMF反电动势采样单元；
控制单元，具有ADC采样单元、DAC转换器、内置比较器、存储器、运算单元；
驱动单元，用于提供MOS管驱动信号。
3.根据权利要求2所述的单相直流无刷电机，其特征在于还包括：
母线电容C1，用于电能转换存储、释放、吸收回馈电能；
MOS管Q1、Q2、Q3、Q4，组成H桥，完成电机换流工作；
续流二极管D1、D2、D3、D4，为电机换流过程中电机绕组电流泄放通路；
电流传感器I_SENSOR，用于采样电机电流。
4.根据权利要求2所述的单相直流无刷电机，其特征在于，该MCU的DAC输出口接COMP_SET，用于设置BEMF_OUT的输出。
5.根据权利要求2所述的单相直流无刷电机，其特征在于，还包括绕组和转子，电机转子是两对磁极分别为1N、1S、2N、2S组成，对应绕组则由A、B、C、D四个定子绕组，其中A与D、B与C是同相位绕组，即通电时A与D产生相同磁极磁场，B与C产生另一个磁场。
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