CN106253762A - 无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法 - Google Patents

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    • H02P6/14—Electronic commutators
    • H02P6/16—Circuit arrangements for detecting position

Abstract

本发明公开了一种无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法，所述方法直接利用无刷直流电机自带的霍尔位置传感器，通过将霍尔位置信号在CPLD和DSP控制器中进行处理得到六倍频的方波信号，将得到的六倍频方波信号和电机霍尔位置信号通过简单的逻辑运算就能提供无刷直流电机三三导通所需的位置信号和换相逻辑。本发明方法应用在无刷直流电机控制系统中，具有成本低、位置检测精度高、控制算法简单、数字计算量小等优点，并省去了昂贵的位置检测装置，简化了复杂的位置信号控制算法。

Description

无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法
技术领域
本发明涉及无刷电机控制领域，尤其是一种无刷直流电机驱动器三三导通位置检测及换相信号合成方法。
背景技术
永磁无刷直流电机因具有控制简单、调速性能好、效率高等优点而得到了广泛的应用。目前，无刷直流电机的位置检测技术主要包括有位置传感器的检测和无位置传感器的检测，传统的有位置传感器检测依靠线性霍尔传感器，通常用于方波驱动的换相控制，其可以为无刷电机二二导通控制直接提供换相信号，由于三三导通换相时刻与霍尔位置信号上升下降沿不是一一对应，因此不能直接提供三三导通所需的换相信号，为实现三三导通控制，通常需要使用昂贵的位置检测装置，如光电编码器等，这样就增加了系统成本。无位置传感器检测不使用位置传感器，这样虽然可以避免工作环境对位置检测精度的影响，但转子位置的检测主要依赖控制算法，其数字计算量较大，编程较复杂。基于低成本位置传感器，通过优化控制算法达到高精度的位置检测可以有效解决以上问题。
发明内容
本发明目的在于提供一种低成本、高精度位置检测、控制算法简单、数字运算量小的无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法。
为实现上述目的，采用了以下技术方案：本发明所述方法主要包括无刷直流电机、霍尔位置传感器、CPLD控制器以及DSP控制器，具体的方法步骤如下：
步骤1，利用无刷直流电机内部自带的霍尔位置传感器可以得到A、B、C三相相位互差120度的电机转子位置信号；
步骤2，将其中的任意一相转子位置信号输入CPLD控制器，在CPLD中进行逻辑运算，得到三倍频的方波信号；
步骤3，将三倍频的方波信号送入DSP控制器，在DSP控制器中进行二倍频运算，得到位置信号的六倍频方波信号；
步骤4，将位置信号的六倍频方波信号作为附加信号与电机转子三相位置信号的原信号进行逻辑运算，合成无刷直流电机驱动器三三导通所需的位置信号及换相逻辑信号。
进一步的，步骤3中，在DSP控制器中捕获三倍频方波信号的上升沿和下降沿，将两次捕获的时间间隔做为时基t，下一次上升沿或下降沿到来时，输出高电平持续时间为t/2的方波信号，由此得到频率是电机转子位置信号频率六倍的方波信号。
进一步的，步骤4中，将六倍频方波信号送回CPLD控制器，在CPLD中六倍频方波信号与电机转子位置信号通过逻辑运算得到12组各异的电平组合，通过电平组合触发对应的开关管导通，由此得到无刷电机驱动器三三导通所需的位置信号及换相逻辑。
与现有技术相比，本发明方法具有如下优点：
1、使用无刷直流电机本体自带的霍尔位置传感器实现转子位置检测，可以减少系统开发成本。
2、通过DSP控制器和CPLD控制器配合使用，数字运算量小，编程简单。
3、实时检测，所得转子位置精度高。
附图说明
图1是本发明方法的驱动逻辑合成图。
图2是本发明方法在CPLD中三倍频合成逻辑图。
图3是无刷直流电机三相反电动势及三三导通方式下导通规律图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步说明：
本发明所述方法在不增加成本的情况下，使用无刷直流电机本体自带的霍尔位置传感器得到电机转子的位置信号，将该位置信号六倍频，作为附加的方波信号，原位置信号与附加的方波信号进行逻辑运算，直接合成无刷直流电机驱动器三三导通所需的换相信号。
如图1所示，图中HA、HB、HC分别为无刷直流电机三相霍尔位置信号，HE是霍尔信号三倍频信号，HD是六倍频信号，eA、eB、eC分别为三相反电动势信号，VT1～VT6为开关管驱动信号。无刷直流电机转子霍尔位置传感器输出的六个离散的转子位置信号通过或逻辑可直接合成适用于无刷电机二二导通的换相信号，而在采用三三导通调制策略时，以30°到90°为例，在此期间霍尔位置信号未发生变化，而开关管在60°时由VT1、VT6、VT5导通换相到VT1、VT6、VT2导通，在120°、180°、240°、300°和360°的时候面临同样的问题，这样就不能通过霍尔位置传感器的输出信号进行简单的或逻辑合成换相所需的驱动信号。在本发明所提及的无刷电机三三导通换相信号合成方法中，将无刷电机一相霍尔位置信号输入到CPLD，在CPLD中通过逻辑运算输出三倍频方波信号输入DSP，在DSP中捕获三倍频方波信号的上升下降沿，以上一扇区上升沿与下降沿之间的时间差为基准时间t，在下一次捕获上升沿或下降沿时输出时间为t/2的方波信号，由此得到六倍频于霍尔位置信号的方波信号，将该方波信号与霍尔位置信号进行或逻辑，可得到12个相异的电平组合，这12个电平组合对应电机工作在6个工作状态，当电平组合为0001和1101时工作在状态1，此时触发VT1、VT5、VT6导通，当电平组合为0101和1100时工作在状态2，此时触发VT1、VT6、VT2导通，以此类推，可得到无刷电机三三导通所需的完整的驱动信号。
图2为本发明方法在CPLD中三倍频逻辑合成图。图中HA、HB、HC分别代表无刷电机A、B、C三相霍尔位置信号，三倍频信号HE是基于霍尔位置传感器先两两相与，再将相与后信号相或得到，反应实际的转子位置，这样先通过三倍频再经过二倍频实现六倍频的方法是在转子位置实时检测的基础上进行，每次捕获会更新时基，这样得到的精度较高。
图3为无刷直流电机三相反电势波形及其三三导通方式下开关管导通逻辑。三三导通方式是指在任意瞬间使三个开关管同时导通，各开关管导通顺序为VT1、VT2、VT3→VT2、VT3、VT4→VT3、VT4、VT5→VT4、VT5、VT6→VT5、VT6、VT1→VT6、VT1、VT2，然后依次循环导通，每个周期有六种导通状态，每隔60度改变一次导通状态，每改变一次工作状态换相一次，每个开关管导通180度。当VT6、VT1、VT2导通时，电流从电源的正极流出，经开关管VT1流入A相绕组，再从B相和C相绕组流出，经开关管VT6、VT2回到电源的负极。流过B相和C相绕组的电流分别是流过A相绕组电流的一半，其合成转矩方向与A相方向一致，大小为1.5Ta。再经过60度电角度后，换相到VT1、VT2、VT3通电，这时电流分别从开关管VT1和VT3流入，经A相和B相绕组，再流入C相绕组，经VT2流出，合成转矩方向与-C相同，转过了60度电角度，合成转矩大小仍然是1.5Ta。再经过60度电角度后，换相到VT2、VT3、VT4通电，依次类推。
以上所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的范围进行限定，在不脱离本发明设计精神的前提下，本领域普通技术人员对本发明的技术方案做出的各种变形和改进，均应落入本发明权利要求书确定的保护范围内。

Claims (3)

1.一种无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法，主要包括无刷直流电机、霍尔位置传感器、CPLD控制器以及DSP控制器，其特征在于，所述方法的具体步骤如下：
步骤1，利用无刷直流电机内部自带的霍尔位置传感器可以得到A、B、C三相相位互差120度的电机转子位置信号；
步骤2，将其中的任意一相转子位置信号输入CPLD控制器，在CPLD中进行逻辑运算，得到三倍频的方波信号；
步骤3，将三倍频的方波信号送入DSP控制器，在DSP控制器中进行二倍频运算，得到位置信号的六倍频方波信号；
步骤4，将位置信号的六倍频方波信号作为附加信号与电机转子三相位置信号的原信号进行逻辑运算，合成无刷直流电机驱动器三三导通所需的位置信号及换相逻辑信号。
2.根据权利要求1所述的无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法，其特征在于：步骤3中，在DSP控制器中捕获三倍频方波信号的上升沿和下降沿，将两次捕获的时间间隔做为时基t，下一次上升沿或下降沿到来时，输出高电平持续时间为t/2的方波信号，由此得到频率是电机转子位置信号频率六倍的方波信号。
3.根据权利要求1所述的无刷电机驱动器三三导通位置信号及换相逻辑生产方法，其特征在于：步骤4中，将六倍频方波信号送回CPLD控制器，在CPLD中六倍频方波信号与电机转子位置信号通过逻辑运算得到12组各异的电平组合，通过电平组合触发对应的开关管导通，由此得到无刷电机驱动器三三导通所需的位置信号及换相逻辑。
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第2期: ""基于锁相环倍频的BLDCM速度控制系统设计"", 《传感器与微系统》 *

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