CN111313770A - 无刷直流电机的反电动势检测电路及应用其的吸油烟机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无刷直流电机的反电动势检测电路及应用其的吸油烟机，其中，无刷直流电机的反电动势检测电路，包括输入比较模块、转换模块和锁存输出模块，所述输入比较模块对母线电压和反电动势进行比较，并将比较结果输送至锁存输出模块，所述锁存输出模块在接收到转换模块的触发信号后锁存输入比较模块的比较结果并最终输出。本发明的无刷直流电机的反电动势检测电路以硬件电路检测方法代替软件算法，释放MCU处理器内部资源，为电机控制以外的其他功能扩展提供MCU空间资源，降低成本；同时，硬件处理速度相比软件处理更快，不需要经过软件算法，直接由硬件输出过零检测结果，大大简化软件设计的复杂性，提高处理实时性。
Description
技术领域
本发明属于无刷直流电机技术领域，具体涉及一种无刷直流电机的反电动势检测电路及应用其的吸油烟机。
背景技术
目前无刷直流电机广泛应用在抽油烟机产品上，为了降低电机的制造成本以及提高可靠性，无霍尔传感器的无刷直流电机日渐成为趋势。电机内部无霍尔传感器意味着在电机控制软件上需要对电机换相时刻额外进行非常精确的时序控制，这无疑是加大了MCU处理器的负担。
在电控软件上，一般做法是通过采样母线电压Vbus和反电动势Vemf进行过零比较，当检测到Vemf≥1/2Vbus或者Vemf≤1/2Vbus则表示产生了过零事件，并以此时刻推算出换相时刻，此方法对MCU处理器提出较高的要求：1、AD采样精度高，才能精确地得出Vbus和Vemf值以求出过零检测的正确结果；2、MCU处理器主频快，才能在电机转动期间不丢失每一个采样值，同时又能兼顾其他功能实现，这在高转速电机应用上尤为明显。显然，在多功能的抽油烟机上，在电机控制功能方面过多地消耗MCU处理器资源，势必导致预留给其他功能的资源过少而无法实现，或者影响产品后续功能扩展，如果选用内部资源更加丰富的MCU处理器则会造成成本过高。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提供一种无刷直流电机的反电动势检测电路，以硬件电路检测方法代替软件算法，释放MCU处理器内部资源，为电机控制以外的其他功能扩展提供MCU空间资源。
本发明的另一目的是提供一种吸油烟机。
本发明所采用的技术方案是：
一种无刷直流电机的反电动势检测电路，其包括输入比较模块、转换模块和锁存输出模块，所述输入比较模块对母线电压和反电动势进行比较，并将比较结果输送至锁存输出模块，所述锁存输出模块在接收到转换模块的触发信号后锁存输入比较模块的比较结果并最终输出。
优选地，所述输入比较模块包括输入源母线电压Vbus和反电动势Vemf以及比较器U1，所述母线电压Vbus串联电阻R1后并联电阻R2、电容C2和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端并联电阻R4后接入比较器U1的引脚9，所述电阻R2、电容C2和电阻R4的另一端均并联接地；所述反电动势Vemf串联电阻R5、并联电阻R6和电容C1的一端后接入比较器U1的引脚10，所述电阻R6和电容C1的另一端并联接地；所述比较器U1的引脚4接电源，所述比较器U1的引脚11接地，所述比较器U1的引脚8输出比较结果。
优选地，所述电阻R1和电阻R2的分压系数与电阻R5和电阻R6的分压系数相同。
优选地，所述电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值。
优选地，所述转换模块包括输入信号PWM和三极管Q1，所述输入信号PWM串联电阻R7、并联电阻R9的一端后连接三极管Q1的基极，所述电阻R9的另一端并联三极管Q1的发射极后接地，所述三极管Q1的集电极并联电阻R8的一端后输出与原输入信号波形相反的信号，所述电阻R8的另一端接电源。
优选地，所述输入信号PWM为MCU处理器输出的信号。
优选地，所述三极管Q1为NPN型三极管。
优选地，所述锁存输出模块包括D触发器U2，所述D触发器U2的引脚5连接比较器U1的引脚8，所述D触发器U2的引脚3连接三极管Q1的集电极，所述D触发器U2的引脚4和引脚7并联后接地，所述D触发器U2的引脚14并联电容C3的一端和电源，所述D触发器U2的引脚6并联电容C3的另一端后接地，所述D触发器U2的引脚1连接MCU处理器输出最终过零检测结果。
优选地，所述D触发器U2为数字信号锁存器。
本发明的另一个技术方案是这样实现的：
一种吸油烟机，其包括所述的无刷直流电机的反电动势检测电路、吸油烟机主体和电机，所述吸油烟机主体内安装电机，所述电机内设置无刷直流电机的反电动势检测电路。
与现有技术相比，本发明的无刷直流电机的反电动势检测电路以硬件电路检测方法代替软件算法，释放MCU处理器内部资源，为电机控制以外的其他功能扩展提供MCU空间资源，降低成本；同时，硬件处理速度相比软件处理更快，不需要经过软件算法，直接由硬件输出过零检测结果，大大简化软件设计的复杂性，提高处理实时性。
附图说明
图1是本发明实施例1提供的一种无刷直流电机的反电动势检测电路的电路连接图；
图2是本发明实施例1提供的一种无刷直流电机的反电动势检测电路的信号处理波形示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1
本发明实施例1提供一种无刷直流电机的反电动势检测电路，如图1所示，其包括输入比较模块1、转换模块2和锁存输出模块3，所述输入比较模块1对母线电压和反电动势进行比较，并将比较结果输送至锁存输出模块3，所述锁存输出模块3在接收到转换模块2的触发信号后锁存输入比较模块1的比较结果并最终输出。
这样，采用上述结构，利用输入比较模块1对输入的母线电压Vbus和反电动势Vemf经过处理后进行比较，输出Uemf≥1/2Ubus或者Uemf≤1/2Ubus的中间结果result_temp给锁存输出模块3，锁存输出模块3接收转换模块2的触发信号后锁存中间结果result_temp并输出，作为最终的过零检测结果传送至MCU处理器。
所述输入比较模块1包括输入源母线电压Vbus和反电动势Vemf以及比较器U1，所述母线电压Vbus串联电阻R1后并联电阻R2、电容C2和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端并联电阻R4后接入比较器U1的引脚9，所述电阻R2、电容C2和电阻R4的另一端均并联接地；所述反电动势Vemf串联电阻R5、并联电阻R6和电容C1的一端后接入比较器U1的引脚10，所述电阻R6和电容C1的另一端并联接地；所述比较器U1的引脚4接电源，所述比较器U1的引脚11接地，所述比较器U1的引脚8输出比较结果。
这样，以比较器U1为核心的输入比较模块1，其输入源为母线电压Vbus和反电动势Vemf，这两个信号都为电压信号，即模拟信号。母线电压Vbus通过电阻R1和R2分压，Vemf通过电阻R5和R6分压，由于两者都具有相同的分压系数，故Ubus和Uemf分别是Vbus和Vemf的等比例缩小电压，其中Ubus再通过R3和R4分压电路输出1/2Ubus，1/2Ubus和Uemf通过比较器U1后在引脚C_O输出比较结果result_temp。
通过比较器U1实现模拟信号比较并转化为数字信号输出，其逻辑关系：当Uemf≥1/2Ubus时，引脚C_O输出高电平(即result_temp＝1)，当Uemf≤1/2Ubus时，引脚C_O输出低电平(即result_temp＝0)。
所述电阻R1和电阻R2的分压系数与电阻R5和电阻R6的分压系数相同。
这样，因为电阻R1和电阻R2的分压系数与电阻R5和电阻R6的分压系数相同，即可通过电阻R1和电阻R2将母线电压Vbus缩小、电阻R5和电阻R6将反电动势Vemf缩小相同的比例。
所述电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值。
这样，因为电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值，即可通过电阻R3和电阻R4将Ubus缩小成1/2Ubus。
所述转换模块2包括输入信号PWM和三极管Q1，所述输入信号PWM串联电阻R7、并联电阻R9的一端后连接三极管Q1的基极，所述电阻R9的另一端并联三极管Q1的发射极后接地，所述三极管Q1的集电极并联电阻R8的一端后输出与原输入信号波形相反的信号，所述电阻R8的另一端接电源。
这样，以NPN型三极管Q1为核心的转换模块2，其输入信号为MCU处理器输出的PWM信号，当PWM信号的上升沿来临时，三极管Q1导通，c端输出低电平，当PWM信号的下降沿来临时，三极管Q1截止，c端输出高电平，故PWM信号输入b端，经过转换模块2后，在c端输出与原PWM信号相反的波形信号，即实现数字信号取反转换。
所述输入信号PWM为MCU处理器输出的信号。
这样，即可通过MCU处理器将输出的PWM信号输入到转换模块2的输入源。
所述三极管Q1为NPN型三极管。
这样，三极管Q1为NPN型三极管即可实现，当PWM信号的上升沿来临时，三极管Q1导通，c端输出低电平，当PWM信号的下降沿来临时，三极管Q1截止，c端输出高电平。
所述锁存输出模块3包括D触发器U2，所述D触发器U2的引脚5连接比较器U1的引脚8，所述D触发器U2的引脚3连接三极管Q1的集电极，所述D触发器U2的引脚4和引脚7并联后接地，所述D触发器U2的引脚14并联电容C3的一端和电源，所述D触发器U2的引脚6并联电容C3的另一端后接地，所述D触发器U2的引脚1连接MCU处理器输出最终过零检测结果。
这样，以D触发器U2为核心的锁存输出模块3，输入信号为比较结果result_temp和与原PWM信号相反的波形信号，这两个信号都为数字信号，其逻辑关系：当D触发器U2的引脚3(CLCK1)输入信号上升沿来临时，将D触发器U2的引脚5(D1)输入信号值锁存至D触发器U2的引脚1(Q1)，即实现当有效的触发信号(c端输出高电平)的上升沿来临时，将比较结果result_temp锁存并输出至MCU处理器。
所述D触发器U2为数字信号锁存器。
这样，D触发器U2为数字信号锁存器，即可实现当有效的触发信号来临时，将比较结果result_temp锁存并输出，并作为最终的过零检测结果传送至MCU处理器。
如图2所示，为无刷直流电机的反电动势检测电路的信号处理波形示意图，波形1为MCU处理器输出的PWM信号，波形2为MCU处理器输出的PWM取反信号，波形3为MCU处理器接收的过零检测信号result。对于MCU处理器来说，只需在自身输出PWM信号下降沿的同时检测接收到的result信号，判断result值如果发生了高低电平翻转便可判断为发生过零事件，对应图中的a、b、c、d位置表示产生了过零事件，然后MCU处理器根据过零事件发生的时刻便可推算出换相时间。
本发明的无刷直流电机的反电动势检测电路，总的输入信号为母线电压Vbus、反电动势Vemf和MCU处理器输出的PWM信号，总的输出信号为过零检测结果result。Vbus和Vemf实时进行比较，而在MCU处理器输出PWM下降沿信号时才会更新result信号值。MCU处理器只需要接收result信号，判断result信号如果发生高低电平翻转即发生过零事件，信号处理全过程通过硬件电路实现，无需经过软件算法处理，大大降低系统时延。
实施例2
本发明实施例2提供一种吸油烟机，其包括所述的无刷直流电机的反电动势检测电路、吸油烟机主体和电机，所述吸油烟机主体内安装电机，所述电机内设置无刷直流电机的反电动势检测电路。
这样，将本发明的无刷直流电机的反电动势检测电路设置在吸油烟机主体内的电机中，应用本发明的无刷直流电机的反电动势检测电路的直流变频吸油烟机，电机控制的实时性和精确度都得到有效提高。
本发明以硬件电路检测方法代替软件算法，释放MCU处理器内部资源，为电机控制以外的其他功能扩展提供MCU空间资源；同时硬件处理速度相比软件处理更快，不需要经过软件算法，直接由硬件输出过零检测结果，大大简化软件设计的复杂性，以及提高处理实时性。本发明应用于吸油烟机，可以适配高转速电机，以实现更强吸力的应用场景，同时有利于降低电机运行噪音。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (10)
1.一种无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，其包括输入比较模块(1)、转换模块(2)和锁存输出模块(3)，所述输入比较模块(1)对母线电压和反电动势进行比较，并将比较结果输送至锁存输出模块(3)，所述锁存输出模块(3)在接收到转换模块(2)的触发信号后锁存输入比较模块(1)的比较结果并最终输出。
2.根据权利要求1所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述输入比较模块(1)包括输入源母线电压Vbus和反电动势Vemf以及比较器U1，所述母线电压Vbus串联电阻R1后并联电阻R2、电容C2和电阻R3的一端，所述电阻R3的另一端并联电阻R4后接入比较器U1的引脚9，所述电阻R2、电容C2和电阻R4的另一端均并联接地；所述反电动势Vemf串联电阻R5、并联电阻R6和电容C1的一端后接入比较器U1的引脚10，所述电阻R6和电容C1的另一端并联接地；所述比较器U1的引脚4接电源，所述比较器U1的引脚11接地，所述比较器U1的引脚8输出比较结果。
3.根据权利要求2所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述电阻R1和电阻R2的分压系数与电阻R5和电阻R6的分压系数相同。
4.根据权利要求3所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述电阻R3的阻值等于电阻R4的阻值。
5.根据权利要求4所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述转换模块(2)包括输入信号PWM和三极管Q1，所述输入信号PWM串联电阻R7、并联电阻R9的一端后连接三极管Q1的基极，所述电阻R9的另一端并联三极管Q1的发射极后接地，所述三极管Q1的集电极并联电阻R8的一端后输出与原输入信号波形相反的信号，所述电阻R8的另一端接电源。
6.根据权利要求5所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述输入信号PWM为MCU处理器输出的信号。
7.根据权利要求6所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述三极管Q1为NPN型三极管。
8.根据权利要求7所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述锁存输出模块(3)包括D触发器U2，所述D触发器U2的引脚5连接比较器U1的引脚8，所述D触发器U2的引脚3连接三极管Q1的集电极，所述D触发器U2的引脚4和引脚7并联后接地，所述D触发器U2的引脚14并联电容C3的一端和电源，所述D触发器U2的引脚6并联电容C3的另一端后接地，所述D触发器U2的引脚1连接MCU处理器输出最终过零检测结果。
9.根据权利要求8所述的无刷直流电机的反电动势检测电路，其特征在于，所述D触发器U2为数字信号锁存器。
10.一种吸油烟机，其特征在于，其包括权利要求1-9任一项所述的无刷直流电机的反电动势检测电路、吸油烟机主体和电机，所述吸油烟机主体内安装电机，所述电机内设置无刷直流电机的反电动势检测电路。
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|---|---|---|---|---|
| CN111969560A (zh) * | 2020-07-14 | 2020-11-20 | 华帝股份有限公司 | 直流变频电流环控制电路 |
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- 2020-03-17 CN CN202010188266.9A patent/CN111313770A/zh active Pending
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