CN108551281A - 一种无刷直流电机精确换相的方法及装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开一种无刷直流电机精确换相的方法，将无刷直流电机的三相电压线接入电压检测器，由控制器对电压检测器传出的电压信号进行采样，根据采集的电压信号跳变沿触发换相中断服务，每次执行中断服务时，先判断跳变沿的方向，如果是下降沿，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相处理，如果是上升沿，则控制系统延时20ns后再通过比较器判断电压正负，如果电压是正，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相处理，如果电压是负则继续等待下次中断。本发明还公开了一种实现前述精确换相方法的换相装置。
Description
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精确换相的方法及装置。
背景技术
在无刷直流电机方波控制策略中，电机在每个时刻都是两相导通，一相关断。在实际换相过程中，被关断相上存在电感储能而产生续流，从而使该相绕组上产生一个与关断前完全相反的电动势，待该相电感储能消耗完后，该相上的电动势才完全只由绕阻切割磁力线产生，由于电感储能消耗较快，故被关断相的端口电压在跳变沿之前会产生一个电压脉冲，而这个电压脉冲易被单片机误判为换相信号，从而导致提前换相，大大降低了系统的运行效率及控制性能。因此，解决无刷直流电机无传感器换相误判问题具有重要的意义。
发明内容
本发明针对上述问题，提供一种无刷直流电机精确换相的方法及装置，其可正确识别换相所需的上升跳变沿。
为了达成上述目的，本发明的解决方案是：
一种无刷直流电机精确换相的方法，包括如下步骤：
步骤一、将三相桥式逆变器与直流电源并联，将三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接；将三个电压检测器的输入端分别连接在无刷直流电机的三相绕组端口，输出端则分别连接控制器；所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管及6个IGBT的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断；
步骤二、无刷直流电机的三相电压信号经由电压检测器传入控制器，控制器对电压检测器传出的电压信号进行采样，根据采集的电压信号跳变沿触发换相中断服务；
步骤三、每次执行中断服务时，先判断跳变沿的方向，如果是下降沿，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果是上升沿，则控制系统延时20ns再通过比较器判断电压正负，如果电压是正，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果电压是负则继续等待下次中断。
优选的，所述三相桥式逆变器包含有3条桥臂，每一条桥臂均包括顺序串联的上桥臂和下桥臂，一个IGBT和一个电阻并联组成一个耗能电路，每相的上、下桥臂均由一个MOS管和一个耗能电路串联组成，上、下桥臂之间作为三相桥式逆变器的输出端，3个桥臂的上、下MOS管均反并联一个二极管。
优选的，所述控制器包含有AD采集单元、3个比较器和PWM输出单元，AD采集单元的输入端分别连接3个电压检测器的输出端，AD采集单元的输出端分别连接3个比较器的输入端，而PWM输出单元的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管和6个IGBT的输入端。
优选的，所述的电压检测器是由放大电路组成，用于将无刷直流电机三相绕组端口的高电压转换为低电压以保护所述控制器。
优选的，所述的比较器的负端都接地。
优选的，所述的T＝30/360*Ts，其中Ts为当前速度下控制无刷直流电机的三相电压的周期。
优选的，每一相对应的上桥臂或下桥臂上的相互串联的MOS管和IGBT所接收的开关信号相同。
一种无刷直流电机精确换相的装置，用于提高无刷直流电机的换相精度，所述装置包括直流电源、三相桥式逆变器、3个电压检测器和控制器，其中所述三相桥式逆变器包含有3条桥臂，每一条桥臂均包括顺序串联的上桥臂和下桥臂，一个IGBT和一个电阻并联组成一个耗能电路，每相的上、下桥臂均由一个MOS管和一个耗能电路串联组成，上、下桥臂之间作为三相桥式逆变器的输出端，3个桥臂的上、下MOS管均反并联一个二极管；直流电源与所述三相桥式逆变器的三条支路并联，三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组端口连接；所述三个电压检测器的输入端分别连接在无刷直流电机的三相绕组端口，输出端则分别连接控制器；所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管和6个IGBT的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断。
优选的，每一相对应的上桥臂或下桥臂上的相互串联的MOS管和IGBT连接同一控制信号输出端。
优选的，所述耗能电路用于加快消耗电机绕组由自感现象产生的电能，缩短各相在被关断时出现电压脉冲的时间。
与现有技术相比，本发明的技术方案的优点和有益效果主要是：
(1)本发明技术方案中的一种无刷直流电机精确换相的装置，通过引入耗能电路，缩短了各相在被关断时出现电压脉冲的时间，帮助了本发明技术方案中的一种无刷直流电机精确换相的方法的有效实现，提高了无刷直流电机的运行效率和稳定性。
(2)通过引入中断服务概念，完全避免了电压脉冲信号对正确识别电压换相所需的上升跳变沿的影响。
(3)本发明结构简单，成本低，安全可靠，易于安装，有效提高无传感器无刷直流电机换相的可靠性。
附图说明
图1是本发明装置的结构图；
图2是本发明方法的流程图。
具体实施方式
以下将结合附图，对本发明的技术方案进行详细说明。
如图1所示，本发明提供一种无刷直流电机精确换相的装置，用于提高无刷直流电机的换相精度，包括直流电源、三相桥式逆变器、3个电压检测器41、42、43和控制器，其中，直流电源与三相桥式逆变器并联，三相桥式逆变器的3个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接，为了便于描述，设三相桥式逆变器的三个输出端编号为21、22、23，对应连接无刷直流电机的A、B、C相绕组；3个电压检测器41、42、43的输入端分别连接在无刷直流电机的A相、B相和C相绕组的端口，3个电压检测器41、42、43的输出端则分别连接控制器的输入端；所述控制器包含AD采集单元、PWM输出单元和3个比较器53、54、55，AD采集单元的输入端分别连接3个电压检测器41、42、43的输出端，AD采集单元的输出端分别连接3个比较器53、54、55的输入端，而PWM输出单元的6个输出端分别连接三相桥式逆变器6个MOS管，同时，MOS1的输入端与IGBT1的输入端连接，MOS2的输入端与IGBT2的输入端连接，MOS3的输入端与IGBT3的输入端连接，MOS4的输入端与IGBT4的输入端连接，MOS5的输入端与IGBT5的输入端连接，MOS6的输入端与IGBT6的输入端连接，从而控制相应的功率管导通或关断。
其中，三相桥式逆变器包含有3条桥臂，每一条桥臂均包括顺序串联的上桥臂和下桥臂，一个IGBT和一个电阻并联组成一个耗能电路，每相的上、下桥臂均由一个MOS管和一个耗能电路串联组成，上、下桥臂之间作为三相桥式逆变器的输出端，3个桥臂的上、下MOS管均反并联一个二极管，结合图1所示，耗能电路1由IGBT1和R1并联组成，MOS1和耗能电路1串联而成三相桥式逆变器的A相对应的上桥臂；耗能电路4由IGBT4和R4并联组成，MOS4和耗能电路4串联而成三相桥式逆变器的A相对应的下桥臂；耗能电路3由IGBT3和R3并联组成，MOS3和耗能电路3串联而成三相桥式逆变器B相对应的上桥臂；耗能电路6由IGBT6和R6并联组成，MOS6和耗能电路6串联而成三相桥式逆变器的B相对应的下桥臂；耗能电路5由IGBT5和R5并联组成，MOS5和耗能电路5串联而成三相桥式逆变器的C相对应的上桥臂；耗能电路2由IGBT2和R2并联组成，MOS2和耗能电路2串联而成三相桥式逆变器的C相对应的下桥臂。
基于图1所示的装置，本发明还提供一种实现无刷直流电机精确换相误判的方法，配合图2所示，包括如下步骤：
步骤一、连接好装置：将三相桥式逆变器与直流电源并联，将三相桥式逆变器的三个输出端21、22、23与无刷直流电机的A相、B相、C相绕组的端口对应连接；将三个电压检测器41、42、43的输入端分别连接无刷直流电机A相、B相、C相绕组的端口，输出端则连接控制器；所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管和6个IGBT的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断。
步骤二、无刷直流电机的A相、B相及C相的电压信号经由电压检测器41、42、43分别传入控制器。控制器对电压检测器41、42、43传出的电压信号进行采样，根据采集的电压信号跳变沿触发换相中断服务。
步骤三、每次执行中断服务时，先判断跳变沿的方向，如果是下降沿，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果是上升沿，则控制系统延时20ns后再通过比较器53、54、55判断电压正负，如果电压是正，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果电压是负则继续等待下次中断。
电机换相期间不断重复上述步骤。
在本实施例中，控制器的PWM输出单元输出高电平时，所述IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、MOS1、MOS2、MOS3、MOS4、MOS5及MOS6导通，控制器的PWM输出单元输出低电平时，所述IGBT1、IGBT2、IGBT3、IGBT4、IGBT5、IGBT6、MOS1、MOS2、MOS3、MOS4、MOS5及MOS6关断。
综合上述，本发明一种无刷直流电机精确换相的方法及装置，操作简单并且有效，完全避免了反向电压脉冲信号对正确识别电压换相所需的上升跳变沿的影响，大大提高了装置的稳定性。
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 (10)
1.一种无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一、将三相桥式逆变器与直流电源并联，将三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组对应连接；将三个电压检测器的输入端分别连接在无刷直流电机的三相绕组端口，电压检测器的输出端则分别连接控制器；所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管及6个IGBT的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断；
步骤二、无刷直流电机的三相电压信号经由电压检测器传入控制器，控制器对电压检测器传出的电压信号进行采样，根据采集的电压信号跳变沿触发换相中断服务；
步骤三、每次执行中断服务时，先判断跳变沿的方向，如果是下降沿，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果是上升沿，则控制系统延时20ns再通过比较器判断电压正负，如果电压是正，则控制系统延时T时间，然后由控制器给出控制信号进行换相，如果电压是负则继续等待下次中断。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：所述三相桥式逆变器包含有3条桥臂，每一条桥臂均包括顺序串联的上桥臂和下桥臂，一个IGBT和一个电阻并联组成一个耗能电路，每相的上、下桥臂均由一个MOS管和一个耗能电路串联组成，上、下桥臂之间作为三相桥式逆变器的输出端，3个桥臂的上、下MOS管均反并联一个二极管。
3.如权利要求2所述的无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：所述控制器包含有AD采集单元、3个比较器和PWM输出单元，AD采集单元的输入端分别连接3个电压检测器的输出端，AD采集单元的输出端分别连接3个比较器的输入端，而PWM输出单元的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管和6个IGBT的输入端。
4.如权利要求3所述的无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：所述的电压检测器是由放大电路组成，用于将无刷直流电机三相绕组端口的高电压转换为低电压以保护所述控制器。
5.如权利要求4所述的无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：所述的比较器的负端都接地。
6.如权利要求1所述的无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：所述的T＝30/360*Ts，其中Ts为当前速度下控制无刷直流电机的三相电压的周期。
7.如权利要求1所述的一种无刷直流电机精确换相的方法，其特征在于：每一相对应的上桥臂或下桥臂上的相互串联的MOS管和IGBT所接收的开关信号相同。
8.一种实现权利要求1至7中任一项所述的无刷直流电机精确换相方法的装置，用于提高无刷直流电机的换相精度，其特征在于：所述装置包括直流电源、三相桥式逆变器、3个电压检测器和控制器，其中所述三相桥式逆变器包含有3条桥臂，每一条桥臂均包括顺序串联的上桥臂和下桥臂，一个IGBT和一个电阻并联组成一个耗能电路，每相的上、下桥臂均由一个MOS管和一个耗能电路串联组成，上、下桥臂之间作为三相桥式逆变器的输出端，3个桥臂的上、下MOS管均反并联一个二极管；直流电源与所述三相桥式逆变器的三条支路并联，三相桥式逆变器的三个输出端与无刷直流电机的三相绕组端口连接；所述三个电压检测器的输入端分别连接在无刷直流电机的三相绕组端口，输出端则分别连接控制器；所述控制器的输出端分别连接三相桥式逆变器的6个MOS管和6个IGBT的输入端，从而控制相应的功率管导通或关断。
9.如权利要求8所述的无刷直流电机精确换相装置，其特征在于：每一相对应的上桥臂或下桥臂上的相互串联的MOS管和IGBT连接同一控制信号输出端。
10.如权利要求8所述的无刷直流电机精确换相装置，其特征在于：所述耗能电路用于加快消耗电机绕组由自感现象产生的电能，缩短各相在被关断时出现电压脉冲的时间。
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| CN201810416227.2A CN108551281A (zh) | 2018-05-03 | 2018-05-03 | 一种无刷直流电机精确换相的方法及装置 |
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN110445428A (zh) * | 2019-06-19 | 2019-11-12 | 南京信息职业技术学院 | 一种无刷直流电机的换相控制方法 |
Citations (2)
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| CN104617805A (zh) * | 2015-02-28 | 2015-05-13 | 北京精密机电控制设备研究所 | 一种新型功率主电路 |
| CN106505918A (zh) * | 2016-12-02 | 2017-03-15 | 四川英杰电气股份有限公司 | 一种无刷直流电机位置检测方法及系统 |
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