CN113014160B - 无刷直流电动机的相电流校正电路及无刷直流电动机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了无刷直流电动机的相电流校正电路及无刷直流电动机，包括：比较器L，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入霍尔信号，所述霍尔信号为位置传感器获取的无刷直流电动机的转子位置信号，所述输出端用于与所述无刷直流电动机的主控芯片相连；第一电阻R1，一端与所述第二输入端连接，另一端接高电平V1；第二电阻R2，一端与所述第二输入端连接，另一端接低电平V2。本发明通过将比较器第一输入端接入霍尔信号，将第一电阻R1一端接比较器第二输入端，另一端接高电平V1，将第二电阻R2一端接第二输入端，另一端接低电平V2，可以使相电流的正负电流对称和相电流的正弦度较高，使无刷直流电动机的换向电压均匀，转速平稳。
Description
技术领域
本发明涉及无刷直流电动机技术领域，具体涉及到无刷直流电动机的霍尔信号校正电路及无刷直流电动机。
背景技术
在现有技术中，位置传感器是组成无刷直流电动机系统的三大部分之一，也是区别于有刷直流电动机的主要标志。无刷直流电动机需采用位置传感器感应转子位置。位置传感器将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，并通过霍尔信号输出，为逻辑开关电路提供正确的换相信息，以控制它们的导通与截止，使电动机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化按次序换向，形成气隙中步进式的旋转磁场。电动机控制器中的主控芯片通过接受位置传感器输出的霍尔信号来让逆变器换相与转子同步来驱动电动机持续运转。
如图1所示，在实际使用中发现，现有技术中无刷直流电动机存在相电流的正负电流不对称的问题，通过示波器测得某一类型无刷直流电动机的相电流的正电流峰值约为18.40A，负电流峰值约为-31.40A，正弦度约为79.30％。由于无刷直流电动机的相电流的正负电流不对称，致使无刷直流电动机转速不均匀，但目前现有技术中并没有可以解决此问题的技术手段。
发明内容
因此，本发明要解决的技术问题在于克服现有技术中无刷直流电动机的相电流不对称和无刷直流电动机转速不均匀的问题，从而提供无刷直流电动机的相电流校正电路及无刷直流电动机。
为实现上述目的，本发明实施例提供了无刷直流电动机的相电流校正电路，包括：比较器L，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入霍尔信号，所述霍尔信号为位置传感器获取的无刷直流电动机的转子位置信号，所述输出端用于与所述无刷直流电动机的主控芯片相连；第一电阻R1，一端与所述第二输入端连接，另一端接高电平V1；第二电阻R2，一端与所述第二输入端连接，另一端接低电平V2。
可选地，所述第一电阻R1或/和所述第二电阻R2为可调电阻。
可选地，所述第二电阻R2与所述第一电阻R1的阻值比为1/6～3/8。
可选地，所述第二电阻R2与所述第一电阻R1的阻值比为1/4～3/10。
可选地，所述第一电阻R1的阻值范围10KΩ～15KΩ，所述第二电阻(R2)的阻值范围2.5KΩ～3.75KΩ。
可选地，所述第一电阻R1的阻值范围10KΩ～13KΩ，所述第二电阻R2的阻值范围为2.5KΩ～3.4KΩ。
可选地，所述第一电阻R1的阻值范围为10KΩ～11KΩ，所述第二电阻R2的阻值范围2.5KΩ～2.8KΩ。
可选地，该校正电路还包括：滤波电容C1，所述滤波电容C1一端与所述第一输入端连接，另一端接地，所述滤波电容C1取值范围为22pf～100nf。
可选地，该校正电路还包括：限流电阻R3，所述限流电阻R3一端与所述第一输入端连接，另一端与霍尔信号源连接，所述限流电阻R3阻值范围为20Ω～100KΩ。
本发明实施例还提供了无刷直流电动机，包括上述任一项所述的无刷直流电动机的相电流校正电路。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1.本发明实施例提供了无刷直流电动机的相电流校正电路，包括：比较器L，包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入霍尔信号，所述霍尔信号为位置传感器获取的无刷直流电动机的转子位置信号，所述输出端用于与所述无刷直流电动机的主控芯片相连；第一电阻R1，一端与所述第二输入端连接，另一端接高电平V1；第二电阻R2，一端与所述第二输入端连接，另一端接低电平V2。本发明实施例通过将比较器第一输入端接入霍尔信号，将第一电阻R1一端接比较器第二输入端，另一端接高电平V1，以及，将第二电阻R2一端接第二输入端，另一端接低电平V2，可以使无刷直流电动机相电流的正负电流对称和相电流的正弦度较高，从而使无刷直流电动机的换向电压均匀，转速更加平稳。
2.本发明实施例通过将第二电阻R2与第一电阻R1阻值比的范围设置在1/4～3/10，可以使无刷直流电动机的相电流正弦度最高，相电流的正负电流对称，从而使无刷直流电动机的换向电压均匀，转速更加平稳。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1示出了现有技术相电流波形示意图；
图2示出了现有技术霍尔波形的示意图；
图3示出了本实施例相电流校正电路的示意图；
图4示出了本实施例的相电流波形示意图；
图5示出了本实施例霍尔波形的示意图；
图6示出了本实施例优选实施方式的相电流校正电路的示意图；
图7示出了本实施例优选实施方式的相电流波形示意图；
图8示出了本实施例优选实施方式的霍尔波形的示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
为了解决现有技术中无刷直流电动机的相电流不对称的问题，本申请发明人经过深入研究后发现，该问题由于霍尔信号高低电平转换时出现的延迟造成的。在传统无刷直流电动机中，当无刷直流电动机运行时，霍尔信号会随无刷直流电动机的转子转动发生高低电平跳变，由于霍尔信号的输出波形为模拟量，延迟大约为0.40ms～0.45ms之间。V＞VIH主控芯片识别为高电平，V＜VIL主控芯片识别为低电平，VDD为供电电压。如图2为在同样类型无刷直流电动机上测得的霍尔波形与实际转子位置的示意图，此时延迟为t1＝0.40ms。霍尔信号输出的高低电平直接输入到主控芯片，由于延迟较大，从而导致无刷直流电动机的换向电压不均匀，相电流波形不对称，进一步致使无刷直流电动机的转速出现波动。而本发明实施例提供的无刷直流电动机的相电流校正电路可广泛应用于各种无刷直流电动机，能够解决无刷直流电动机因霍尔信号的延迟导致的相电流波形不对称和无刷直流电动机转速不均匀的问题。
如图3所示，本发明实施例中无刷直流电动机的相电流校正电路包括：比较器L、第一电阻R1、第二电阻R2。
比较器L包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端与霍尔信号连接，第一电阻R1一端与第二输入端连接，另一端接高电平V1，第二电阻R2一端与第二输入端连接，另一端接低电平V2，输出端与无刷直流电动机的主控芯片连接。
在本发明实施例中，第一电阻R1与第二电阻R2均为可调电阻。在生产无刷直流电动机时根据其规格按照预设的阻值比调整第二电阻R2和第一电阻R1的阻值比。经过测试，当第二电阻R2和第一电阻R1的阻值比设置为1/6～3/8时，检测到的霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟减小，无刷直流电动机的相电流的正负波形较为对称，同时也使得相电流的正弦度较好。并且当第二电阻R2和第一电阻R1的阻值比设置为1/4～3/10时，检测到的霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟明显减小，无刷直流电动机的相电流的正负波形近似对称，同时相电流的正弦度进一步提高。
在测试时，调整第二电阻R2与第一电阻R1的阻值比后，将示波器接入无刷直流电动机的电路中，观察通过无刷直流电动机的相电流波形。然后，通过不断的微调第一电阻R1和第二电阻R2的阻值比，在无刷直流电动机的相电流的正负波形对称，同时相电流的正弦度最好时，此时的第二电阻R2与第一电阻R1的阻值比为最佳。
通过调整第二电阻R2和第一电阻R1的阻值比测出相电流之后，霍尔信号会在输出比较器之后得到的电信号进行校正，霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟会减小。霍尔信号经过比较器L输出高低电平的电信号，由于比较器L反向输入端的输入电压是第二电阻R2的分压U2，所以当霍尔信号的电压大于U2时，比较器L的输出端输出高电平；当霍尔信号的电压小于U2时，比较器L的输出端输出低电平。第二电阻R2的分压
比较器L在将霍尔信号与U2比较后输入给主控芯片，能够使霍尔信号在比较器L高低电平转换时出现的延迟减小，从而使无刷直流电动机的换向电压变得均匀，转速变得平稳。从而克服了现有技术中无刷直流电动机的相电流不对称和转速不均匀的问题。
例如，根据预设的第二电阻R2与第一电阻R1的阻值比选取第一电阻R1和第二电阻R2的阻值。本实施例中以第二电阻R2与第一电阻R1的阻值比为1/4～3/10，并取第一电阻R1的阻值范围为10KΩ～15KΩ，第二电阻R2的阻值范围相应地选取2.5KΩ～3.75KΩ进行举例说明。
具体地，第一电阻R1与第二电阻R2均为可调电阻。具体数值如下表：
| 第一电阻R1 | 第二电阻R2 | 延迟 | 正弦度 | |
| 实施例1 | 10KΩ | 2.5KΩ | 10μs | 98.01％ |
| 实施例2 | 11KΩ | 2.8KΩ | 12.6μs | 97.60％ |
| 实施例3 | 12KΩ | 3.2KΩ | 13.8μs | 96.41％ |
| 实施例4 | 13KΩ | 3.4KΩ | 14.5μs | 96.10％ |
| 实施例5 | 15KΩ | 3.75KΩ | 14.9μs | 95.92％ |
实施例1
如上表，首先将第一电阻R1的阻值设置为10KΩ，由于第二电阻R2为可调电阻，在电路中接入示波器后，观察无刷直流电动机在工作时的相电流波形，并不断的调整第二电阻R2的阻值，使得相电流正负波形对称，相电流的正弦度最好，此时第二电阻R2为2.5KΩ。示波器得到如图4所示的相电流波形图，正电流峰值约为35.50A，负电流峰值约为-36.40A，正弦度为98.01％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟大幅减小，延迟t2约为10μs，如图5所示，U2是第二电阻R2的分压，VDD为供电电压。
实施例2
依照同样的调整方法，得到：当第一电阻R1的阻值为11KΩ，第二电阻的阻值为2.8KΩ时，示波器得到正电流峰值约为34.85A，负电流峰值约为36.58A，正弦度为97.60％，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为12.6μs。
实施例3
当第一电阻R1的阻值为12KΩ，第二电阻的阻值为3.2KΩ时，示波器得到正电流峰值约为34.17A，负电流峰值约为36.75A，正弦度为96.41％，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为13.8μs。
实施例4
当第一电阻R1的阻值为13KΩ，第二电阻的阻值为3.4KΩ时，示波器得到正电流峰值约为34.03A，负电流峰值约为36.88A，正弦度为96.10％，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为14.5μs。
实施例5
当第一电阻R1的阻值为15KΩ，第二电阻的阻值为3.75KΩ时，示波器得到正电流峰值约为33.95A，负电流峰值约为36.95A，正弦度为95.92％，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为14.9μs。
因此，在本发明实施例中，经过采用无刷直流电动机的相电流校正电路之后，从上表可以看出：
当第一电阻R1的阻值范围在10KΩ～15KΩ，第二电阻R2的阻值范围2.5KΩ～3.75KΩ时，检测到的霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟减小，无刷直流电动机的相电流的正负波形的正弦度相对现有技术提高，即正负波形的对称性提高；
当第一电阻R1的阻值范围在10KΩ～13KΩ，第二电阻R2的阻值范围为2.5KΩ～3.4KΩ时，检测到的霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟进一步减小，无刷直流电动机的相电流的正负波形的正弦度相对提高，即正负波形的对称性提高；
当第一电阻R1的阻值范围为10KΩ～11KΩ，第二电阻R2的阻值范围2.5KΩ～2.8KΩ时，检测到的霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟是最小的，无刷直流电动机的相电流的正负波形的正弦度是最高的，即正负波形的对称性最好，能够使无刷直流电机的转速更加均匀。
作为一种优选实施方式，如图6，本发明实施例中无刷直流电动机的相电流校正电路包括：比较器L、第一电阻R1、第二电阻R2、滤波电容C1和限流电阻R3。
比较器L包括第一输入端、第二输入端和输出端。第一输入端通过限流电阻R3和霍尔信号连接，滤波电容C1一端接入限流电阻R3与第一输入端之间，另一端接地。第一电阻R1一端与第二输入端连接，另一端接高电平V1，第二电阻R2一端与第二输入端连接，另一端接低电平V2。输出端与主控芯片连接。
霍尔信号与比较器L正相输入端之间接有限流电阻R3，用于对流入比较器L中的电流进行限流。电路中还接有滤波电容C1，用于对电路中的信号进行滤波。滤波电容C1一端接入比较器L正相输入端与限流电阻R3之间，另一端接地。当霍尔信号中存在干扰信号时，干扰信号可通过滤波电容C1流入大地。当然，本实施例中并不对滤波电容C1的接法进行限制，本领域技术人员可根据实际情况进行改变，使滤波电容C1起到滤波作用即可。滤波电容C1取值范围为22pf～100nf，限流电阻R3阻值范围为20Ω～100KΩ。如此可以保证霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟较小，无刷直流电动机的相电流正负波形的正弦度较好，使无刷直流电机的转速更加均匀。
本实施例以上述实施例1为基础，第一电阻R1与第二电阻R2均为可调电阻，将第一电阻R1取值10KΩ与第二电阻R2取值2.5KΩ，滤波电容C1在取值范围为22pf～100nf中取出五个数值，限流电阻R3在阻值范围为20Ω～100KΩ中取出五个数值，继续举例说明。具体操作步骤请参考上述实施方式，即可得到无刷直流电动机的相电流的正负波形。具体情况如下表：
实施例6
根据上述实施例相同的方法，当第一电阻R1为10KΩ，第二电阻R2为2.5KΩ，滤波电容C1为22pf，限流电阻为100KΩ时，示波器得到正电流峰值约为36.48A，负电流峰值约为36.29A，正弦度为98.30％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟减小，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为11.2μs。
实施例7
根据上述实施例相同的方法，当第一电阻R1为10KΩ，第二电阻R2为2.5KΩ，滤波电容C1为100pf，限流电阻为27KΩ时，示波器得到正电流峰值约为36.32A，负电流峰值约为36.10A，正弦度为98.67％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟进一步减小，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为10.6μs。
实施例8
根据上述实施例相同的方法，如图7所示，得到第一电阻R1为10KΩ，第二电阻R2为2.5KΩ，滤波电容C1为1nf，限流电阻为1KΩ时的相电流波形图，此时正电流峰值约为35.60A，负电流峰值约为-35.40A，正弦度为99.41％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟大幅减小，测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟t3约为8μs，如图8所示。
实施例9
根据上述实施例相同的方法，当第一电阻R1为10KΩ，第二电阻R2为2.5KΩ，滤波电容C1为10nf，限流电阻为110Ω时，示波器得到正电流峰值约为35.80A，负电流峰值约为-35.63A，正弦度为99.13％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟减小，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为8.9μs。
实施例10
根据上述实施例相同的方法，当第一电阻R1为10KΩ，第二电阻R2为2.5KΩ，滤波电容C1为100nf，限流电阻为20Ω时，示波器得到正电流峰值约为36.10A，负电流峰值约为-35.96A，正弦度为98.86％。同时比较器L在高低电平转换时出现的延迟相比现有技术中的延迟减小，此时测得比较器L在高低电平转换时出现的延迟约为9.5μs。
由此可见，在此优选实施方式中，经过采用限流电阻R3与滤波电容C1之后，所采用的第一电阻R1和第二电阻R2阻值相同，通过上表可以看出实施例8和实施例9所测得的比较器L在高低电平转换时出现的延迟最小，所得到的正负电流峰值最为对称，此时的效果最好，能够使无刷直流电机的转速更加稳定。
作为另一种实施方式，第一电阻R1为可调电阻，第二电阻R2为定值电阻；或者第一电阻为定值电阻，第二电阻为可调电阻。
作为另一种实施方式，第二电阻R2与第一电阻R1的阻值比可以为1/6～3/8。具体调整步骤可参考上述方法。
本实施例同时提供一种无刷直流电动机，其包含上述所有实施例的一种无刷直流电动机的相电流校正电路。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下作出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。
Claims (9)
1.一种无刷直流电动机的相电流校正电路，其特征在于，包括：
比较器（L），包括第一输入端、第二输入端和输出端，所述第一输入端用于输入霍尔信号，所述霍尔信号为位置传感器获取的无刷直流电动机的转子位置信号，所述输出端用于与所述无刷直流电动机的主控芯片相连；
第一电阻（R1），一端与所述第二输入端连接，另一端接高电平（V1）；
第二电阻（R2），一端与所述第二输入端连接，另一端接低电平（V2）；
第一电阻（R1）与第二电阻（R2）均为可调电阻；
调整第二电阻（R2）与第一电阻（R1）的阻值比后，观察通过无刷直流电动机的相电流波形，不断地微调第一电阻（R1）和第二电阻（R2）的阻值比，在无刷直流电动机的相电流的正负波形对称，同时相电流的正弦度最高时，选取此时第二电阻（R2）与第一电阻（R1）的阻值比；
通过调整第二电阻（R2）和第一电阻（R1）的阻值比测出相电流之后，霍尔信号在输出比较器之后对得到的电信号进行校正，霍尔信号在高低电平转换时出现的延迟减小；
比较器（L）在将霍尔信号与所述第二电阻（R2）的分压比较后输入给主控芯片，使霍尔信号在比较器（L）高低电平转换时出现的延迟减小，并使无刷直流电动机的换向电压均匀，使无刷直流电动机的转速平稳。
2.根据权利要求1所述的校正电路，其特征在于，所述第二电阻（R2）与所述第一电阻（R1）的阻值比为1/6~3/8。
3.根据权利要求2所述的校正电路，其特征在于，所述第二电阻（R2）与所述第一电阻（R1）的阻值比为1/4~3/10。
4.根据权利要求1所述的校正电路，其特征在于，所述第一电阻（R1）的阻值范围10KΩ~15KΩ，所述第二电阻（R2）的阻值范围2.5KΩ~3.75KΩ。
5.根据权利要求4所述的校正电路，其特征在于，所述第一电阻（R1）的阻值范围10KΩ~13KΩ，所述第二电阻（R2）的阻值范围为2.5KΩ~3.4KΩ。
6.根据权利要求5所述的校正电路，其特征在于，所述第一电阻（R1）的阻值范围为10KΩ~11KΩ，所述第二电阻（R2）的阻值范围2.5KΩ~2.8KΩ。
7.根据权利要求1-6中任一项所述的校正电路，其特征在于，还包括：
滤波电容（C1），所述滤波电容（C1）一端与所述第一输入端连接，另一端接地，所述滤波电容（C1）取值范围为22pf~100nf。
8.根据权利要求7所述的校正电路，其特征在于，还包括：
限流电阻（R3），所述限流电阻（R3）一端与所述第一输入端连接，另一端与霍尔信号源连接，所述限流电阻（R3）阻值范围为20Ω~100KΩ。
9.一种无刷直流电动机，其特征在于，包括上述权利要求1-8任一项所述的一种无刷直流电动机的相电流校正电路。
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