CN113193792A - 一种输入电压控制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种输入电压控制方法，包括：电源，并联于电源正负极之间且对电源进行整流的第一整流电路及第二整流电路，第一整流电路输出端通过驱动电路连接至电机，第二整流电路输出端通过电压检测电路连接至控制器，控制器采集母线电压值U实及母线电流值，控制器存储有目标占空比值D目及目标电压值U目，控制器根据采集的母线电流值确定对应的目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实来驱动所述电机。本发明通过采集第二整流电路输出电压，波形稳定，控制效果好且根据母线电压改变占空比，改善电机的稳定运行。

Description

一种输入电压控制方法
【技术领域】
本发明涉及一种电机控制的技术领域，特别涉及一种无刷电机输入电压控制方法。
【背景技术】
现有的交流无刷电路都采用大电解电容，大电解电容使电机控制相对简单，但大电解电容体积通常比较大，增加了电路板体积，因此，现在常规的方案采用无大电解电容，减小体积，且电路板使用寿命长，但是，这种电路由于没有使用大电解电容，利用小容值的电容，整流后母线电压会随着负载电流的变化而发生变化，通常控制器需采集整流后电压并进行控制，使输入至电机的电压能够稳定，但由于这种变化，影响了无刷电机的控制效果，且由于采用无极性电容，整流后电压波动，容易导致提供给电机的输入电压波动，且容易触发电流保护。
因此，有必要设计一种电机运行稳定且控制效果好的电机输入电压控制方法，以解决上述问题。
【发明内容】
针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种电机运行稳定且控制效果好的电机控制电路。
本发明解决现有技术问题可采用如下技术方案：一种输入电压控制方法，以控制电机的运转，包括：电源，并联于所述电源正负极之间且对所述电源进行整流的第一整流电路及第二整流电路，所述第一整流电路输出端通过驱动电路连接至电机，所述第二整流电路输出端通过电压检测电路连接至控制器，所述控制器采集母线电压值U实及母线电流值，所述控制器存储有目标占空比值D目及目标电压值U目，所述控制器根据采集的母线电流值确定对应的目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实来驱动所述电机，以控制所述电机的输入电压。
进一步改进方案为：所述电压检测电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述第二整流电路的输出端，且所述第一电阻与所述第二电阻的连接点连接所述控制器，所述第二电阻的另一端接地。
进一步改进方案为：所述第一整流电路输出端通过并联有电容连接至所述驱动电路，所述电容一端接地；所述电容与所述驱动电路之间设有电流采样电阻，所述控制器通过所述采样电阻以采集母线电流值。
进一步改进方案为：所述第一整流电路由4个二极管组成，所述第二整流电路的两个二极管与所述第一整流电路中的两个二极管共用。
进一步改进方案为：所述控制器存储有多个电流阈值及多个目标电压值U目，所述多个电流阈值包括第一电流阈值、小于或等于所述第一电流阈值的第二电流阈值、小于所述第一电流阈值及所述第二电流阈值的电流参考值以及第一平均电流阈值，所述多个目标电压值U目包括第一目标电压值、第二目标电压值及第三目标电压值；所述第一目标电压值大于所述第二目标电压值，所述第二目标电压值大于所述第三目标电压值。
进一步改进方案为：所述控制器通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：启动电机，所述控制器选择所述目标电压值U目为第一目标电压值；采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线峰值电流值大于或等于所述第一电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；当所述目标电压值U目为第二目标电压时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线峰值电流值大于或等于所述第二电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从所述第二目标电压值变为所述第三目标电压值，根据所述第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数和/或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
进一步改进方案为：所述控制器存储有多个电流阈值及多个目标电压值U目，所述多个电流阈值包括电流参考值、第一平均电流阈值、大于所述第一平均电流阈值的第二平均电流阈值，所述多个目标电压值U目包括第一目标电压值、第二目标电压值及第三目标电压值；所述第一目标电压值大于所述第二目标电压值，所述第二目标电压值大于所述第三目标电压值。
进一步改进方案为：所述控制器通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：启动电机，所述控制器确定所述目标电压值U目为第一目标电压值；采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；当所述目标电压值U目为第二目标电压时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第三目标电压值，根据第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数和/或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
进一步改进方案为：所述控制器通过驱动模块连接至所述驱动电路，所述驱动电路包括六个开关管，控制所述开关管的开断以改变电机的输入电压。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：通过设有两个整流电路，且从前侧的整流电路采集母线电压U实，控制器存储有目标占空比值D目及目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实并驱动所述电机，使得即使采用无极性电容，也能采集到相对稳定的母线电压，能够在不同负载下，稳定电机的输入电压。
【附图说明】
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明:
图1是本发明输入电压控制方法的电路图；
图2是本发明输入电压控制方法的整流输入输出电压波形图；
图3是本发明输入电压控制方法的第一流程图；
图4是本发明输入电压控制方法的第二流程图；
图5是本发明输入电压控制方法的母线电压及母线电流波形图。
图中附图标记的含义：
1、第一整流电路 2、第二整流电路 3、驱动电路 4、电机 5、控制器 51、运算模块52、存储单元 53、计时单元 54、PWM生成器 6、驱动模块 7、母线电流采集单元 8、滤波单元
【具体实施方式】
下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。
请参阅图1所示，为本发明涉及的一种电机控制电路，所述电机控制电路包括交流电源，并联于所述交流电源正负极之间且对所述交流电源进行整流的第一整流电路1及第二整流电路2，所述第一整流电路1输出端通过驱动电路3连接至电机4，所述第二整流电路2输出端连接至控制器5，所述控制器5通过驱动模块6连接至所述驱动电路3，以驱动所述电机4运转。
所述第一整流电路1为通过整流用的四个二极管D1、D2、D3、D4首尾相连构成的桥接型全波整流电路。交流电源的正极连接到二极管D1的负极和二极管D2的正极，二极管D1的正极和二极管D3的正极相连后连接至驱动电路3，二极管D2的负极和二极管D4的负极相连后连接至驱动电路3，交流电源的负极连接到二极管D3的负极和二极管D4的正极，所述第一整流电路1输出与所述驱动电路3之间并联有电容C，且电容C接地，从交流电源输入的电压被所述第一整流电路1全波整流，该全波整流后的电压经所述电容C输入给所述驱动电路3。在所述电容C与所述驱动电路3之间的负极母线上串联有电流采样电阻R，在所述采样电阻R两端连接有母线电流采集单元7，并通过滤波单元8连接至所述控制器5，通过所述采样电阻R采集母线电流值。
所述第二整流电路2包括并联于所述电源与所述第一整流电路1之间的二极管D5、D6，所述二极管D5、D6的负极相连，且通过电压检测电路连接至所述控制器5。
所述电压检测电路包括串联的第一电阻R1和第二电阻R2，所述第一电阻R1的一端连接所述第二整流电路2的输出端，且所述第一电阻R1与所述第二电阻R2的连接点连接所述控制器5，所述第二电阻R2的另一端接地。由于电压检测电路及电容C的接地构成等电位，所以第二整流电路2与所述第一整流电路1的二极管D1、D3共用。本实施方式中，所述第一电阻R1阻值为750KΩ，所述第二电阻R2阻值为6.8KΩ，即电压检测电路a点采集的电压为所述第二电阻R2的电压值，使得第二整流电路2输出电压为所述控制器5能够识别的电压范围。
所述驱动电路3包括上桥臂和下桥臂，所述上桥臂包括有开关管Q1、Q2、Q3，下桥臂包括有开关管Q4、Q5、Q6，所述每一开关管分别反向并联有二极管；所述电机4为无刷电机，包括三相绕组，所述三相绕组分别连接至上桥臂与下桥臂的相连点，通过控制开关管Q1至Q6的通断，控制输入至所述电机4的电压。
通常，为了减小电路板体积，会采用等效电容值小的电容进行滤波，如本实施方式中，采用等效电容值为小于15 uF的电容C，即当负载变化时，所述电容C端输出的电压会随着负载的变化而变化，导致波形失真。而通过采集第二整流电路的电压，可得到标准的脉动直流母线电压波形，如图2所示，波形Uac为交流电源的输入电压，波形Udc为第二整流电路2经电压检测电路的输出电压，该波形即对应为本实施方式中的母线电压值，该波形不会随负载的变化而变化。所述控制器5包括运算模块51、连接于所述运算模块51的存储单元52、计时单元53及PWM生成器54，所述存储单元52存储有目标电压值U目及目标占空比值D目，所述运算模块51采样母线电压值及母线电流值，根据母线电流值确定对应的目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实给PWM生成器54，并驱动所述电机4，以控制所述电机4的输入电压。
所述控制器5存储有多个电流阈值及多个目标电压值U目，所述多个电流阈值包括第一电流阈值、小于或等于所述第一电流阈值的第二电流阈值、小于所述第一电流阈值及所述第二电流阈值的电流参考值、第一平均电流阈值及大于所述第一平均电流阈值的第二平均电流阈值，所述多个目标电压值U目包括第一目标电压值、第二目标电压值及第三目标电压值；所述第一目标电压值大于所述第二目标电压值，所述第二目标电压值大于所述第三目标电压值。
请参阅图3所示，为输入电压控制方法的第一流程图，所述控制器5通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：启动电机4，所述控制器5选择所述目标电压值U目为第一目标电压值；继续采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线峰值电流值大于或等于所述第一电流阈值时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机4；当所述目标电压值U目为第二目标电压时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线峰值电流值大于或等于第二电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第三目标电压值，根据第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机4；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
请参阅图4所示，为输入电压控制方法的第二流程图，所述控制器5通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：启动电机4，所述控制器5确定所述目标电压值U目为第一目标电压值；继续采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机4；当所述目标电压值U目为第二目标电压时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第三目标电压值，根据第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机4；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
例如，在本实施方式中，所述交流电源输入电压为220V，所述目标占空比值D目设为100%，所述第一电流阈值为45A，第二电流阈值为44A，第一平均电流阈值为7A，第二平均电流阈值为12A，电流参考值为28A，第一目标电压值为310V，第二目标电压值为280V及第三目标电压值为260V。由于工具工作时负载会变化，通过采集母线峰值电流及母线平均电流进行控制，使控制更准确。当电机4启动，即负载为空载或轻载时，所述控制器5确定所述目标电压值U目为第一目标电压值设为310V，即根据公式D实=(U目*D目)/U实，由母线电压值对应输出控制占空比D实；当重载时，所述母线电流急剧升高，若母线峰值电流值大于或等于所述第一电流阈值，如大于或等于45A时，或所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值，如大于或等于12A时, 所述控制器使所述目标电压值U目变为第二目标电压值280V，即根据公式D实=(U目*D目)/U实，由母线电压值对应输出控制占空比D实，其他实施方式中，也可以将上述母线峰值电流值及母线平均电流值同时满足再改变目标电压值U目；当继续加载时，若母线峰值电流值大于或等于所述第二电流阈值，如大于或等于44A时，或所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值，如大于或等于12A时，所述控制器5使所述目标电压值U目从第二目标电压值280V变为第三目标电压值260V，根据第三目标电压值计算输出控制占空比D实，其他实施方式中，也可以将上述母线峰值电流值及母线平均电流值同时满足再改变目标电压值U目，以驱动所述电机5；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数，如小于或等于28A时，或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值，如小于或等于7A时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值280V变为第一目标电压值310V，其他实施方式中，也可以将上述电流参考值及母线平均电流值同时满足再改变目标电压值U目，以驱动所述电机5。其他改进的实施方式中，所述多个电流阈值还包括第三电流阈值、第四电流阈值……第N电流阈值及对应的第四目标电压值、第五目标电压值……第N目标电压值，其以上述控制方式进行依次循环控制，当所述电流阈值接近所述电流参考值时，所述电流参考值可逐渐减小。本实施例为角磨机的工作特性，当负载增加时，使目标电压值逐渐减小，即逐渐减小电机的功率，保证电流不会急剧增大，防止正常情况下触发电流保护，影响工况体验。通过使电机处于不同负载时，驱动电路3的输出具有稳定的输出电压值，因此电机4的三相绕组具有稳定的输入电压，以保证电机4具有稳定的转速，可防止电流突然上升触发电流保护，且通过采集第二整流电路2的输出电压，该电压不受负载影响，提高了电机控制的准确性。
所述母线电流峰值采样方式如下：如图5所示，为半个周期的母线电压及母线电流波形。在半个周期内的每PWM周期的特定位置，例如起始或结束处，或者每个换相瞬间，采集母线峰值电流值，如图锯齿的最高点为母线峰值电流值（如a、b、c、d、e点处），并每将采样到的母线峰值电流值与控制器5存储的电流阈值比较。所述母线平均电流值采样方式如下：通过等时间间隔采样母线电流，如图中t0,t1,t2....，然后做软件滤波处理，如，平均滤波，滑动滤波等，获得母线平均电流值。
本发明电机输入电压控制方法通过设有两个整流电路，且从前侧的整流电路采集母线电压U实，控制器存储有目标占空比值D目及目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实并驱动所述电机，使得即使采用无极性电容，也能采集到相对稳定的母线电压，能够在不同负载下，稳定电机的输入电压。
本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明原理和范畴的前提下，本发明的输入电压控制方法还有其他很多的替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。

Claims (9)

1.一种输入电压控制方法，以控制电机的运转，包括：电源，并联于所述电源正负极之间且对所述电源进行整流的第一整流电路及第二整流电路，所述第一整流电路输出端通过驱动电路连接至电机；其特征在于：所述第二整流电路输出端通过电压检测电路连接至控制器，所述控制器采集母线电压值U实及母线电流值，所述控制器存储有目标占空比值D目及目标电压值U目，所述控制器根据采集的母线电流值确定对应的目标电压值U目，并根据公式：D实=(U目*D目)/U实，得到输出控制占空比D实来驱动所述电机，以控制所述电机的输入电压。
2.根据权利要求1所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述电压检测电路包括串联的第一电阻和第二电阻，所述第一电阻的一端连接所述第二整流电路的输出端，且所述第一电阻与所述第二电阻的连接点连接所述控制器，所述第二电阻的另一端接地。
3.根据权利要求2所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述第一整流电路输出端通过并联有电容连接至所述驱动电路，所述电容一端接地；所述电容与所述驱动电路之间设有电流采样电阻，所述控制器通过所述采样电阻以采集母线电流值。
4.根据权利要求3所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述第一整流电路由4个二极管组成，所述第二整流电路的两个二极管与所述第一整流电路中的两个二极管共用。
5.根据权利要求1所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述控制器存储有多个电流阈值及多个目标电压值U目，所述多个电流阈值包括第一电流阈值、小于或等于所述第一电流阈值的第二电流阈值、小于所述第一电流阈值及所述第二电流阈值的电流参考值以及第一平均电流阈值，所述多个目标电压值U目包括第一目标电压值、第二目标电压值及第三目标电压值；所述第一目标电压值大于所述第二目标电压值，所述第二目标电压值大于所述第三目标电压值。
6.根据权利要求5所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述控制器通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：
启动电机，所述控制器选择所述目标电压值U目为第一目标电压值；
采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线峰值电流值大于或等于所述第一电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；
当所述目标电压值U目为第二目标电压值时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线峰值电流值大于或等于所述第二电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从所述第二目标电压值变为所述第三目标电压值，根据所述第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数和/或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
7.根据权利要求1所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述控制器存储有多个电流阈值及多个目标电压值U目，所述多个电流阈值包括电流参考值、第一平均电流阈值、大于所述第一平均电流阈值的第二平均电流阈值，所述多个目标电压值U目包括第一目标电压值、第二目标电压值及第三目标电压值；所述第一目标电压值大于所述第二目标电压值，所述第二目标电压值大于所述第三目标电压值。
8.根据权利要求7所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述控制器通过所述母线电流值获取母线峰值电流值及母线平均电流值；所述输入电压的控制方法包括：
启动电机，所述控制器确定所述目标电压值U目为第一目标电压值；
采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，当所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第一目标电压值变为第二目标电压值，根据第二目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；
当所述目标电压值U目为第二目标电压值时，采集母线电流获取母线峰值电流值及母线平均电流值，若所述母线平均电流值大于或等于所述第二平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第三目标电压值，根据第三目标电压值计算输出控制占空比D实，以驱动所述电机；若所述母线峰值电流值在预设时间内小于或等于所述电流参考值满足预设次数和/或所述母线平均电流值小于或等于所述第一平均电流阈值时，所述控制器使所述目标电压值U目从第二目标电压值变为第一目标电压值。
9.根据权利要求1所述的输入电压控制方法，其特征在于：所述控制器通过驱动模块连接至所述驱动电路，所述驱动电路包括六个开关管，控制所述开关管的开断以改变电机的输入电压。
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