CN114050746B - 单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统及方法，涉及电机驱动技术领域，其技术方案要点是：还包括磁条象限检测模块；磁条象限检测模块，用于实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；数字逻辑控制电路配置有多路控制开关以及多个相互独立的寄存器，多路控制开关设置于相应寄存器的支路；多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新。本发明对每个象限进行单独的增益自适应调整，使磁条每个象限对应的霍尔感应电压放大后的峰值相同，能保证电机运行时的电流波形的每个象限的峰值一致。
Description
技术领域
本发明涉及电机驱动技术领域，更具体地说，它涉及单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统及方法。
背景技术
单相正弦波电流的直流无刷马达驱动芯片工作时具有高效率，低噪声的特点。芯片工作原理和传统的方式有很大不同。传统的直流无刷电机驱动芯片的工作电流是方波，而正弦波直流无刷电机驱动芯片的工作电流是正弦波。工作电流指电机正常工作时，流过电机线圈的电流。
目前，不同电机中转子磁条的磁场强度不同，若芯片采用固定增益，则在应用时会出现工作电流偏小或削顶的情况。为此，申请号为CN201610862625.8的中国专利提供了一种单相正弦波直流无刷电机驱动芯片控制电路，对芯片能够进行自适应增益调节，使放大倍数与环境磁场强度相适应，满足不同的应用方案需求。然而，直流无刷电机的磁条可划分若干象限，由于生产工艺水平的限制，磁条充磁后每个象限的磁场峰值会不一样，现有的芯片对每个象限采用统一增益，会导致电机的电流波形峰值大小不一，影响电机转速均匀行。
因此，研究设计一种能够克服上述缺陷的单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统及方法是我目前急需解决的问题。
发明内容
为解决现有技术中的不足，本发明的目的是提供单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统及方法，本发明对每个象限进行单独的增益自适应调整，使磁条每个象限对应的霍尔感应电压放大后的峰值相同，能保证电机运行时的电流波形的每个象限的峰值一致。
本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：
第一方面，提供了单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，包括霍尔薄片、差分放大器、缓冲器、第一比较器、第二比较器以及数字逻辑控制电路，还包括磁条象限检测模块；
磁条象限检测模块，用于实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；
数字逻辑控制电路配置有多路控制开关以及多个相互独立的寄存器，多路控制开关设置于相应寄存器的支路；
多个寄存器分别储存电机磁条不同象限所对应的差分放大器的增益值，或储存不同大小的增益值；
多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新。
进一步的，该系统还包括第三比较器；缓冲器的输出端与第三比较器的正输入端连接，第三比较器的负输入端输入三角波，第三比较器的输出端输出PWM调制信号。
第二方面，提供了单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制方法，包括以下步骤：
通过霍尔薄片感应电机磁条的磁场信号后产生霍尔电压信号，并将霍尔电压信号传输至增益可调的差分放大器；
实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；
多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新；
差分放大器依据更新后的增益值对霍尔电压信号放大，得到放大后的霍尔电压信号；
将放大后的霍尔电压信号分别与第一比较器、第二比较器的参考电平比较，得到比较分析结果；
数字逻辑控制电路依据比较分析结果向差分放大器输出相应的数字控制信号，差分放大器响应于数字控制信号后进行二次增益适应性调整，直至缓冲器输出的霍尔电压信号幅值位于第一比较器、第二比较器的参考电平之间
进一步的，所述电机磁条的象限信息检测过程具体为：
检测霍尔薄片传输至差分放大器中同相输入端、反相输入端的霍尔电压正负；
依据霍尔电压正负的分布情况分析得到电机磁条的象限信息，电机磁条至少包含四个象限。
进一步的，所述寄存器与电机磁条的象限数一一对应设置，并以电机磁条的象限数为周期依次从各个寄存器中读取信号赋予差分放大器。
进一步的，所述数字控制信号包括降低信号、保持信号、增加信号；
当放大后的霍尔电压信号最大幅度大于第一比较器的参考电平1时，差分放大器响应于降低信号后增益降低；
当放大后的霍尔电压信号最大幅度小于第二比较强的参考电平2时，差分放大器响应于增加信号后增益增加；
当放大后的霍尔电压信号峰值介于参考电平1与参考电平2之间时，差分放大器响应于保持信号后增益维持不变。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明对每个象限进行单独的增益自适应调整，使磁条每个象限对应的霍尔感应电压放大后的峰值相同，能保证电机运行时的电流波形的每个象限的峰值一致。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明实施例的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明实施例的限定。在附图中：
图1是本发明实施例中的整体工作原理图；
图2是本发明实施例中数字逻辑控制电路的工作原理图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明，本发明的示意性实施方式及其说明仅用于解释本发明，并不作为对本发明的限定。
需说明的是，当部件被称为“固定于”或“设置于”另一个部件，它可以直接在另一个部件上或者间接在该另一个部件上。当一个部件被称为是“连接于”另一个部件，它可以是直接或者间接连接至该另一个部件上。
需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“内”、“外”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一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
实施例1：单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，如图1所示，包括霍尔薄片、增益可调的差分放大器、缓冲器、第一比较器、第二比较器、数字逻辑控制电路以及磁条象限检测模块。
其中，霍尔薄片的输入端接电源，霍尔薄片的接地端接地，霍尔薄片的正输出端与差分放大器的同相输入端连接，霍尔薄片的负输出端与差分放大器的反相输入端连接，差分放大器的输出端与缓冲器的输入端连接，缓冲器的输出端与第一比较器的正输入端连接，第一比较器的负输入端输入参考电平1，第一比较器的输出端与数字逻辑控制电路的输入端连接，缓冲器的输出端与第二比较器的正输入端连接，第二比较器的负输入端输入参考电平2，第二比较器的输出端与数字逻辑控制电路的输入端连接，数字逻辑控制电路的输出端与差分放大器的增益调节端连接。
数字逻辑控制电路配置有多路控制开关以及四个相互独立的寄存器，多路控制开关设置于相应寄存器的支路。多个寄存器分别储存电机磁条不同象限所对应的差分放大器的增益值，还可以储存不同大小的增益值，寄存器的配置可以根据电机磁条象限数进行选择，既可以选择一个寄存器对应一个象限，也可以一个寄存器对应多个象限。
实际应用中，因为电机磁条在生产时，充磁不均匀，磁条每个象限的磁场峰值不一样。若对每个象限采用统一的放大倍数，会导致电机运行的正弦波电流不同象限的峰值不一样，因此本发明对数字逻辑模块提出了一种结构来解决这个问题。
该增益控制系统的工作过程如下：
S1：通过霍尔薄片感应电机磁条的磁场信号后产生霍尔电压信号，并将霍尔电压信号传输至增益可调的差分放大器；
S2：磁条象限检测模块实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；
S3：多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新；
S4：差分放大器依据更新后的增益值对霍尔电压信号放大，得到放大后的霍尔电压信号；
将放大后的霍尔电压信号分别与第一比较器、第二比较器的参考电平比较，得到比较分析结果；
S5：数字逻辑控制电路依据比较分析结果向差分放大器输出相应的数字控制信号，差分放大器响应于数字控制信号后进行二次增益适应性调整，直至缓冲器输出的霍尔电压信号幅值位于第一比较器、第二比较器的参考电平之间。
最后，缓冲器的输出信号与三角波信号进行比较，产生PWM调制信号。PWM信号用来控制芯片的全桥驱动级。
放大后的霍尔电压信号极性由磁条对应象限的磁场极性决定。而电机的磁条相邻象限磁场极性不同，当电机运转时，放大后的霍尔电压信号极性跟随电机磁条的转动依次翻转，因此通过检测放大后的电压信号极性可以判断电机磁条象限。当放大后的霍尔电压信号极性每发生一次翻转，数字逻辑电路模块的多路开关控制信号则控制选择开关，把信号切换到下一路寄存器。
通过如上的电路结构和时序控制来实现对电机磁条不同的象限分别进行增益自适应放大，以此来弥补磁条不同象限充磁不均匀带来的问题。
数字控制信号可以分为降低信号、保持信号、增加信号。当放大后的霍尔电压信号最大幅度大于第一比较器的参考电平1时，差分放大器响应于降低信号后增益降低1；当放大后的霍尔电压信号最大幅度小于第二比较强的参考电平2时，差分放大器响应于增加信号后增益增加1；当放大后的霍尔电压信号峰值介于参考电平1与参考电平2之间时，差分放大器响应于保持信号后增益维持不变。
需要说明的是，本申请的技术方案中的差分放大器、缓冲器、第一比较器、第二比较器，数字逻辑控制电路构成了一个反馈环路，该反馈环路会根据不同磁条象限的磁场强度，自动调整差分放大器的增益，当环路稳定后，缓冲器输出的放大后的霍尔电压信号峰值处于参考电平1和参考电平2之间，实现了增益的自适应调整。
工作原理：本发明对每个象限进行单独的增益自适应调整，使磁条每个象限对应的霍尔感应电压放大后的峰值相同，能保证电机运行时的电流波形的每个象限的峰值一致。
以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，包括霍尔薄片、差分放大器、缓冲器、第一比较器、第二比较器以及数字逻辑控制电路，其特征是，还包括磁条象限检测模块；
磁条象限检测模块，用于实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；
数字逻辑控制电路配置有多路控制开关以及多个相互独立的寄存器，多路控制开关设置于相应寄存器的支路；
多个寄存器分别储存电机磁条不同象限所对应的差分放大器的增益值，或储存不同大小的增益值；
多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新；
通过霍尔薄片感应电机磁条的磁场信号后产生霍尔电压信号，并将霍尔电压信号传输至增益可调的差分放大器；
实时检测电机磁条的象限信息，并依据象限信息生成相应的开关选择信号；
多路控制开关响应于开关选择信号后，控制相应寄存器连接后依据所储存的增益值对差分放大器的增益值进行更新；
差分放大器依据更新后的增益值对霍尔电压信号放大，得到放大后的霍尔电压信号；
将放大后的霍尔电压信号分别与第一比较器、第二比较器的参考电平比较，得到比较分析结果；
数字逻辑控制电路依据比较分析结果向差分放大器输出相应的数字控制信号，差分放大器响应于数字控制信号后进行二次增益适应性调整，直至缓冲器输出的霍尔电压信号幅值位于第一比较器、第二比较器的参考电平之间；
所述数字控制信号包括降低信号、保持信号、增加信号；
当放大后的霍尔电压信号最大幅度大于第一比较器的参考电平1时，差分放大器响应于降低信号后增益降低；
当放大后的霍尔电压信号最大幅度小于第二比较器的参考电平2时，差分放大器响应于增加信号后增益增加；
当放大后的霍尔电压信号峰值介于参考电平1与参考电平2之间时，差分放大器响应于保持信号后增益维持不变。
2.根据权利要求1所述的单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，其特征是，该系统还包括第三比较器；缓冲器的输出端与第三比较器的正输入端连接，第三比较器的负输入端输入三角波，第三比较器的输出端输出PWM调制信号。
3.根据权利要求1所述的单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，其特征是，所述电机磁条的象限信息检测过程具体为：
检测霍尔薄片传输至差分放大器中同相输入端、反相输入端的霍尔电压正负；
依据霍尔电压正负的分布情况分析得到电机磁条的象限信息，电机磁条至少包含四个象限。
4.根据权利要求1所述的单相正弦波直流无刷电机驱动芯片的增益控制系统，其特征是，所述寄存器与电机磁条的象限数一一对应设置，并以电机磁条的象限数为周期依次从各个寄存器中读取信号赋予差分放大器。
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