CN106817051B - 用于驱动无传感器bldc电机的设备和控制方法 - Google Patents

Abstract

一种用于驱动无传感器无刷DC(BLDC)电机的设备和控制方法，更具体地涉及一种被配置为通过脉冲宽度调制(PWM)控制中的非换流时段增加过零点的检测的精度的技术。用于驱动无传感器BLDC电机以基于转子的位置来切换施加到定子绕组的电流的设备包括：三相逆变器，被配置为将DC输入电压转换成三相AC电压并且将三相AC电压供应到BLDC电机；端子电压检测器，被配置为从三相逆变器的输出端子检测三相端子电压；以及控制器，被配置为基于在检测到的端子电压中所包括的三相反电动势(EMF)来执行端子电压的PWM控制。PWM控制包括在其中不发生电流的切换的非换流控制。

Description

用于驱动无传感器BLDC电机的设备和控制方法

技术领域

本公开的实施例涉及一种用于驱动无传感器BLDC电机的设备和控制方法，更具体地，涉及一种被配置为通过PWM控制中的非换流时段增加过零点的检测的精度的技术。

背景技术

通常，无刷DC电机(BLDC电机)具有简单的结构和高的效率，并且被广泛地用于工业。典型地，通过将电流施加到线圈所形成的电枢(armature)被用作BLDC电机定子，以及是通过重复的N极和S极所形成的永磁体并且被用作转子。

为了使BLDC电机连续地旋转，必须形成BLDC电机的连续旋转磁场，并且由于定子通量与转子的永磁体的磁场同步地旋转，因此可能需要转子的位置信息。换句话说，为了形成连续旋转的磁场，流向电枢的线圈的每个相的电流的换流必须在适当的时间执行，并且要求转子的位置被准确地识别以用于适当的换流。这里，换流表示改变电机定子线圈的电流方向以允许转子旋转。

为了BLDC电机的平顺的操作，转子的位置与相电流换流时间必须精准地匹配，并且为此，需要被配置为检测转子的位置的设备。一般地，针对转子位置的检测，可以使用位置检测传感器，诸如霍尔传感器、分解器(resolver)元件和编码器。

然而，最近由于制造成本增加和驱动电路变得复杂，因此使用可以在没有用于转子位置的检测的传感器的情况下驱动电机的无传感器方法。

用于驱动无传感器BLDC电机的方法包括在电机旋转时提取在每个相的定子线圈中产生的反电动势(EMF)，并且通过使用相反(phase back)EMF的过零点来估计转子的位置信息和每个相电流换流时间。

发明内容

为了解决上述缺陷，主要目的是提供用于驱动无传感器BLDC电机的设备和控制方法，其可以通过PWM控制中的非换流时段增加过零点的检测的精度以准确地估计转子的位置信息。

本公开的附加方面将在以下说明书中部分地阐述，并且将根据说明书部分地变得明显，或者可以通过对本公开的实践来习得。

根据本公开的一个方面，一种用于驱动无传感器BLDC电机以基于转子的位置来切换施加到定子绕组的电流的设备包括：三相逆变器，被配置为将DC输入电压转换成三相AC电压，并且将三相AC电压供应到BLDC电机；端子电压检测器，被配置为从三相逆变器的输出端子检测三相端子电压；以及控制器，被配置为基于在检测到的端子电压中所包括的三相反电动势(EMF)来执行端子电压的脉冲宽度调制(PWM)控制，其中，PWM控制包括在其中不发生电流的切换的非换流控制。

设备可以进一步包括过零点(ZCP)检测器，其被配置为基于通过端子电压的PWM控制所产生的PWM信号来检测三相反EMF的ZCP。

ZCP检测器可以包括零点(ZP)比较器，其被配置为通过将检测到的三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

ZP比较器可以在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且可以在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压。

控制器可以执行非换流控制，其被配置为通过去除用于切换电流的开关的操作的PWM信号来产生非换流信号时段。

控制器可以基于检测到的三相反EMF的ZCP来检测电机的转子的位置，并且可以基于检测到的转子的位置来控制三相逆变器的切换操作。

ZCP检测器可以基于通过端子电压的PWM控制所产生的、包括非换流控制的非换流信号时段来检测三相反EMF的ZCP。

设备可以进一步包括相电流转换器，其被配置为通过基于检测到的三相反EMF的ZCP确定在电机中所包括的转子的位置并且基于所确定的转子的位置确定电机的换流时间，来驱动三相逆变器。

设备还可以包括PWM信号发生器，其被配置为基于PWM控制来确定PWM信号的切换模式，并且将切换模式传送到三相逆变器。

设备还可以包括脉冲宽度调制器，其被配置为通过改变PWM信号的脉冲宽度来改变电机的旋转速度。

根据本公开的另一方面，一种用于驱动无传感器BLDC电机以基于转子的位置来切换施加到定子绕组的电流的方法包括：将DC输入电压转换成三相AC电压，并且将三相AC电压供应到BLDC电机；从三相逆变器的输出端子检测三相端子电压；基于在检测到的端子电压中所包括的三相反EMF来执行包括非换流控制的端子电压的PWM控制，在该非换流控制中不发生电流的切换；以及基于通过端子电压的PWM控制所产生的PWM信号来检测三相反EMF的ZCP。

ZCP的检测可以通过对检测到的三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

ZCP的检测可以在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压。

非换流控制可以通过去除用于切换电流的开关的操作的PWM信号来产生非换流信号时段。

方法还可以包括基于检测到的三相反EMF的ZCP来检测电机的转子的位置，并且基于检测到的转子的位置来控制三相逆变器的切换操作。

ZCP的检测可以基于从端子电压的PWM控制所产生的、包括非换流控制的非换流信号时段来检测三相反EMF的ZCP。

方法还可以包括通过基于检测到的三相反EMF的ZCP确定在电机中所包括的转子的位置并且基于所确定的转子的位置确定电机的换流时间，来驱动三相逆变器。

方法还可以包括基于PWM控制来确定PWM信号的切换模式，并且将切换模式传送到三相逆变器。

方法还可以包括通过改变PWM信号的脉冲宽度来改变电机的旋转速度。

在开始下面的具体实施例部分之前，阐述贯穿本专利文献所使用的特定词语和短语的定义是有利的：术语“包含”和“包括”及其派生词意味着包括但不限制；术语“或”是包含性的，意味着和/或；短语“与…相关联”和“与之相关联”及其派生词可以意味着包括、被包括于其中、与之互连、包含、被包含于其中、连接到或与之连接、耦合到或与之耦合、与之通信、与之协作、交织、与之并列、与之邻近、绑定到或与之绑定、具有、具有该性质等等；以及术语“控制器”意味着控制至少一个操作的任何设备、系统或其一部分，这样的设备可以以硬件、固件或软件、或其中至少两项的某一组合实现。应当注意，与任何具体控制器相关联的功能可以是集中式的或分布式的，不管是本地地还是远程地。贯穿本专利文献提供了特定词语或短语的定义，本领域普通技术人员应当理解，如果不是在大多数情况下，则在许多情况下，这样的定义适用于所定义的词语或短语的现有的以及将来的使用。

附图说明

为了更全面的理解本公开及其优点，现在参考以下结合附图的描述，在附图中，相同的附图标记代表相同的部件：

图1是示出用于驱动一般的BLDC电机的逆变器与电机之间的连接的图；

图2是示出用于驱动BLDC电机的三相反电动势和霍尔传感器的图；

图3是示出基于开关控制的电流流动的图；

图4是示出根据本公开的实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的设备的控制框图；

图5是示出根据本公开的实施例的端子电压检测器和零点比较器的控制流程；

图6和图7是示出根据本公开的实施例的端子电压检测器的详细配置的图；

图8是示出根据本公开的实施例的在其中从PWM信号产生非换流时段的信号的图；

图9是示出根据本公开的实施例的产生非换流信号时段的切换操作的图；

图10是示出根据本公开的实施例的在其中通过比较器检测到过零点并且输出信号的信号的图；

图11是示出本公开的实施例的通过将每个相电阻相加来检测反电动势电压的图；以及

图12是示出根据本公开的实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的控制方法的流程图。

具体实施方式

下面讨论的图1至图12以及本专利文献中用来描述本公开的原理的各种实施例仅仅是示例性的，并且不应以限制本公开的范围的方式来解释。本领域技术人员将理解到，可以在任何适当布置的设备或系统中实施本公开的原理。下文中将参考附图来更全面地描述本公开，在附图中示出了本公开的示例性实施例。

如本领域技术人员将认识到地，所描述的实施例可以以各种不同的方式来修改，所有这些都不脱离本公开的精神或范围。

现在将详细地参考在附图中示出其示例的本公开的实施例。然而，对于本公开的描述，如果确定详细描述使本公开的实施例不清楚，则详细描述可以被省略。与描述不相关的部分被省略以便具体地描述本公开，并且贯穿说明书，相同的附图标记指代相同的元件。将理解的是，尽管术语第一、第二、第三等可以在本文中用来描述各种元件，但是这些元件不受这些术语限制。这些术语仅被用来将一个元件与另一个元件区分开。

贯穿本公开，“开关元件”表示被配置为在电气和电子设备中连接或断开电流的布线元件。开关元件可以包括被配置为根据控制信号来连接电流的晶体管、双极型晶体管(BJT)和场效应晶体管(FET)，但不限于此。

当开关元件用作FET时，开关元件可以包括栅极端子、漏极端子和源极端子。另外，根据输入信号，漏极端子可以用作源极端子而源极端子可以用作漏极端子。

开关元件可以被划分成在低电压下进行操作的低电压开关元件(LN)和在高电压下进行操作的高电压开关元件(HN)。在一些实施例中，高电压开关元件(HN)可以被配置为承受高电压被施加到漏极端子的状态，并且可以典型地用在各种电力元件中。

高电压开关元件(HN)可以包括双扩散MOSFET(DMOSFET)、绝缘栅双极晶体管(IGBT)、扩展漏极MOSFET(EDMOSFET)、横向双扩散MOSFET(LDMOSFET)和氮化镓(GaN)晶体管，但不限于此。

贯穿本公开，“接通”表示将开关元件的状态从非传导状态改变为传导状态(换流状态)。具体地，“接通”表示供应信号到栅极以允许电流流到开关元件。与此相反，“关断”表示将开关元件的状态从传导状态改变为非传导状态(非换流状态)。

如上所述，一种用于驱动无传感器BLDC电机的方法可以包括在电机旋转时提取在每个相的定子线圈中产生的反电动势(EMF)，并且通过使用相反EMF的过零点(ZCP)来估计转子的位置信息和每个相电流换流时间。ZCP表示其中每个相的反EMF经过零点的时段的交叉点，并且可以在没有额外的位置检测传感器——例如，霍尔传感器——的情况下，通过经由检测ZCP来检测转子的位置以允许驱动电机的控制。然而，该方法可以包括通过使用在制造电机时未考虑的中性点来直接地测量相电压。因此，在提取相反EMF和ZCP方面可能存在限制，并且相反EMF电压的ZCP可以通过对端子电压与电机的驱动电压的一半进行比较来提取。因此，通过使用上述方法来驱动电机的方法不可以应用于反EMF很小的低速驱动区域，并且可能具有的难点是，通过脉冲宽度调制方法驱动的电机的端子电压包括通过高速切换引起的噪声分量。

图1是示出用于驱动一般的BLDC电机的逆变器与电机之间的连接的图，图2是示出用于驱动BLDC电机的三相反电动势和霍尔传感器的图，以及图3是示出基于开关控制的电流流动的图。

用于控制三相BLDC电机的三相逆变器100可以在图1中示出，并且三相逆变器100可以是被配置为通过使用六个金属氧化物硅场效应晶体管(MOSFET)控制电压占空比来执行150度换流控制的驱动电路。此外，除了150度换流控制之外，控制可以通过120度换流方法来执行，并且150度换流方法可以防止通过以机械方式(30度)进行的开关的交叉操作所引起的臂短接，并且可以不需要防止臂短接的死时间(dead time)。

如图1所示，三相逆变器100中所包括的6个开关Q1至Q6的栅极信号可以是方波形式。此外，控制器70可以通过使用栅极信号来驱动开关，通过控制PWM信号发生器80来脉冲宽度调制(PWM)或脉冲频率调制(PFM)该栅极信号。

脉冲宽度调制(PWM)是一种在将模拟信号调制成具有噪声优势的数字信号之后传送模拟信号的方法，因为模拟由于噪声而损坏。即，由于PWM是与将模拟信号调整成数字值一样多地(as much as)调制脉冲宽度的方法，因此当信号宽度大时脉冲宽度可以变大，并且当信号宽度小时脉冲宽度可以变小。脉冲频率调制(PFM)是根据信号的大小来改变脉冲重复频率的调制方法，以及当信号大时重复频率可以变大，并且当信号小时重复频率可以变小。如上所述，开关操作的控制方法可以与熟知的方法相对应。

开关Q1至Q6可以由氮化镓(GaN)场效应晶体管(FET)来实现。硅MOSFET(Si-MOSFET)在传统上被用作开关元件。被称为下一代功率半导体元件的GaN FET可以具有相对低的传导电阻，这是由于与Si-MOSFET相比的宽带隙半导体的特征，从而可以使得产生的热量最小化。此外，GaN FET可以具有小的电容值，并且可以由于短的开关导通和截止时间而执行高速开关。开关期间所产生的损耗可以小于Si-MOSFET。因此，通过使用由GaN FET实现的开关，可以实现高效率的功率因子校正电路。此外，由于GaN FET的高频率的开关，无源元件的体积可以减少并且可以实现电路的高密度。此外，通过使用GaN FET元件的高反向恢复特征，可以使功率因数校正电路的性能最大化。

参考图1，开关Q1和Q4可以通过“A”示出，开关Q2和Q5可以通过“B”示出，以及开关Q3和Q6可以通过“C”示出。A、B和C被随机设置以描述基于三相反EMF或霍尔传感器信号的开关。

开关Q1和Q4可以不同时接通或关断，并且当开关Q1或Q4接通时，另一个可以被关断。开关Q2和Q5可以不同时接通或关断，并且开关Q3和Q6可以不同时接通或关断。

如图1所示，BLDC电机的每个相电压可以如下面等式1估计，并且每个相电压可以包括相电流的分量、反EMF和中性点。

等式1

Va、Vb和Vc是相电压，ia、ib和ic是相电流，ea、eb和ec是相反EMF以及Vn是中性点电压。

图2示出通过150°换流方法的三相反EMF和霍尔传感器信号。

使用霍尔传感器的方法可以是用于检测转子的位置的传统方法，并且可以被配置为基于由霍尔传感器检测到的信号Ha、Hb和Hc来控制用于驱动电机的开关。此外，用于驱动无传感器BLDC电机的方法可以包括在电机旋转时从每个相的定子线圈提取反EMF ea、eb和ec，并且基于提取来估计转子的位置信息和每个相电流的换流时间。

参考图2，三相DC电机可以通过U相、V相和W相来表示。根据150度换流方法，在通过采用30°来划分信号时段所计算出的电角中，在15°和165°之间，图1的开关A中的Q1被接通；在135°和285°之间，图1的开关B中的Q2被接通；以及大于255°，图1的开关C中的Q3被接通。

参考图2中所示的开关表，A+可以表示Q1被接通，而A-可以表示Q4被接通。此外，B+可以表示Q2被接通，而B-可以表示Q5被接通。以相同的方式，C+可以表示Q3被接通，而C-可以表示Q6被接通。开关表可以基于在电机旋转时由霍尔传感器检测到的信号或在每个相的定子线圈中产生的反EMF来做出，并且基于开关表，从图1的三相逆变器100施加到三相DC电机的电流流动在图3中被示出。

基于图2的开关表的实施例(T)，当电角在135°至165°之间时，开关表可以通过A+、B+和C-示出。也就是说，在此时段中，Q1、Q2和Q6可以被接通，并且从图1的三相逆变器100施加到三相直流电机的电流流动在图3中被示出，从而可以控制三相DC电机的驱动。

图4是示出根据本公开的实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的设备的控制框图。

参考图4，根据实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的设备可以包括端子电压检测器50、过零点检测器60、PWM信号发生器80、脉冲宽度调制器85和相电流转换器90。

端子电压检测器50可以从三相逆变器100的输出端子检测三相端子电压。也就是说，三相逆变器100可以将从外部供应的DC输入电压转换为与驱动BLDC电机相关联的脉冲形状的三相AC电压，并且输出三相AC电压。端子电压检测器50可以通过计算三相逆变器100的三相输出端子之间的电压差来检测端子之间的电压，并且将端子之间的电压输入到控制器70。

由端子电压检测器50检测的端子之间的电压可以通过BLDC电机的每个相电压之间的差来计算，如等式1中所示。如上所述，每个相电压可以包括反EMF分量，并且由端子电压检测器50检测到的端子之间的电压可以包括三相电机的每个相的反EMF。

ZCP检测器60可以通过将由端子电压检测器50检测到的端子之间的电压与电机的输入电压的零点进行比较来提取三相反EMF的ZCP。即，端子电压检测器50可以通过从BLDC电机接收每个端子的电压来检测包括三相反EMF的端子之间的电压，并且将检测到的端子之间的电压传送到在ZCP检测器60中所包括的零点(ZP)比较器61。

ZP比较器61可以将从端子电压检测器50传送的三相端子电压与电机的输入电压进行比较，以及然后可以在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且可以在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压。

控制器70可以基于在由端子电压检测器50检测到的端子电压中所包括的三相反EMF来执行端子电压的PWM控制。PWM控制是在将模拟信号调制成具有噪声优势的数字信号之后传送模拟信号的方法，因为当以有线或无线方法传送模拟信号时，模拟由于噪声而损坏。也就是说，控制器70可以将在端子电压中所包括的三相反EMF的模拟信号调制成数字信号。

由控制器70执行的PWM控制可以包括稍后描述的非换流控制，并且非换流控制可以表示通过非换流信号时段的产生进行的控制，在该非换流信号时段中，PWM信号被去除以防止在三相逆变器100中发生电流的切换。

ZCP检测器60可以基于从PWM控制产生的PWM信号来检测三相反EMF的ZCP，该PWM控制包括由控制器70执行的三相端子电压的非换流控制。控制器70可以基于由ZCP检测器60检测的ZCP来获取转子的位置信息，并且可以传送控制信号，该控制信号被配置为通过控制电压被施加到定子绕组的定时来控制被供应到三相逆变器100的PWM信号模式以防止过电流被供给到电机。通过发送控制信号，可以控制三相逆变器100的切换操作。也就是说，控制器70可以执行整体三相逆变器100的控制算法。

PWM信号发生器80可以基于由控制器70输出的PWM信号来确定PWM信号的切换模式，并且将所确定的切换模式传送到三相逆变器100，以便允许开关Q1至Q6根据切换模式进行操作。

脉冲宽度调制器85可以改变从PWM信号发生器80输出的PWM信号的脉冲宽度，从而改变电机的旋转速度。脉冲宽度调制器85可以调整三相逆变器100的切换以变化电机的旋转速度，从而控制BLDC电机的无传感器驱动。

相电流转换器90可以通过由ZCP检测器60提取的三相反EMF的ZCP来确定三相电机的转子的位置，并且基于该确定来确定换流时间从而控制三相逆变器100以进行操作。

图5是示出端子电压检测器和零点比较器的控制流程，而图6和图7是示出根据本公开的实施例的端子电压检测器的详细配置的图。

如图5所示，端子电压检测器50可以通过经由使用差分放大器从BLDC电机接收每个端子电压来检测端子之间的电压，包括相之间的反EMF，并且可以将端子之间的电压传送到ZP比较器61。

ZP比较器61可以通过比较器来将从端子电压检测器50接收的端子之间的电压与电机的输入电压进行比较，从而生成方波信号，该方波信号被配置为在端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且被配置为在端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出负电压。

在图5中，Va、Vb和Vc是相电压，Vac、Vba和Vcb是相间端子之间的电压，以及Sac、Sba和Scb是通过将三相端子电压与电机的输入电压进行比较所传送的信号。

参考图6，DC电机的三相(U，V，W)的端子电压Va、Vb和Vc可以被电阻R1和R2分压，并且然后被输入到控制器70的A/D输入端口72。额外的齐纳二极管可以被包括在A/D输入端口72中，以使得由每个电阻分布电路R1和R2分压的电压值被限制在每个相端子电压的A/D输入电压的范围内。

此外，在BLDC电机的无传感器操作时段，每个相(U，V，W)的端子电压与三相逆变器100的DC端子的电压的一半的比较结果可以被输入到控制器70的数字输入端口74，从而检测在三相端子电压中所包括的三相反EMF的ZCP。

图8是示出根据本公开的实施例的从PWM信号产生的非换流时段中的信号的图，而图9是示出根据本公开的实施例的产生非换流信号时段的切换操作的图。

如上所述，根据BLDC电机的无传感器驱动的传统方法，PWM控制可以针对在端子电压中所包括的三相反EMF来执行，并且三相反EMF的ZCP可以从PWM控制提取，从而可以控制三相逆变器100的切换。

然而，在以低速驱动电机的时段中，存在许多PWM信号的脉冲，并且反EMF的大小很小。因此，切换噪声可以很大，并且因此可能难以检测到精确的ZCP。

因此，控制器70可以基于三相反EMF来对PWM信号执行非换流控制，以使得由切换噪声引起的困难可以被缓解并且可以检测到精确的ZCP，由此准确地检测转子的位置。

根据本公开的实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的设备，不存在用于检测转子的位置的额外的位置检测传感器，例如霍尔传感器，并且因此转子可以根据先前驱动电机的预定相位来布置。

参考图8，控制器70可以对PWM信号执行三相非换流控制，以在每个相中产生非换流信号时段。控制器70可以基于由端子电压检测器50检测到的三相端子电压来检测三相反EMF，并且基于三相反EMF生成PWM信号。在这种情况下，控制器70可以在产生PWM信号的PWM控制中执行非换流控制，并且具体地，控制器70可以通过在低速时段中控制开关Q1至Q6来去除PWM信号。

如图8所示，控制器70可以在U相中产生非换流时段(Z1)，在V相中产生非换流时段(Z2)，以及在W相中产生非换流时段(Z3)。此外，如图9所示，非换流时段可以通过控制开关Q1至Q6来产生非换流信号。

如图2和图3所示，控制器70可以产生切换模式，其被配置为通过控制PWM信号发生器80来驱动开关A(Q1和Q4)、开关B(Q2和Q5)以及开关C(Q3和Q6)。

为了产生关于三相DC电机的PWM信号的非换流信号时段，Q1、Q2和Q3中的所有可以被接通，并且Q4、Q5和Q6中的所有可以被关断。当Q4、Q5和Q6中的所有被接通并且Q1、Q2和Q3中的所有被关断时，可以产生非换流时段。

由于PWM信号的脉冲不存在于非换流时段中，因此可以从PWM非换流信号时段检测到精确的ZCP。即，ZCP检测器60可以接收在其中执行非换流控制的PWM信号，并且基于通过PWM控制所产生的非换流信号时段来检测三相反EMF的ZCP。

图10是示出根据本公开的实施例的在其中通过比较器检测到过零点并且输出信号的信号的图。

图10的部分(a)示出通过ZCP检测器60从包括非换流时段的PWM信号检测到ZCP。在ZCP检测器60中所包括的ZP比较器61可以接收在其中由控制器70执行非换流控制的三相端子电压的PWM信号，并且可以通过将接收到的三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

此外，ZP比较器61可以通过，在其中在三相端子电压的PWM信号中所包括的三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压并且在其中三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压，来输出如图10的部分(b)中所示的信号，并且输出信号可以被输入到控制器70。

如图10的部分(c)所示，控制器70可以延迟通过ZP比较器61输出的信号的相位。即，由ZP比较器61检测到的ZCP可以是三相电机的驱动点，并且可以通过相对于ZCP延迟15°来驱动三相电机。当延迟相位时，电机可以按照与位置检测传感器——例如霍尔传感器——相同的方式被驱动。

图11是示出根据本公开的实施例的通过将每个相电阻相加来检测反电动势电压的图。

如图5至图7所示，在使用三个运算放大器(op-Amp)的状态下，只有当所有的三个运算放大器都正常操作时，才可以检测到包括反EMF的端子电压。

根据实施例，代替使用三个运算放大器，每个相的电阻R1、R2和R3可以被组合为单个值以检测包括反EMF的端子电压。

如图11所示，被配置为检测反EMF的反EMF检测器200可以包括反EMF检测电路210、低通滤波器(LPF)220、被配置为将由反EMF检测电路210获取的电压与极性电压(Vdc/2)进行比较的比较器240以及被配置为检测极性电压的极性电压检测器230。如上所述，当每个相的电阻被组合为单个值以检测反EMF时，可以解除只有当三个运算放大器都正常操作时才检测到反EMF的困难，并且可以简化电路配置。

图12是示出根据本公开的实施例的用于驱动无传感器BLDC电机的控制方法的流程图。

参考图12，三相逆变器100可以将DC输入电压转换为三相AC电压，并且将三相AC电压供应到电机(S100)。也就是说，三相逆变器100可以是由六个开关Q1至Q6和二极管构成的典型的开关电路，以及可以被配置为将从整流单元供应的DC电力转换为具有任意可变频率的脉冲形状的三相AC电力(U，V，W)并且将AC电力供应到BLDC电机。

端子电压检测器50可以通过计算三相逆变器100的输出端子的电压之间的差来检测端子之间的电压(S110)，并且可以将检测到的端子电压传送到控制器70。由端子电压检测器50检测到的三相端子电压可以包括三相电机的每个相的反EMF。

控制器70可以执行包括非换流控制的端子电压的PWM控制(S120)。即，端子电压检测器50可以产生非换流信号时段，在非换流信号时段中，PWM信号被去除以防止在三相逆变器100中发生电流切换。控制器70可以通过执行关于PWM信号的三相非换流控制来在每个相中产生非换流信号时段。

ZCP检测器60可以基于通过由控制器70执行的、包括三相端子电压的非换流控制的PWM控制所产生的PWM信号来检测三相反EMF的ZCP(S130)。ZCP检测器60可以通过经由提供ZP比较器61以将三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

控制器70可以基于三相反EMF的检测到的过零点来检测电机的转子的位置(S140)，基于转子的位置确定电机的换流时间(S150)，以及控制三相逆变器的切换操作(S160)。

如从上面描述明显看出，根据针对驱动无传感器BLDC电机所提议的设备和控制方法，通过经由非换流控制去除关于反EMF的PWM信号的切换噪声，可以提高ZCP的检测的精度。

另外，通过在PWM控制期间经由非换流时段增加ZCP的检测精度，可以准确地估计转子的位置信息。

虽然已经采用示例性实施例描述了本公开，但是可以向本领域技术人员建议各种改变和修改。意图在于，本公开包含落入所附权利要求的范围之内的这样的改变和修改。

Claims (10)

1.一种用于驱动无传感器BLDC电机以基于转子的位置来切换施加到定子绕组的电流的设备，该设备包括：

三相逆变器(100)，被配置为将DC输入电压转换成三相AC电压，并且将三相AC电压供应到BLDC电机；

端子电压检测器(50)，被配置为从三相逆变器的输出端子检测三相端子电压；以及

控制器(70)，被配置为基于在检测到的端子电压中所包括的三相反电动势EMF来执行端子电压的脉冲宽度调制PWM控制，其中，PWM控制包括产生具有非换流时段的PWM信号，其中，PWM信号的脉冲不存在于非换流时段中；以及

过零点ZCP检测器(60)，被配置为基于PWM信号并从通过端子电压的PWM控制所产生的非换流时段检测三相反EMF的ZCP。

2.如权利要求1所述的设备，其中

ZCP检测器包括零点ZP比较器(61)，所述零点ZP比较器(61)被配置为通过将检测到的三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

3.如权利要求2所述的设备，其中

ZP比较器被配置为在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压。

4.如权利要求1所述的设备，其中

控制器被配置为基于检测到的三相反EMF的ZCP来检测电机的转子的位置，并且基于检测到的转子的位置来控制三相逆变器的切换操作。

5.如权利要求1所述的设备，进一步包括：

PWM信号发生器(80)，被配置为基于PWM控制来确定PWM信号的切换模式，并且将切换模式传送到三相逆变器。

6.如权利要求5所述的设备，进一步包括：

脉冲宽度调制器(85)，被配置为通过改变PWM信号的脉冲宽度来改变电机的旋转速度。

7.一种用于驱动无传感器BLDC电机以基于转子的位置来切换施加到定子绕组的电流的方法，该方法包括：

将DC输入电压转换成三相AC电压，并且将三相AC电压供应到BLDC电机；

从三相逆变器的输出端子检测三相端子电压；

基于在检测到的端子电压中所包括的三相反电动势EMF来执行端子电压的脉冲宽度调制PWM控制，其中，PWM控制包括产生具有非换流时段的PWM信号，其中，PWM信号的脉冲不存在于非换流时段中；以及

基于PWM信号并从非换流时段检测三相反EMF的过零点ZCP。

8.如权利要求7所述的方法，其中

检测ZCP包括通过将检测到的三相端子电压与电机的输入电压进行比较来检测三相反EMF的ZCP。

9.如权利要求8所述的方法，其中

ZCP的检测在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为正的时段中输出正电压，并且在三相端子电压与电机的输入电压之间的差为负的时段中输出零电压。

10.如权利要求7所述的方法，进一步包括：

基于检测到的三相反EMF的ZCP来检测电机的转子的位置，并且基于检测到的转子的位置来控制三相逆变器的切换操作。

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