CN113364365B - 一种检测电机转子位置的电路 - Google Patents

Abstract

一种检测电机转子位置的电路，涉及电机转子位置检测技术领域；包括电源、控制器、位置传感器、唤醒电路和电机，电源连接唤醒电路，唤醒电路分别与控制器、位置传感器、电机连接；电机将电机输出信号输送给唤醒电路用于启动唤醒电路，使得唤醒电路将电源输出给控制器与位置传感器，位置传感器用于记录电机转子位置信号，位置传感器将电机转子位置信号传输给控制器，控制器将调节信号输送给唤醒电路；本发明通过唤醒电路可实时反馈并精确记录电机转子位置和转动圈数，其结构简单、稳定；增加唤醒电路，通过控制器输出调节信号控制唤醒电路关闭电源使得控制器和位置传感器进入断电模式，实现低功耗检测电机转子位置信号，减少了系统功耗。

Description

一种检测电机转子位置的电路

技术领域

本发明涉及电机转子位置检测技术领域，特别涉及一种检测电机转子位置的电路。

背景技术

无刷电机以其结构简单、运行可靠、效率高、无励磁损耗以及调速性能好等诸多优点，使其在各个领域都具有广阔的应用前景。随着工业控制对系统的精度、响应速度以及稳定性能好和可靠性高的电机转子位置检测系统在电机控制中变得十分重要。

现有技术中检测电机转子位置的方式是电源电池同时为控制器和位置传感器供电，位置传感器每隔一段时间被定时唤醒，用来记录电机转子的最新位置并覆盖上一次记录的位置。当控制器工作时，读取记录在位置传感器中的电机转子位置信号。该技术需要位置传感器定时唤醒，且唤醒频率越高，功耗越高。其次无法检测由电机转在某位置，重复N圈之后还在某位置时的状况，导致输入给控制器的位置信号出现错误。位置传感器进入低功耗模式必须要求位置传感器自带低功耗模式，成本高。且定时唤醒不能及时跟踪电机转子位置变化，或高频率的唤醒导致系统功耗大，低频率唤醒无法满足设计要求。

综上来说，现有技术在检测电机转子位置的过程中存在以下问题：1、无法实时跟踪电机转子位置；2、无法识别电机转动圈数；3、系统进入低耗模式时必须要求位置传感器自带低功耗模式。

发明内容

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明提出一种检测电机转子位置的电路，该电路可实时记录电机转子的位置和转动圈数，其结构简单、稳定。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：一种检测电机转子位置的电路，包括电源、控制器、位置传感器、唤醒电路和电机，电源连接唤醒电路，唤醒电路分别与控制器、位置传感器、电机连接；电机将电机输出信号输送给唤醒电路用于启动唤醒电路，使得唤醒电路将电源输出给控制器与位置传感器，位置传感器用于记录电机转子位置信号，位置传感器将电机转子位置信号传输给控制器，控制器将调节信号输送给唤醒电路。

进一步来说，唤醒电路包括三相整流电路、二级滤波电路、PNP型三极管V7和NPN型三极管V8、V9；电机的输出端连接三相整流电路的输入端，三相整流电路的输出端连接二级滤波电路的输入端，二级滤波电路的输出端连接NPN型三极管V8，PNP型三极管V7的发射极连接电源的输出端，PNP型三极管V7的基极通过电阻R8连接NPN型三极管V8、V9的集电极，PNP型三极管V7的集电极与控制器与位置传感器连接，控制器的配置端口IN0通过电阻R11与NPN型三极管V9的基极连接，NPN型三极管V8的发射极与NPN型三极管V9的发射极连接。

进一步来说，三相整流电路包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R1、R2、R3，电阻R4和电容C1；二极管V1、V2、V3的输入端分别连接电机三相输出，二极管V1、V2、V3的输出端并联连接电阻R4，电阻R4与电容C1并联，二极管V4、V5、V6的输出端分别连接电机三相输出，二极管V4的输入端连接电阻R1，二极管V5的输入端连接电阻R2，二极管V6的输入端连接电阻R3。

进一步来说，二级滤波电路包括电阻R5、R6和电容C2、C3，三相整流电路输出端连接电阻R5的输入端，电阻R5的输出端连接电阻R6的输入端，电容C2连接电阻R5的输出端，电容C3连接电阻R6的输出端。

进一步来说，PNP型三极管V7的发射极与基极并联有一个电阻R7；NPN型三极管V8的发射极与基极以及NPN型三极管V9的发射极与基极也并联有电阻R9、R10。

进一步地，电机发生转动时，电机输出信号经过三相整流电路和二级滤波电路，控制NPN型三极管V8开启，通过限流电阻R8开启PNP型三极管V7，电源通过PNP型三极管V7给控制器和位置传感器供电；控制器通电工作并通过配置端口IN0输出高电平调节信号，高电平调节信号经电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10打开NPN型三极管V9，进而打开PNP型三极管V7来锁定电源电压，使得电源持续为控制器和位置传感器供电，从而实现实时读取电机转子位置信号。

当控制器检测到电机长时间未发生转动时，控制器通过配置端口IN0输出低电平调节信号，低电平调节信号经电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10关闭PNP型三极管V7，进而关闭电源使得控制器和位置传感器断电。

优选地，电源的输出电压为12V。

本发明取得的有益效果在于：本发明可实时反馈并精确记录电机转子位置和转动圈数，其结构简单、稳定；相较于现有技术来说增加唤醒电路实现低功耗检测电机转子位置信号，提高了系统效率；值得一提的是本发明不要求位置传感器自带低功耗模式，通过控制器输出的调节信号控制唤醒电路关闭电源使得控制器和位置传感器进入断电模式，功耗几乎为0，大大减少了系统供电功耗。

附图说明

图1为实施例中的检测原理图；

图2为实施例中的检测电路图；

图3为实施例中当U_a＞U_b＞U_c时的三相整流电路电流流向图；

图4为实施例中当U_a＞U_c＞U_b时的三相整流电路电流流向图；

图5为实施例中当U_b＞U_a＞U_c时的三相整流电路电流流向图；

图6为实施例中当U_b＞U_c＞U_a时的三相整流电路电流流向图；

图7为实施例中当U_c＞U_a＞U_b时的三相整流电路电流流向图；

图8为实施例中当U_c＞U_b＞U_a时的三相整流电路电流流向图。

具体实施方式

为了便于本领域技术人员的理解，下面结合具体实施例与附图对本发明作进一步的说明。

一种检测电机转子位置的电路，包括12V电源、控制器、位置传感器、唤醒电路和电机，12V电源连接唤醒电路，唤醒电路分别与控制器、位置传感器、电机连接；电机将电机输出信号输送给唤醒电路用于启动唤醒电路，使得唤醒电路将12V电源输出给控制器与位置传感器，位置传感器用于记录电机转子位置信号，位置传感器将电机转子位置信号传输给控制器，控制器将调节信号输送给唤醒电路。

具体来说，唤醒电路包括三相整流电路、二级滤波电路、PNP型三极管V7和NPN型三极管V8、V9；电机的输出端连接三相整流电路的输入端，三相整流电路的输出端连接二级滤波电路的输入端，二级滤波电路的输出端连接NPN型三极管V8，PNP型三极管V7的发射极连接电源的输出端，PNP型三极管V7的基极通过电阻R8连接NPN型三极管V8、V9的集电极，PNP型三极管V7的集电极与控制器和位置传感器连接，控制器的配置端口IN0通过电阻R11与NPN型三极管V9的基极连接，NPN型三极管V8的发射极与NPN型三极管V9的发射极连接。

具体来说，电机的输出信号为U_a、U_b、U_c；三相整流电路包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R1、R2、R3，电阻R4和电容C1；二极管V1、V2、V3的输入端分别连接电机三相输出，二极管V1、V2、V3的输出端并联连接电阻R4，使得输出电压值增大，电阻R4并联电容C1，使得输出波形比较平滑，脉动成分降低，输出电压的平均值增大；二极管V4、V5、V6的输出端分别连接电机三相输出，二极管V4的输入端连接电阻R1，二极管V5的输入端连接电阻R2，二极管V6的输入端连接电阻R3。

具体地，当电机的输出信号U_a＞U_b＞U_c时，三相整流电路中二极管V1和V6导通，电流从电机A相流出经二极管V1、电阻R4和R3、二极管V6，从C相流入电机，其电流流向如图3所示，此时输出电压U_w＝U_ac+U_v1+U_v6+IR3。

具体地，当电机的输出信号U_a＞U_c＞U_b时，三相整流电路中二极管V1和V5导通，电流从电机A相流出经二极管V1、电阻R4和R2、二极管V5，从B相流入电机，其电流流向如图4所示，此时输出电压U_w＝U_ab+U_v1+U_v5+IR2。

具体地，当电机的输出信号U_b＞U_a＞U_c时，三相整流电路中二极管V2和V6导通，电流从电机B相流出经二极管V2、电阻R4和R3、二极管V6，从C相流入电机，其电流流向如图5所示，此时输出电压U_w＝U_bc+U_v2+U_v6+IR2。

具体地，当电机输出信号U_b＞U_c＞U_a时，三相整流电路中二极管V2和V4导通，电流从电机B相流出经二极管V2、电阻R4和R1、二极管V4，从A相流入电机，其电流流向如图6所示，此时输出电压U_w＝U_ba+U_v2+U_v4+IR1。

具体地，当电机输出信号U_c＞U_a＞U_b时，三相整流电路中二极管V3和V5导通，电流从电机C相流出经二极管V3、电阻R4和R2、二极管V5，从B相流入电机，其电流流向如图7所示，此时输出电压U_w＝U_cb+U_v3+U_v5+IR2。

具体地，当电机输出信号U_c＞U_b＞U_a时，三相整流电离中二极管V3和V4导通，电流从电机C相流出经二极管V3、电阻R4和R1、二极管V1，从A相流入电机，其电流流向如图8所示，此时输出电压U_w＝U_ca+U_v3+U_v4+IR1。

具体地，直流输出电压平均值为：

其中：U_v为二极管压降，I为电机被拖动时输出电流，R为电阻，二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6一致、电阻R1、R2、R3阻值相同。

具体来说，二级滤波电路包括电阻R5、R6和电容C2、C3，三相整流电路的输出端与电阻R5的输入端连接，电阻R5的输出端与电阻R6的输入端连接，电容C2连接电阻R5的输出端，电容C3连接电阻R6的输出端。二路滤波电路对U_w进行滤波，使得输出电压Uw平稳。其中R5、R6需要根据电机的反电动势常数K值进行调整，K越小时，R5、R6越小。

具体来说，PNP型三极管V7的发射极与基极并联有一个电阻R7；NPN型三极管V8的发射极与基极以及NPN型三极管V9的发射极与基极也并联有电阻R9、R10。

具体地，当电机发生转动时，电机输出信号经过三相整流电路和二级滤波电路，控制NPN型三极管V8开启，通过限流电阻R8开启PNP型三极管V7，电源通过PNP型三极管V7给控制器和位置传感器供电；控制器通电工作并通过配置端口IN0输出高电平调节信号，高电平调节信号经电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10打开NPN型三极管V9，进而打开PNP型三极管V7来锁定12V电源，使得12V电源持续为控制器和位置传感器供电，从而实现实时读取电机转子位置信号。

具体地，当控制器在用户设置的时间内未检测到电机发生转动时，控制器通过配置端口IN0输出低电平调节信号，低电平调节信号经电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10关闭PNP型三极管V7，进而关闭电源使得控制器和位置传感器断电。

本发明不局限于12V电源的电机控制系统，同样适用于24V电源的电机控制系统和48V电源的电机控制系统等。

本发明可实时反馈并精确记录电机转子位置和转动圈数，其结构简单、稳定；相较于现有技术来说增加唤醒电路实现低功耗检测电机转子位置信号，提高了系统效率；值得一提的是本发明不要求位置传感器自带低功耗模式，通过控制器输出调节信号控制唤醒电路关闭电源使得控制器和位置传感器进入断电模式，功耗几乎为0，大大减少了系统供电功耗。

上述实施例为本发明较佳的实现方案，除此之外，本发明还可以其它方式实现，在不脱离本技术方案构思的前提下任何显而易见的替换均在本发明的保护范围之内。

为了让本领域普通技术人员更方便地理解本发明相对于现有技术的改进之处，本发明的一些附图和描述已经被简化，并且为了清楚起见，本申请文件还省略了一些其它元素，本领域普通技术人员应该意识到这些省略的元素也可构成本发明的内容。

Claims (6)

1.一种检测电机转子位置的电路，其特征在于：包括电源、控制器、位置传感器、唤醒电路和电机，所述电源连接唤醒电路，所述唤醒电路分别与控制器、位置传感器、电机连接，所述电机将电机输出信号输送给唤醒电路用于启动唤醒电路，使得所述唤醒电路将电源输出给控制器与位置传感器，所述位置传感器用于记录电机转子位置信号，所述位置传感器将电机转子位置信号传输给控制器，所述控制器将调节信号输送给唤醒电路；所述唤醒电路包括三相整流电路、二级滤波电路、PNP型三极管V7和NPN型三极管V8、V9；所述电机的输出端连接三相整流电路的输入端，所述三相整流电路的输出端连接二级滤波电路的输入端，所述二级滤波电路的输出端连接NPN型三极管V8，所述PNP型三极管V7的发射极连接电源，所述PNP型三极管V7的基极通过电阻R8连接NPN型三极管V8、V9的集电极，所述PNP型三极管V7的集电极与控制器与位置传感器连接，所述控制器的配置端口IN0通过电阻R11与NPN型三极管V9的基极连接，所述NPN型三极管V8的发射极与NPN型三极管V9的发射极连接。

2.根据权利要求1所述的检测电机转子位置的电路，其特征在于：所述三相整流电路包括二极管V1、V2、V3、V4、V5、V6，电阻R1、R2、R3、R4和电容C1；所述二极管V1、V2、V3的输入端分别连接电机三相输出，所述二极管V1、V2、V3的输出端并联连接电阻R4，所述电阻R4与电容C1并联，所述二极管V4、V5、V6的输出端分别连接电机三相输出，所述二极管V4的输入端连接电阻R1，所述二极管V5的输入端连接电阻R2，所述二极管V6的输入端连接电阻R3。

3.根据权利要求1所述的检测电机转子位置的电路，其特征在于：所述二级滤波电路包括电阻R5、R6和电容C2、C3，所述三相整流电路的输出端连接电阻R5的输入端，所述电阻R5的输出端连接电阻R6的输入端，所述电容C2连接电阻R5的输出端，所述电容C3连接电阻R6的输出端。

4.根据权利要求1所述的检测电机转子位置的电路，其特征在于：所述PNP型三极管V7的发射极与基极并联有一个电阻R7；所述NPN型三极管V8的发射极与基极以及NPN型三极管V9的发射极与基极也并联有电阻R9、R10。

5.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测电机转子位置的电路，其特征在于：当所述电机发生转动时，所述电机输出信号经过三相整流电路和二级滤波电路，控制所述NPN型三极管V8开启，通过所述电阻R8开启PNP型三极管V7，所述电源通过PNP型三极管V7给控制器和位置传感器供电；所述控制器通电工作并通过配置端口IN0输出高电平调节信号，所述高电平调节信号经过电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10打开NPN型三极管V9，进而打开PNP型三极管V7来锁定电源电压，使得所述电源持续为控制器和位置传感器供电，从而实现实时读取电机转子位置信号；当所述控制器未检测到电机发生转动时，所述控制器通过配置端口IN0输出低电平调节信号，所述低电平调节信号经过电阻R11、NPN型三极管V9、电阻R10关闭PNP型三极管V7，进而关闭电源使得所述控制器和位置传感器进入断电模式。

6.根据权利要求1至4中任意一项所述的检测电机转子位置的电路，其特征在于：所述电源的输出电压为12V。