CN106125027B - 一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路及检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条结构不同的线路，第一条线路包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和第一电压跟随器，分压电路的输入端作为检测电路的信号输入端，第二条线路包括第二电压跟随器；所述逻辑处理电路包含有两条结构相同的线路，每条线路由顺序连接的电压比较器和钳位电路组成，两个钳位电路的输出端分别连接D触发器的D触发端和时钟端。此种电路可解决现有的无刷直流电机三相绕组相序标识不清的问题，结构简单，性能稳定，成本较低且准确性高。本发明还公开一种基于以上检测电路的无刷直流电机霍尔传感器的检测方法。

Description

一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路及检测方法
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，特别涉及一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路及检测方法。
背景技术
无刷直流电机采用电子换向装置代替了传统直流电机的机械换向装置，又具有与直流电机类似的机械特性，其磁钢置于转子上，通过不断地变换定子绕组通电方式产生旋转磁场驱动转子转动。由于转子采用了永磁体结构，无刷直流电机具有体积小、重量轻、结构简单的特点。随着电力电子技术的发展，无刷直流电机的应用越来越广泛。快速有效的确定霍尔传感器与绕组之间的相序关系是实现无刷直流电机调速功能的关键。然而，无刷直流电机长期运行过程中三相接线的磨损老化等诸多因素，都会导致无刷直流电机霍尔传感器无法识别的问题。工程应用中则直接淘汰原有的无刷直流电机，重新购置与新控制器相配套的电机，造成了极大的浪费。因此，设计一种合理、简便且可靠的无刷直流电机霍尔传感器的检测电路具有重要的意义。
发明内容
本发明的目的，在于提供一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路及检测方法，其可解决现有的无刷直流电机霍尔传感器标识不清的问题，电路结构简单，性能稳定，成本较低且检测准确性高。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条线路：第一条线路包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和第一电压跟随器，第二条线路包括第二电压跟随器，所述分压电路的输入端和所述第二电压跟随器的输入端分别作为所述相序检测电路的两个信号输入端；所述逻辑处理电路包含有两条线路：第一条线路包括顺序连接的第一电压比较器和第二钳位电路，所述第一电压比较器的输入端连接所述第一电压跟随器的输出端，第二条线路包括顺序连接的第二电压比较器和第三钳位电路，所述第二电压比较器的输入端连接所述第二电压跟随器的输出端，所述第二钳位电路和第三钳位电路的输出端分别连接D触发器的D触发端和时钟端。
进一步的，所述采样电路中的第一条线路的具体电路是：滑动变阻器的一端作为所述相序检测电路的一个信号输入端，另一端接地，滑动变阻器的滑片与第十一电阻的一端连接，第十一电阻的另一端分别与第十五二极管的阳极、第十六二极管的阴极、第三运算放大器的同相输入端连接，第十五二极管的阴极连接+10V电源，而第十六二极管的阳极连接-10V电源，第三运算放大器的反相输入端与输出端短接，并共同连接至第一电阻的一端，第一电阻的另一端作为所述采样电路的一个输出端。
进一步的，所述采样电路中的第二条线路的具体电路是：第四运算放大器的同相输入端作为所述相序检测电路的另一信号输入端，第四运算放大器的反相输入端与其输出端短接，并共同连接至第五电阻的一端，第五电阻的另一端作为所述采样电路的另一个输出端。
进一步的，所述第三运算放大器与所述第四运算放大器的选型相同，所述第一电阻和所述第五电阻的选型相同。
进一步的，所述逻辑处理电路中的两条线路结构相同。
进一步的，所述逻辑处理电路中，第一条线路的具体电路是：第一二极管的阳极、第二二极管的阴极和第一运算放大器的同相输入端连接，并作为第一电压比较器的输入端，第一运算放大器的反相输入端分别与第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端接地，第一运算放大器的输出端经由第三电阻连接+15V电源，且第一运算放大器的输出端还连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端作为所述第一电压比较器的输出端并分别与第四二极管的阳极、第三二极管的阴极、D触发器的D触发端连接，第四二极管的阴极连接+5V电源，第三二极管的阳极接地。
进一步的，所述逻辑处理电路中，第二条线路的具体电路是：第六二极管的阳极、第五二极管的阴极和第二运算放大器的同相输入端连接，并作为第二电压比较器的输入端，第二运算放大器的反相输入端分别与第六二极管的阴极、第五二极管的阳极、第六电阻的一端相连，第六电阻的另一端接地，第二运算放大器的输出端经由第七电阻连接+15V电源，且第二运算放大器的输出端还连接第八电阻的一端，第八电阻的另一端作为所述第二电压比较器的输出端并分别与第七二极管的阳极、第八二极管的阴极、D触发器的时钟端连接，第七二极管的阴极连接+5V电源，第八二极管的阳极接地。
进一步的，所述输出指示电路的具体电路是：D触发器的正输出端与第九电阻的一端相连，第九电阻的另一端分别与第十一二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第九发光二极管的阳极连接，第十一二极管的阴极连接+5V电源，第十二二极管的阳极接地，第九发光二极管的阴极接地；D触发器的反输出端与第十电阻的一端连接，第十电阻的另一端分别与第十三二极管的阳极、第十四二极管的阴极、第十发光二极管的阳极连接，第十三二极管的阴极连接+5V电源，第十四二极管的阳极接地，第十发光二极管的阴极接地。
一种基于如前所述的无刷直流电机霍尔传感器的检测电路的检测方法，首先任意标定连接无刷直流电机三相绕组的三个霍尔传感器为H1、H2、H3，然后在所述检测电路的一个信号输入端轮流输入霍尔传感器H1、H2、H3的电压信号U1、U2、U3，在所述检测电路的另一个信号输入端输入无刷直流电机定子绕组的B相与A相之间的电压信号eBA；然后依次经过采样电路和逻辑电路后将电压信号eBA以及电压信号U1、U2、U3的正弦信号转化为方波信号，观察电压信号eBA对应的方波信号状态以及输出指示电路中两个发光二极管的发光情况，当电压信号eBA对应的方波信号处于下降沿，且仅有与D触发器正输出端连接的发光二极管亮时，即可确定出对应的霍尔传感器为H3；然后将余下的两个霍尔传感器的电压信号再次轮流输入到所述检测电路的一个信号输入端轮流，将所述电压信号eBA输入到所述检测电路的另一个信号输入端，再次观察所述输出指示电路中两个发光二极管的发光情况，当与D触发器反输出端连接的发光二极管亮时，即可确定出对应的霍尔传感器为H1，余下的霍尔传感器即为H2。
采用上述方案后，本发明具有以下特点：
(1)本发明的采样电路中，输入的电压信号通过滑动变阻器的分压以及钳位电路的限制，缩小电压信号，保证电路元器件的正常运行，通过电压跟随器减小前级电路对后级电路的影响，提高带载能力；
(2)本发明的逻辑处理电路中，通过电压比较器将正弦信号转化为检测所需的方波信号，通过钳位电路保证输入D触发器的方波信号的稳定，保证检测的准确性；
(3)本发明能够准确、有效地判别出无刷直流电机霍尔传感器的标号，电路简单实用，稳定性好，降低故障率，成本低廉，易于维护。
附图说明
图1是本发明的电路图；
图2是本发明的原理框图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案及有益效果进行详细说明。
如图1和图2所示，本发明提供一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路，包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，下面分别介绍。
所述采样电路包含有两条线路：第一条线路包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和第一电压跟随器，第二条线路包括第二电压跟随器，所述分压电路的输入端和所述第二电压跟随器的输入端分别作为所述相序检测电路的两个信号输入端，即1号输入端和2号输入端。所述采样电路中的第一条线路中，分压电路主要由滑动变阻器RV1和电阻R11连接而成，第一钳位电路主要由第十五二极管D15和第十六二极管D16组成，第一电压跟随器主要由第三运算放大器U3：A和第一电阻R1组成，第一条线路的具体电路是：1号输入端与滑动变阻器RV1的一端连接，滑动变阻器RV1的另一端分别接地，滑动变阻器RV1的滑片P1与电阻R11的一端连接，电阻R11的另一端分别与第十五二极管D15的阳极、第十六二极管D16的阴极、第三运算放大器U3:A的同相输入端连接，第十五二极管D15的阴极连接+10V电源，而第十六二极管D16的阳极连接-10V电源，第三运算放大器U3:A的反相输入端与其输出端短接，并共同连接至第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端作为所述采样电路的一个输出端；所述采样电路中的第二电压跟随器主要由第四运算放大器U3：B和第五电阻R5组成,第二条线路的具体电路是：2号输入端与第四运算放大器U3:B的同相输入端连接，第四运算放大器U3:B的反相输入端与其输出端短接，并共同连接至第五电阻R5的一端，第五电阻R5的另一端作为所述采样电路的另一个输出端。较佳的，所述第三运算放大器U3:A与所述第四运算放大器U3:B的选型相同，所述第一电阻R1和所述第五电阻R5的选型相同。
所述逻辑处理电路包含有连接至D触发器且结构相同的两条线路：第一条线路包括顺序连接的第一电压比较器和第二钳位电路，所述第一电压比较器的输入端连接所述第一电压跟随器的输出端(即第一电阻R1的另一端)，第二条线路包括顺序连接的第二电压比较器和第三钳位电路，所述第二电压比较器的输入端连接所述第二电压跟随器的输出端(即第五电阻R5的另一端)，所述第二钳位电路和第三钳位电路的输出端分别连接D触发器的D触发端和时钟端。所述逻辑处理电路的第一条线路中，第一电压比较器主要由第一二极管D1、第二二极管D2、第二至第四电阻R2-R4以及第一运算放大器U1:A组成，第二钳位电路主要由第三二极管D3和第四二极管D4组成，所述逻辑处理电路的第一条线路具体是：第一二极管D1的阳极、第二二极管D2的阴极和第一运算放大器U1:A的同相输入端连接，并作为第一电压比较器的输入端连接第一电阻R1的另一端(即采样电路的一个输出端)，第一运算放大器U1:A的反相输入端分别与第一二极管的阴极D1、第二二极管D2的阳极、第二电阻R2的一端相连，第二电阻R2的另一端接地，第一运算放大器U1:A的输出端经由第三电阻R3连接+15V电源，且第一运算放大器U1:A的输出端还连接第四电阻R4的一端，第四电阻R4的另一端作为所述第一电压比较器的输出端并分别与第四二极管D4的阳极、第三二极管D3的阴极、D触发器的D触发端连接，第四二极管D4的阴极连接+5V电源，第三二极管D3的阳极接地。所述逻辑处理电路的第二条线路中，第二电压比较器主要由第五二极管D5、第六二极管D6、第六至第八电阻R6-R8以及第二运算放大器U1:B组成，第三钳位电路主要由第七二极管D7和第八二极管D8组成，所述逻辑处理电路的第二条线路具体是：第六二极管的阳极D6、第五二极管D5的阴极和第二运算放大器U1:B的同相输入端连接，并作为第二电压比较器的输入端连接第五电阻R5的另一端(即采样电路的另一个输出端)，第二运算放大器U1:B的反相输入端分别与第六二极管D6的阴极、第五二极管D5的阳极、第六电阻R6的一端相连，第六电阻R6的另一端接地，第二运算放大器U1:B的输出端经由第七电阻R7连接+15V电源，且第二运算放大器U1:B的输出端还连接第八电阻R8的一端，第八电阻R8的另一端作为所述第二电压比较器的输出端并分别与第七二极管D7的阳极、第八二极管D8的阴极、D触发器的CLK时钟端连接，第七二极管D7的阴极连接+5V电源，第八二极管D8的阳极接地。
所述输出指示电路主要由两条连接D触发器正、反输出端的指示灯电路组成，第一条指示灯电路具体是：D触发器Q的正输出端与第九电阻R9的一端相连，第九电阻R9的另一端分别与第十一二极管D11的阳极、第十二二极管D12的阴极、第九发光二极管D9的阳极连接，第十一二极管D11的阴极连接+5V电源，第十二二极管D12的阳极接地，第九发光二极管D9的阴极接地；D触发器的反输出端与第十电阻R10的一端连接，第十电阻R10的另一端分别与第十三二极管D13的阳极、第十四二极管D14的阴极、第十发光二极管D10的阳极连接，第十三二极管D13的阴极连接+5V电源，第十四二极管D14的阳极接地，第十发光二极管D10的阴极接地。
基于以上检测电路，本发明还提供一种无刷直流电机的相序检测方法，配合图2所示，首先任意标定三个霍尔传感器为H1、H2、H3，然后在检测电路的1号输入端分别轮流输入霍尔传感器H1、H2、H3的电压信号U1、U2、U3，在检测电路的2号输入端输入无刷直流电机的定子绕组的B相与A相之间的电压信号eBA，两两信号输入后，通过采样电路中的滑动变阻器RV1的分压以及钳位电路的限制缩小电压信号，保证电路元器件的正常运行，通过采样电路中的第一、第二电压跟随器来减小前级电路对后级电路的影响，通过逻辑电路中的第一、第二电压比较器将eBA以及轮流输入的霍尔传感器的电压信号U1、U2、U3的正弦信号转化为方波信号。当电压信号eBA(线电压)对应的方波信号处于下降沿时，有且仅有霍尔传感器H3的电压信号U3对应的方波信号处于高电平时，对应第九发光二极管D9亮，即可确定出对应的霍尔传感器为H3；然后将余下的两个霍尔传感器的电压信号再次分别轮流输入到1号输入端接入电路，电压信号eBA继续输入到2号输入端，当对应的第十发光二极管D10亮时，则说明对应的霍尔传感器为H1，余下的霍尔传感器即为H2，由此可以判别出无刷直流电机的各个霍尔传感器的标号。
综合上述，本发明一种无刷直流电机霍尔传感器的检测电路及检测方法，电源电压信号经过采样电路中滑动变阻器的分压、钳位电路及电压跟随器的保护后，进入逻辑处理电路，逻辑处理电路中电压比较器将两个正弦信号转化为两个方波信号，并输入到D触发器，将其中一个信号作为触发信号，当触发信号出现下降沿时，此时输出信号由另一方波信号对应的电平决定，通过发光二极管的指示，即可得到无刷直流电机霍尔传感器对应的标号。
以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：包括顺序连接的采样电路、逻辑处理电路和输出指示电路，其中，采样电路包含有两条线路：第一条线路包括顺序连接的分压电路、第一钳位电路和第一电压跟随器，第二条线路包括第二电压跟随器，所述分压电路的输入端和所述第二电压跟随器的输入端分别作为所述相序检测电路的两个信号输入端；所述逻辑处理电路包含有两条线路：第一条线路包括顺序连接的第一电压比较器和第二钳位电路，所述第一电压比较器的输入端连接所述第一电压跟随器的输出端，第二条线路包括顺序连接的第二电压比较器和第三钳位电路，所述第二电压比较器的输入端连接所述第二电压跟随器的输出端，所述第二钳位电路和第三钳位电路的输出端分别连接D触发器的D触发端和时钟端。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述采样电路中的第一条线路的具体电路是：滑动变阻器的一端作为所述相序检测电路的一个信号输入端，另一端接地，滑动变阻器的滑片与第十一电阻的一端连接，第十一电阻的另一端分别与第十五二极管的阳极、第十六二极管的阴极、第三运算放大器的同相输入端连接，第十五二极管的阴极连接+10V电源，而第十六二极管的阳极连接-10V电源，第三运算放大器的反相输入端与输出端短接，并共同连接至第一电阻的一端，第一电阻的另一端作为所述采样电路的一个输出端。
3.如权利要求2所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述采样电路中的第二条线路的具体电路是：第四运算放大器的同相输入端作为所述相序检测电路的另一信号输入端，第四运算放大器的反相输入端与其输出端短接，并共同连接至第五电阻的一端，第五电阻的另一端作为所述采样电路的另一个输出端。
4.如权利要求3所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述第三运算放大器与所述第四运算放大器的选型相同，所述第一电阻和所述第五电阻的选型相同。
5.如权利要求1所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述逻辑处理电路中的两条线路结构相同。
6.如权利要求1或5所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述逻辑处理电路中，第一条线路的具体电路是：第一二极管的阳极、第二二极管的阴极和第一运算放大器的同相输入端连接，并作为第一电压比较器的输入端，第一运算放大器的反相输入端分别与第一二极管的阴极、第二二极管的阳极、第二电阻的一端相连，第二电阻的另一端接地，第一运算放大器的输出端经由第三电阻连接+15V电源，且第一运算放大器的输出端还连接第四电阻的一端，第四电阻的另一端作为所述第一电压比较器的输出端并分别与第四二极管的阳极、第三二极管的阴极、D触发器的D触发端连接，第四二极管的阴极连接+5V电源，第三二极管的阳极接地。
7.如权利要求1所述的一种无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路，其特征在于：所述输出指示电路的具体电路是：D触发器的正输出端与第九电阻的一端相连，第九电阻的另一端分别与第十一二极管的阳极、第十二二极管的阴极、第九发光二极管的阳极连接，第十一二极管的阴极连接+5V电源，第十二二极管的阳极接地，第九发光二极管的阴极接地；D触发器的反输出端与第十电阻的一端连接，第十电阻的另一端分别与第十三二极管的阳极、第十四二极管的阴极、第十发光二极管的阳极连接，第十三二极管的阴极连接+5V电源，第十四二极管的阳极接地，第十发光二极管的阴极接地。
8.一种基于如权利要求1至7中任一项所述的无刷直流电机霍尔传感器的相序检测电路的检测方法，其特征在于：首先任意标定连接无刷直流电机三相绕组的三个霍尔传感器为H1、H2、H3，然后在所述检测电路的一个信号输入端轮流输入霍尔传感器H1、H2、H3的电压信号U1、U2、U3，在所述检测电路的另一个信号输入端输入无刷直流电机定子绕组的B相与A相之间的电压信号eBA；然后依次经过采样电路和逻辑电路后将电压信号eBA以及电压信号U1、U2、U3的正弦信号转化为方波信号，观察电压信号eBA对应的方波信号状态以及输出指示电路中两个发光二极管的发光情况，当电压信号eBA对应的方波信号处于下降沿，且仅有与D触发器正输出端连接的发光二极管亮时，即可确定出对应的霍尔传感器为H3；然后将余下的两个霍尔传感器的电压信号再次轮流输入到所述检测电路的一个信号输入端，将所述电压信号eBA输入到所述检测电路的另一个信号输入端，再次观察所述输出指示电路中两个发光二极管的发光情况，当与D触发器反输出端连接的发光二极管亮时，即可确定出对应的霍尔传感器为H1，余下的霍尔传感器即为H2。
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