CN108736769A - 吸尘器、电机的反电势过零检测方法、装置和控制系统 - Google Patents

吸尘器、电机的反电势过零检测方法、装置和控制系统 Download PDF

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    • H02P6/14—Electronic commutators
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    • 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

本发明公开了一种吸尘器、电机的反电势过零检测方法、装置和控制系统，其中，无刷直流电机的反电势过零检测方法包括以下步骤：获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；判断是否进入反电势过零检测时间间隙；如果进入反电势过零检测时间间隙，则对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。该方法不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。

Description

吸尘器、电机的反电势过零检测方法、装置和控制系统
技术领域
本发明涉及电机控制技术领域，特别涉及一种无刷直流电机的反电势过零检测方法、一种无刷直流电机的反电势过零检测装置、一种无刷直流电机的控制系统和一种吸尘器。
背景技术
目前，在无刷直流电机无传感器驱动控制技术领域中，电机的转子位置检测方法有多种，其中以反电势过零法简单、有效而被广泛应用。反电势过零法的基本原理是当无刷直流电机的某相绕组的反电势过零时，转子直轴与该相绕组轴线恰好重合，因此只要判断出各相绕组的反电势过零点就可获知电机的转子位置。
相关技术中，反电势过零检测的方法有两种：一、采用ADC模块在每个PWM控制周期采样一次无刷直流电机悬空相的端电压，然后将采样结果与参考电压进行比较判断是否发生过零；二、增加外部比较器，利用硬件比较无刷直流电机悬空相的端电压与参考电压的大小关系，实现反电势过零检测。
然而，上述检测方法存在以下缺点：1)当采用方法一进行反电势过零检测时，检测到的反电势过零时刻均滞后实际反电势过零时刻约为一个PWM周期，在无刷直流电机的转速较低，PWM(Pulse Width Modulation，脉冲宽度调制)控制信号的占空比较小时，一个换相间隔内有多个PWM周期，滞后一个PWM周期对无刷直流电机换相的影响较小，但是，当无刷直流电机的转速较高时，一个换相间隔内的PWM周期的个数较少，反电势过零检测滞后可能会导致无刷直流电机换相滞后，从而影响无刷直流电机的稳定性；2)采用方法二进行反电势过零检测时，由于增加了外部比较器，因此会导致成本较高。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的第一个目的在于提出一种无刷直流电机的反电势过零检测方法，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
本发明的第二个目的在于提出一种非临时性计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种无刷直流电机的反电势过零检测装置。
本发明的第四个目的在于提出一种无刷直流电机的控制系统。
本发明的第五个目的在于提出一种吸尘器。
为实现上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种无刷直流电机的反电势过零检测方法，包括以下步骤：获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；判断是否进入所述反电势过零检测时间间隙；如果进入所述反电势过零检测时间间隙，则对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零。
根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法，获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，并判断是否进入所述反电势过零检测时间间隙，如果进入所述反电势过零检测时间间隙，则对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。从而不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，包括：获取前N次反电势过零间隔时间，其中，所述N根据所述当前转速获取；根据所述前N次反电势过零间隔时间获取所述当前转速下半个扇区对应的时间；获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间；获取所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得所述反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，通过以下公式获取所述当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为所述当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，所述获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，包括：根据所述无刷直流电机的最高运行转速获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表和线性插值算法获取所述反电势过零检测提前时间。
根据本发明的一个实施例，所述如果进入所述反电势过零检测时间间隙，则对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零，包括：在进入所述反电势过零检测时间间隙时，，将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i次采样，其中，i为大于等于1的整数；在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据所述第i次采样结果和所述参考电压判断所述反电势是否过零；如果所述反电势过零，则退出所述反电势过零检测阶段。
根据本发明的一个实施例，所述无刷直流电机的反电势过零检测方法还包括：判断从上一换相时刻到当前时间是否超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，如果所述从上一换相时刻到当前时间超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入所述反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，所述无刷直流电机的最高电转速达到80000r/min以上。
为实现上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的反电势过零检测方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
为实现上述目的，本发明第三方面实施例提出的一种无刷直流电机的反电势过零检测装置，包括：第一获取单元，用于获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；第一判断单元，用于判断是否进入所述反电势过零检测时间间隙；采样单元，用于在进入所述反电势过零检测时间间隙，对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零。
根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置，通过第一获取单元获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，并通过第一判断单元判断是否进入所述反电势过零检测时间间隙，以及通过采样单元在进入反电势过零检测时间间隙时对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。从而不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
另外，根据本发明上述实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置还可以具有如下附加的技术特征：
根据本发明的一个实施例，所述第一获取单元具体用于，获取前N次反电势过零间隔时间，并根据所述前N次反电势过零间隔时间获取所述当前转速下半个扇区对应的时间，以及获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，并获取所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得所述反电势过零检测时间间隙，其中，所述N根据所述当前转速获取。
根据本发明的一个实施例，所述第一获取单元通过以下公式获取所述当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为所述当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，所述第一获取单元具体用于，根据所述无刷直流电机的最高运行转速获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表和线性插值算法获取所述反电势过零检测提前时间。
根据本发明的一个实施例，所述采样单元具体用于，在进入所述反电势过零检测时间间隙时，将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i次采样，以及在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据所述第i次采样结果和参考电压判断所述反电势是否过零，如果所述反电势过零，则退出所述反电势过零检测阶段，其中，i为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，所述第一判断单元具体用于，判断从上一换相时刻到当前时间是否超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，如果所述从上一换相时刻到当前时间超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入所述反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，所述无刷直流电机的最高电转速达到80000r/min以上。
为实现上述目的，本发明第四方面实施例提出了一种无刷直流电机的控制系统，其包括上述的无刷直流电机的反电势过零检测装置。
根据本发明实施例的无刷直流电机的控制系统，通过上述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
为实现上述目的，本发明第五方面实施例提出了一种吸尘器，其包括上述的无刷直流电机的控制系统。
根据本发明实施例的吸尘器，通过上述的无刷直流电机的控制系统，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
附图说明
图1是根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法的流程图；
图2a是A相一个周期的端电压波形图；
图2b是A相悬空阶段的端电压波形图；
图3是相关技术中无刷直流电机的反电势过零检测的示意图；
图4是根据本发明一个实施例的反电势过零检测时间间隙的示意图；
图5是根据本发明另一个实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法的流程图；
图6是根据本发明另一个实施例的反电势过零检测时间间隙的示意图；
图7a-7b是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的反电势过零检测的示意图；
图8a-图8c是根据本发明一个具体实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法的流程图；
图9是根据本发明一个实施例的无刷直流电机的反电势过零检测的示意图；
图10是根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置的方框示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参考附图来描述根据本发明实施例提出的无刷直流电机的反电势过零检测方法、非临时性计算机可读存储介质、无刷直流电机的反电势过零检测装置、无刷直流电机的控制系统以及吸尘器。
图1是根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法的流程图。如图1所示，本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法包括以下步骤：
S1，获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙。
S2，判断是否进入反电势过零检测时间间隙。其中，判断是否进入反电势过零检测时间间隙，即判断是否进入反电势过零检测阶段。
S3，如果进入反电势过零检测时间间隙，则对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。
根据本发明的一个实施例，在获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙之前，还可以获取无刷直流电机的PWM控制信号的占空比，并判断占空比是否大于第一预设占空比。如果占空比大于第一预设占空比，则获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，并判断是否进入反电势过零检测时间间隙，以及在反电势过零检测时间间隙内，对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零；如果占空比小于第二预设占空比，则在PWM控制周期内通过常规反电势采样方法对无刷直流电机的反电势进行一次采样，并根据采样结果判断反电势是否过零，其中，第二预设占空比小于第一预设占空比，具体可根据实际情况进行标定。
具体地，目前反电势过零检测是比较悬空相端电压与参考电压的关系。以A相为例，在一个周期内A相绕组端电压波形如图2a所示，其中在BC和CB期间，A相悬空，其端电压波形如图2b所示。在PWM开通期间，A相端电压UA＝eA+1/2UDC，当UA＝1/2UDC时，eA＝0，即为A相反电势过零时刻；在PWM关断期间，A相端电压UA＝eA，当UA＝0时，即为A相反电势过零时刻。因此，在PWM开通期间进行反电势过零检测，参考电压选择1/2UDC，在PWM关断期间进行反电势过零检测，参考电压选择0V。
相关技术中，当使用ADC模块在每个PWM控制周期内采样一次悬空相的端电压，并将采样结果与参考电压进行比较，以判断反电势是否过零时，以在PWM开通期间检测反电势过零为例。如图2所示，在BC导通期间，A相端电压呈上升趋势，在每个PWM开通期间对A相端电压进行一次采样，并与参考电压进行比较，在图2b中的a1时刻，UA＜1/2UDC，反电势未过零，在下一PWM控制周期的a2时刻，UA＞1/2UDC，此时检测到反电势已过零；同理，在CB导通期间，A相端电压呈下降趋势，在b2时刻，UA＞1/2UDC，反电势未过零，而在b3时刻，UA＜1/2UDC，此时检测到反电势已过零。
上述检测到的反电势过零时刻均滞后实际的反电势过零时刻约一个PWM控制周期，在转速较低(占空比较低)的情况下，一个换相间隔内有多个PWM控制周期，因此滞后一个PWM控制周期对换相影响较小。但是，当无刷直流电机以极高转速运行时，如100000RPM(1对极)，此时一个相位扇区的时间是100us，而一个PWM控制周期是50us(即20KHz，无刷直流电机的PWM控制信号的频率一般在5～30KHz范围内，再提高会对功率开关管的开关损耗、效率以及散热等造成不利)，此时一个换相间隔内最多有2个PWM控制周期，而每个PWM控制周期只进行一次反电势过零采样，因而无法及时获知反电势是否过零，从而很容易因反电势过零检测滞后较大引起无刷直流电机失步。
具体而言，如图3所示，当无刷直流电机以极高转速运行时，一个换相间隔内只有2个PWM控制周期，如果按照常规反电势采样方法，即在这两个PWM控制周期内均进行一次反电势AD采样，分别对应c1、c2时刻，而实际反电势过零发生在c1时刻之后，因此无法在第一个PWM控制周期内及时检测到反电势过零，只能在第二个PWM控制周期的c2时刻检测到反电势过零，而c2时刻滞后真正的反电势过零点约1个PWM控制周期(约为1/2换相间隔)，导致反电势过零检测滞后，继而导致换相滞后，引起电流脉动大甚至失步等不良状况。
因此，在本发明的实施例中，可将无刷直流电机的运行划分为两个阶段，分别为低速阶段和高速阶段，进一步地，根据PWM控制信号的占空比，可将无刷直流电机的运行划分为低占空比阶段和高占空比阶段。其中，在低占空比阶段(即，低速阶段)，仍采用常规反电势过零检测方法，例如，在每个PWM控制周期内进行一次反电势AD采样，并根据采样结果判断反电势是否过零。而当占空比升高至超过第一预设占空比时，进入高占空比阶段(即，高速阶段)，在该阶段内，由于无刷直流电机换相后存在一个续流过程，在该续流期间悬空相端电压被强行拉到母线电压或者电源地，导致部分反电势波形被湮没，因此在续流期间进行反电势过零检测是无效的，同时，如果在换相完成后立即进行反电势过零检测，可能会受到开关管的影响，从而导致反电势过零检测不准确的问题。因而，综合考虑多种可能会影响反电势过零检测的准确性和及时性的因素，无刷直流电机换相后，当进入反电势过零检测时间间隙时再对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，这样能够节省CPU资源，因此，在高占空比阶段，在每个PWM控制周期内，当进入反电势过零检测时间间隙时，对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。当占空比再次下降至低于第二预设占空比时，再使用常规反电势过零检测方法。
由于低占空比阶段的反电势过零检测滞后对无刷直流电机的换相几乎没有影响，所以在无刷直流电机低速运行阶段，采用常规反电势过零检测方法就可满足控制需求，而在高占空比阶段，可在反电势过零检测时间间隙内对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，因而可以保证反电势过零检测的及时性和准确性，可支持无刷直流电机稳定运行在极高转速范围内，并且无需额外增加比较器，能够降低成本，减小控制器PCB的尺寸。
需要说明的，在实际应用中，无刷直流电机的电转速可达到80000r/min以上。
根据本发明的一个实施例，获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，包括：获取前N次反电势过零间隔时间，其中，N根据当前转速获取；根据前N次反电势过零间隔时间获取当前转速下半个扇区对应的时间；获取无刷直流电机的反电势过零检测提前时间；获取半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，无刷直流电机的反电势过零检测方法还包括：判断从上一换相时刻到当前时间是否超过半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，如果从上一换相时刻到当前时间超过半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，可通过以下公式获取当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，获取无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，包括：根据无刷直流电机的最高运行转速获取反电势过零检测提前时间；或者，根据当前转速通过查表获取反电势过零检测提前时间；或者，根据当前转速通过查表和线性插值算法获取反电势过零检测提前时间。
具体而言，综合考虑多种可能会影响反电势过零检测的准确性和及时性的因素，可获取无刷直流电机换相后的反电势过零检测时间间隙。在获取反电势过零检测时间间隙时，可先获取前N次反电势过零间隔时间(前后两次反电势过零的时间间隔)，例如，获取的前N次反电势过零间隔时间分别为Tzc1、Tzc2、Tzc3、Tzc4、…、TzcN，然后根据获取的前N次反电势过零间隔时间获取当前转速下半个扇区(30°电角度对应半个扇区)对应的时间Ts0，如下述公式(2)所示：
其中，N的取值与无刷直流电机的当前转速相关，在实际应用中，可以根据电机转速对N进行分段设置。例如，无刷直流电机的转速范围为w0～wx(x为大于等于2的整数)，可将无刷直流电机的转速范围划分为w0～w1、w1～w2、…、wx-1～wx共x个区间，当无刷直流电机的转速处于w0～w1范围内时，对应N的取值为N1；当无刷直流电机的转速处于w1～w2范围内时，对应N的取值为N2；…；当无刷直流电机的转速处于wx-1～wx范围内时，对应N的取值为Nx。
可以理解的是，如果无刷直流电机匀速运转，则在无刷直流电机换相后，经过半个扇区对应的时间Ts0正好是反电势过零点的时间，但是在实际运行中，无刷直流电机的转速存在波动，每个扇区的时间是不均匀的，并且当负载变化较快时，扇区的时间也会发生波动。所以，为了能够及时可靠地检测到反电势过零点，反电势过零检测起始时刻需要略微提前，即在预计的反电势过零点之前的一段时间(即，反电势过零检测提前时间Ta)，就开始进行反电势过零检测。
其中，无刷直流电机的反电势过零检测提前时间Ta可通过以下三种方法确定：1)可将反电势过零检测提前时间Ta设置为一个固定值，且该固定值可根据无刷直流电机的最高运行转速进行配置；2)根据无刷直流电机的转速，通过查表的方式对反电势过零检测提前时间Ta进行实时更新；3)根据无刷直流电机的转速，通过查表并结合线性插值算法，对反电势过零检测提前时间Ta进行实时更新。
进一步地，将半个扇区对应的时间Ts0减去反电势过零检测提前时间Ta以获得反电势过零检测时间间隙起始时刻。如图4所示，可将反电势过零检测时间间隙起始时刻到检测到反电势过零点之间的时间定义为反电势过零检测时间间隙Tslot，在进入该时间间隙之前不进行反电势过零检测，进入该时间间隙之后，即开始进入反电势过零检测提前时间Ta时，对反电势进行连续多次的单通道AD采样，并与参考电压进行比较以判断反电势是否过零。
根据本发明的另一个实施例，如图5所示，无刷直流电机的反电势过零检测方法，可包括以下步骤：
S401，获取无刷直流电机的当前转速下半个扇区对应的时间、反电势过零检测提前时间和续流时间区间。
S402，根据半个扇区对应的时间、反电势过零检测提前时间和续流时间区间获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙。
S403，判断是否进入反电势过零检测时间间隙。其中，判断是否进入反电势过零检测时间间隙，即判断是否进入反电势过零检测阶段。
S404，如果进入反电势过零检测时间间隙，则对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。
也就是说，在本发明的实施例中，除了可以根据半个扇区对应的时间Ts0和反电势过零检测提前时间Ta获取反电势过零检测时间间隙Tslot，还可以根据半个扇区对应的时间Ts0、反电势过零检测提前时间Ta和续流时间区间获取反电势过零检测时间间隙Tslot。
根据本发明的一个实施例，根据半个扇区对应的时间、反电势过零检测提前时间和续流时间区间获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，包括：获取半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，并使差值处于续流时间区间内，以获得反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，获取无刷直流电机的续流时间区间，包括：根据无刷直流电机的最高运行转速获取续流时间区间；或者，根据当前转速通过查表获取续流时间区间；或者，根据当前转速通过查表和线性插值算法获取续流时间区间。
具体而言，可通过前述方式获取无刷直流电机的当前转速下半个扇区对应的时间Ts0和反电势过零检测提前时间Ta，然后将半个扇区对应的时间Ts0减去反电势过零检测提前时间Ta以获得换相续流时间Tfw，即Tfw＝Ts0-Ta，并且，该换相续流时间Tfw需要满足Tfw(min)≦Tfw≦Tfw(max)，即换相续流时间Tfw需要处于续流时间区间[Tfw(min)，Tfw(max)]内。
其中，Tfw(min)为换相续流时间最小阈值，Tfw(max)为换相续流时间最大阈值，具体可通过以下三种方法确定：1)可分别将换相续流时间最小阈值Tfw(min)和换相续流时间最大阈值Tfw(max)设置为固定值，且该固定值可根据无刷直流电机的最高运行转速进行配置；2)根据无刷直流电机的转速，通过查表的方式对换相续流时间最小阈值Tfw(min)和换相续流时间最大阈值Tfw(max)进行实时更新；3)根据无刷直流电机的转速，通过查表并结合线性插值算法，对换相续流时间最小阈值Tfw(min)和换相续流时间最大阈值Tfw(max)进行实时更新。
进一步地，如图6所示，换相续流时间Tfw结束的时刻，即为反电势过零检测时间间隙起始时刻，可将反电势过零检测时间间隙起始时刻到检测到反电势过零点之间的时间定义为反电势过零检测时间间隙Tslot，在进入反电势过零检测时间间隙Tslot之前不进行反电势过零检测，进入该反电势过零检测时间间隙Tslot之后，对反电势进行连续多次的单通道AD采样，并与参考电压进行比较以判断反电势是否过零。
下面结合图7-图9来详细说明如何在PWM控制周期内结合反电势过零检测时间间隙通过AD模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并在采样的过程中根据上一次采样结果判断反电势是否过零。根据本发明的一个实施例，如果进入反电势过零检测时间间隙，则对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零，包括：在进入反电势过零检测时间间隙时，将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第i次采样，其中，i为大于等于1的整数；在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据第i次采样结果和参考电压判断反电势是否过零；如果反电势过零，则退出反电势过零检测阶段。
具体而言，参考图7a-图7b所示，在采用PWM控制信号对无刷直流电机控制的过程中，在PWM控制周期起始并延时第一预设时间(时间的长短由软件程序配置，例如4us)后触发母线电压AD采样(由于在PWM控制信号高电平和低电平期间进行反电势过零检测的参考电压不同，因此，当仅在PWM控制信号的低电平期间进行反电势过零检测时无需对母线电压进行AD采样)。其中，设置在第一预设时间后对母线电压进行AD采样是为了避免受功率开关管开关的影响导致母线电压采样不准确。而在第一预设时间内，可对PWM控制信号的占空比进行比较判断，如果占空比小于第二预设占空比，则采用常规反电势采样方法判断反电势是否过零，如，在对母线电压AD采样完成后进入反电势过零检测阶段，此时采用ADC模块的单通道对悬空相端电压进行一次采样，并将采样结果与参考电压进行比较，以判断反电势是否过零；如果占空比大于第一预设占空比，则在对母线电压AD采样完成后先判断是否进入反电势过零检测时间间隙，如果是，则通过ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并在采样的过程中根据上一次采样结果判断反电势是否过零。
具体地，继续参考图7a-图7b所示，在母线电压AD采样完成(约为1us)后自动产生AD中断，在进入AD中断后，读取母线电压的AD采样结果，并将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，为后续连续多次的单通道反电势AD采样做准备。然后，根据反电势过零检测时间间隙起始时刻与AD中断发生的前后关系分为两种情况。
第一种情况，如图7a所示，在进入AD中断之后已经进入反电势过零检测时间间隙(对应的进入反电势过零检测阶段标志位已经被置位)，则在AD中断中进行连续多次的单通道反电势AD采样。具体采样过程是：先触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第一次采样，并在第一采样完成后，读取第一次采样结果，同时触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第二次采样，并在第二次采样的过程中根据第一次采样结果和参考电压进行比较以判断反电势是否过零，如果反电势过零，则退出AD中断，当前PWM控制周期的反电势过零检测结束。如果反电势未过零，则在第二次采样结束后，读取第二次采样结果，并触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第三次采样，并在第三次采样的过程中根据第二次采样结果和母线电压判断反电势是否过零，如果反电势过零，则退出AD中断；如果反电势未过零，则在第三次采样结束后，读取第三次采样结果，并触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第四次采样，…，在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据第i次采样结果和参考电压判断反电势是否过零，直至判断出反电势过零或者采样次数大于等于预设次数N或者本次PWM控制周期结束，退出AD中断。
在上述实施例中，在第i次采样完成时获取第i次采样结果，同时触发第i+1次反电势的采样，这样在利用第i次采样结果进行反电势过零判断的同时，第i+1次反电势的采样及转换也在自动进行，有利于在PWM控制周期内尽可能多的采集反电势，这种连续多次的单通道反电势AD采样，可以在每个单通道反电势AD采样完成时就进行反电势过零判断，因而能够及时检测到反电势过零，从而使得换相更加精准，进而使得无刷直流电机能够稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
需要说明的是，上述实施例中的预设次数与当前PWM控制周期相关，N代表当前PWM控制周期结束之前进行反电势AD采样的最多次数。
第二种情况，如图7b所示，在进入AD中断之后尚未进入反电势过零检测时间间隙(对应的进入反电势过零检测阶段标志位未置位)，则退出AD中断，一旦进入反电势过零检测时间间隙，则自动进入反电势过零检测定时中断TF，并在反电势过零检测定时中断TF中先置位进入反电势过零检测阶段标志位，然后进行连续多次的单通道反电势AD采样，具体采样过程可参见前述，这里就不再进行详细描述。
为使本领域技术人员更清楚的了解本发明，下面结合本发明的具体示例来对无刷直流电机的反电势过零检测方法做进一步说明。
具体地，如图8a所示，无刷直流电机的反电势过零检测方法可包括以下步骤：
S501，进入AD中断后，判断是否进入反电势过零检测时间间隙。如果是，即如图7a所示的情况一，则执行步骤S502；如果否，则退出AD中断。
S502，触发单通道反电势AD采样。
S503，判断当前反电势AD采样是否结束。如果是，则执行步骤S504；如果否，则继续执行步骤S503。
S504，读取反电势AD采样结果。
S505，根据反电势AD采样结果判断反电势是否过零。如果是，则执行步骤S507；如果否，则执行步骤S506。
S506，判断当前PWM控制周期是否结束。如果是，则退出AD中断；如果否，则返回步骤S502。
S507，退出AD采样以及对反电势过零时间进行处理。
S508，将过零检测成功标志位置位，并清除进入反电势过零检测阶段标志位。
S509，设置延时换相中断TP。
进一步地，在检测到反电势过零后，进入延时换相中断TP，以控制无刷直流电机进行换相，如图8b所示，其具体的方法可包括以下步骤：
S601，判断过零检测成功标志位是否被置位。如果是，则执行步骤S602；如果否，则退出延时换相中断TP。
S602，控制无刷直流电机进行换相操作。
S603，更新相位。
S604，清除过零检测成功标志位。
S605，设置反电势过零检测定时中断TF。
如图8c所示，在进入AD中断之后尚未进入反电势过零检测时间间隙，即如图7b所示的情况二，一旦进入反电势过零检测时间间隙，则自动进入反电势过零检测定时中断TF，反电势过零检测方法可包括以下步骤：
S701，设置进入反电势过零检测阶段标志位。
S702，停止反电势过零检测定时中断TF。
S703，判断是否处于当前PWM控制周期。如果是，则执行步骤S704；如果否，则退出反电势过零检测定时中断TF。
S704，触发单通道反电势AD采样。
S705，判断当前反电势AD采样是否结束。如果是，则执行步骤S706；如果否，则继续执行步骤S705。
S706，读取反电势AD采样结果。
S707，根据反电势AD采样结果判断反电势是否过零。如果是，则执行步骤S709。如果否，则执行步骤S708。
S708，判断当前PWM控制周期是否结束。如果是，则退出反电势过零检测定时中断TF；如果否，则返回步骤S704。
S709，退出AD采样以及对反电势过零时间进行处理。
S710，将过零检测成功标志位置位，并清除进入反电势过零检测阶段反电势过零检测标志位。
S711，设置延时换相中断TP。
由此，在每个PWM控制周期内，可根据反电势过零检测时间间隙起始时刻与产生AD中断的时间的前后关系判断产生AD中断后是否进入反电势过零检测时间间隙反电势过零检测，然后根据判断结果通过上述不同的方式对无刷直流电机进行反电势过零检测，以实现在反电势过零检测时间间隙内进行反电势过零判断的目的。
图9是根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测的示意图，如图9所示，在无刷直流电机实际运行的过程中，可计算反电势过零检测的提前时间，以获取反电势过零检测时间间隙Tslot，在无刷直流电机换相后的反电势过零检测时间间隙Tslot内反电势过零检测对反电势进行连续多次的单通道AD采样，即在每个PWM周期期间，若未进入反电势过零检测时间间隙Tslot，不进行反电势采样，一旦进入反电势过零检测时间间隙Tslot，则进行连续反电势采样。从而不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且能够减少CPU占用率，同时，无需额外增加比较器，能够降低成本。
综上所述，根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法，首先获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，并判断是否进入反电势过零检测时间间隙，以及在反电势过零检测时间间隙内，对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。从而不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
另外，本发明的实施例还提出了一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现上述的无刷直流电机的反电势过零检测方法。
根据本发明实施例的非临时性计算机可读存储介质，通过执行上述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
图10是根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置的方框示意图。如图10所示，本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置可包括第一获取单元100、第一判断单元200和采样单元300。
其中，第一获取单元100用于获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；第一判断单元200用于判断是否进入反电势过零检测时间间隙；采样单元300用于在进入反电势过零检测时间间隙内，对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。
根据本发明的一个实施例，第一获取单元100具体用于，获取前N次反电势过零间隔时间，并根据前N次反电势过零间隔时间获取当前转速下半个扇区对应的时间，以及获取无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，并获取半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得反电势过零检测时间间隙，其中，N根据当前转速获取。
根据本发明的一个实施例，第一获取单元100通过以下公式获取当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，第一获取单元100具体用于，根据无刷直流电机的最高运行转速获取反电势过零检测提前时间；或者，根据当前转速通过查表获取反电势过零检测提前时间；或者，根据当前转速通过查表和线性插值算法获取反电势过零检测提前时间。
根据本发明的一个实施例，采样单元具体用于在进入反电势过零检测时间间隙时，反电势过零检测将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第i次采样，以及在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发ADC模块的单通道对无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据第i次采样结果和参考电压判断反电势是否过零，如果反电势过零，则退出反电势过零检测阶段，其中，i为大于等于1的整数。
根据本发明的一个实施例，第一判断单元200具体用于，判断从上一换相时刻到当前时间是否超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，如果所述从上一换相时刻到当前时间超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入所述反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的另一个实施例，第一获取单元100还用于获取无刷直流电机的当前转速下半个扇区对应的时间、反电势过零检测提前时间和续流时间区间，并根据半个扇区对应的时间、反电势过零检测提前时间和续流时间区间获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；第一判断单元200用于判断是否进入反电势过零检测时间间隙；采样单元300用于在进入反电势过零检测时间间隙时，对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。
根据本发明的一个实施例，第一获取单元100具体用于获取半个扇区对应的时间与反电势过零检测提前时间之间的差值，并使差值处于续流时间区间，以获得反电势过零检测时间间隙。
根据本发明的一个实施例，第一获取单元100具体用于根据无刷直流电机的最高运行转速获取续流时间区间；或者，根据当前转速通过查表获取续流时间区间；或者，根据当前转速通过查表和线性插值算法获取续流时间区间。
根据本发明的一个实施例，无刷直流电机的最高电转速达到80000r/min以上。
需要说明的是，本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置中未披露的细节，请参照本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测方法中所披露的细节，具体这里不再详述。
根据本发明实施例的无刷直流电机的反电势过零检测装置，通过第一获取单元获取无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，并通过第一判断单元判断是否进入反电势过零检测时间间隙，以及通过采样单元在进入反电势过零检测时间间隙对无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断反电势是否过零。从而不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
另外，本发明的实施例还提出了一种无刷直流电机的控制系统，其包括上述的无刷直流电机的反电势过零检测装置。
根据本发明实施例的无刷直流电机的控制系统，通过上述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
此外，本发明的实施例还提出了一种吸尘器，其包括上述的无刷直流电机的控制系统。
根据本发明实施例的吸尘器，通过上述的无刷直流电机的控制系统，不仅能够及时、准确地检测到反电势过零点，保证电机稳定运行在极高转速，而且无需额外增加比较器，能够降低成本。
应当理解，本发明的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，多个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。例如，如果用硬件来实现，和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(PGA)，现场可编程门阵列(FPGA)等。
另外，在本发明的描述中，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系，除非另有明确的限定。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (17)

1.一种无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，包括以下步骤：
获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；
判断是否进入所述反电势过零检测时间间隙；
如果进入所述反电势过零检测时间间隙，则对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零。
2.如权利要求1所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，所述获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙，包括：
获取前N次反电势过零间隔时间，其中，所述N根据所述当前转速获取；
根据所述前N次反电势过零间隔时间获取所述当前转速下半个扇区对应的时间；
获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间；
获取所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得所述反电势过零检测时间间隙。
3.如权利要求2所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，通过以下公式获取所述当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为所述当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
4.如权利要求2所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，所述获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，包括：
根据所述无刷直流电机的最高运行转速获取所述反电势过零检测提前时间；或者，
根据所述当前转速通过查表获取所述反电势过零检测提前时间；或者，
根据所述当前转速通过查表和线性插值算法获取所述反电势过零检测提前时间。
5.如权利要求1所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，所述如果进入所述反电势过零检测时间间隙，则对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零，包括：
在进入所述反电势过零检测时间间隙时，将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i次采样，其中，i为大于等于1的整数；
在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据所述第i次采样结果和参考电压判断所述反电势是否过零；
如果所述反电势过零，则退出所述反电势过零检测阶段。
6.如权利要求2所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，还包括：
判断从上一换相时刻到当前时间是否超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值；
如果所述从上一换相时刻到当前时间超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入所述反电势过零检测时间间隙。
7.如权利要求1-6中任一项所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法，其特征在于，所述无刷直流电机的最高电转速达到80000r/min以上。
8.一种非临时性计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如权利要求1-7中任一项所述的无刷直流电机的反电势过零检测方法。
9.一种无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于获取所述无刷直流电机的反电势过零检测时间间隙；
第一判断单元，用于判断是否处于所述反电势过零检测时间间隙；
采样单元，用于在进入所述反电势过零检测时间间隙时，对所述无刷直流电机的反电势进行连续多次采样，并判断所述反电势是否过零。
10.如权利要求9所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述第一获取单元具体用于，获取前N次反电势过零间隔时间，并根据所述前N次反电势过零间隔时间获取所述当前转速下半个扇区对应的时间，以及获取所述无刷直流电机的反电势过零检测提前时间，并获取所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，以获得所述反电势过零检测时间间隙，其中，所述N根据所述当前转速获取。
11.如权利要求10所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述第一获取单元通过以下公式获取所述当前转速下半个扇区对应的时间：
其中，Ts0为所述当前转速下半个扇区对应的时间，Tzci为第i次反电势过零间隔时间，N为大于等于1的整数。
12.如权利要求10所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述第一获取单元具体用于，根据所述无刷直流电机的最高运行转速获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表获取所述反电势过零检测提前时间；或者，根据所述当前转速通过查表和线性插值算法获取所述反电势过零检测提前时间。
13.如权利要求9所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述采样单元具体用于，在进入所述反电势检测时间间隙时，将ADC模块的单通道配置为当前悬空相端电压对应的AD通道，并触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i次采样，以及在第i次采样完成后，获取第i次采样结果，同时触发所述ADC模块的单通道对所述无刷直流电机的反电势进行第i+1次采样，并在第i+1次采样的过程中根据所述第i次采样结果和参考电压判断所述反电势是否过零，如果所述反电势过零，则退出所述反电势过零检测阶段，其中，i为大于等于1的整数。
14.如权利要求10所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述第一判断单元具体用于，判断从上一换相时刻到当前时间是否超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，如果所述从上一换相时刻到当前时间超过所述半个扇区对应的时间与所述反电势过零检测提前时间之间的差值，则进入所述反电势过零检测时间间隙。
15.如权利要求9-14中任一项所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置，其特征在于，所述无刷直流电机的最高电转速达到80000r/min以上。
16.一种无刷直流电机的控制系统，其特征在于，包括如权利要求9-15中任一项所述的无刷直流电机的反电势过零检测装置。
17.一种吸尘器，其特征在于，包括如权利要求16所述的无刷直流电机的控制系统。
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