CN201307843Y - 无传感无刷直流电机的换相点检测电路 - Google Patents

无传感无刷直流电机的换相点检测电路 Download PDF

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Abstract

本专利涉及一种无传感无刷直流电机的换相点检测电路，包括执行检测算法的单片机，反电动势检测电路，电机驱动电压检测电路。将电机驱动过程分为启动过程和运行过程。所述启动过程为，所述单片机的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为高阻态，在PWM控制信号截至阶段，检测所述电机浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF＝0时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。所述运行过程为，所述单片机的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为低电平的输出状态，在PWM控制信号导通阶段，检测所述电机浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF等于电机驱动电压VDC的1/2时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。本专利的实施可以实现重大改进，首先增强启动力矩，其次降低运行过程中的功率损耗，降低温升，同时具有电路结构简单，成本低的优点。

Description

无传感无刷直流电机的换相点检测电路
技术领域
本实用新型属于无刷直流电机的无传感驱动技术。
背景技术
无刷直流电机的转速控制是通过PWM控制信号的占空比来调节驱动电压，并根据转子的位置来切换电机的电源来实现的。由于无刷直流电机的转子位置与反电动势有确定的对应关系，因此如果通过检测电机反电动势来确定无刷直流电机的转子位置，就无需转子位置感应元件了。但是反电动势不能直接检测，只能通过检测相电压间接获得。通常，在PWM的导通阶段，进行检测，比如A、B相通电，检测C相电压，当C相电压等于驱动电压的1/2时，确定为反电动势的过零点，然后延迟30度电角度为换相点。这种方式，可以实现高速低力矩情况下的正常控制。但是在启动阶段，力矩很大，电机绕组的退磁电流很大，往往会使反电动势检测失败，电机停转。
针对这种情况，ST公司提出，在PWM的关断阶段，比如A相断开，B相与地导通，检测C相电压，此时的电压为反电动势，当C相电压为零时，确定为反电动势的过零点，然后延迟30度电角度为换相点。这种技术方案必须保证PWM控制信号存在关断状态，因此PWM信号不能达到100％的占空比，那么开关管处于不断的开关状态，导致工作效率低，发热严重的后果。
发明内容
本发明目的是为了解决上述问题，将无刷直流电机的工作过程分为启动过程和运行过程，分别采用两种不同的技术方案进行处理，并巧妙地将两种方案的硬件电路有效结合起来。
本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：
无传感无刷直流电机的换相点检测电路，包括执行检测算法的单片机1，反电动势检测电路，电机驱动电压检测电路。所述的反电动势检测电路包括，将电机2的A相连接至所述单片机1的模数转换端口AD0的电阻R1，并将所述模数转换端口AD0进行电压嵌位的二极管D1和二极管D4，以及连接在所述模数转换端口AD0和所述单片机1的输入输出端口IO0之间的电阻R4；
还包括，将电机2的B相连接至所述单片机1的模数转换端口AD1的电阻R2，并将所述模数转换端口AD1进行电压嵌位的二极管D2和二极管D5，以及连接在所述模数转换端口AD1和所述单片机1的输入输出端口IO1之间的电阻R5；还包括，将电机2的C相连接至所述单片机1的模数转换端口AD2的电阻R3，并将所述模数转换端口AD2进行电压嵌位的二极管D3和二极管D6，
还包括，将电机2的C相连接至所述单片机1的模数转换端口AD2的电阻R3，并将所述模数转换端口AD2进行电压嵌位的二极管D3和二极管D6，以及连接在所述模数转换端口AD2和所述单片机1的输入输出端口IO2之间的电阻R6；
所述电机驱动电压检测电路，包括分压的电阻R7，电阻R8和滤波电容C4。
所述反电动势检测电路，分压系数R4/(R1+R4)＝R5/(R2+R5)＝R6/(R3+R6)，并且与所述驱动电压检测电路的分压系数R8/(R7+R8)相同；
所述电机2的工作过程分为启动过程4和运行过程5。
所述电机2的启动过程4为，所述单片机1的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为高阻态，在PWM控制信号的关断阶段，检测所述电机2浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF＝＝0时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。
所述电机2的运行过程5为，所述单片机1的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为低电平的输出状态，在PWM控制信号的导通阶段，检测所述电机2浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF等于电机驱动电压VDC的1/2时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。
本实用新型的有益效果主要表现在：1、电路结构简单，成本低；2、启动力矩大，平稳不易抖动；3、运行过程中，功率损耗低，温升小。
附图说明
图1是无传感无刷直流电机的换相点检测电路的原理图；
图2是无传感无刷直流电机的工作流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本实用新型作进一步描述。
参照图1，图2，无传感无刷直流电机的换相点检测电路，包括执行检测算法的单片机1，反电动势检测电路，电机驱动电压检测电路.
所述的反电动势检测电路包括，将电机2的A相连接至所述单片机1的模数转换端口AD0的电阻R1，并将所述模数转换端口AD0进行电压嵌位的二极管D1和二极管D4，以及连接在所述模数转换端口AD0和所述单片机1的输入输出端口IO0之间的电阻R4。二极管D1的阳极接模数转换端口AD0，阴极接单片机1的电源，将此处电压的最大值控制在单片机1的电源电压加上0.3V的范围；二极管D4的阴极接模数转换端口AD0，阳极接地，将此处电压的最小值控制在单片机1的地电压减去0.3V的范围。
在所述电机2的运行过程5中，所述单片机1设置输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为低电平的输出状态，此时各相反电动势经过电阻分压以后输入到模数转换端口。在PWM控制信号导通阶段，检测所述电机2浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF等于电机驱动电压VDC的1/2时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。因此所述运行过程5能够以100％占空比的PWM控制信号进行工作，具有效率高，发热量小的有点。
还包括，将电机2的B相连接至所述单片机1的模数转换端口AD1的电阻R2，并将所述模数转换端口AD1进行电压嵌位的二极管D2和二极管D5，以及连接在所述模数转换端口AD1和所述单片机1的输入输出端口IO1之间的电阻R5。二极管D2的阳极接模数转换端口AD1，阴极接单片机1的电源，将此处电压的最大值控制在单片机1的电源电压加上0.3V的范围；二极管D5的阴极接模数转换端口AD1，阳极接地，将此处电压的最小值控制在单片机1的地电压减去0.3V的范围。
还包括，将电机2的C相连接至所述单片机1的模数转换端口AD2的电阻R3，并将所述模数转换端口AD2进行电压嵌位的二极管D3和二极管D6，以及连接在所述模数转换端口AD2和所述单片机1的输入输出端口IO2之间的电阻R6。二极管D3的阳极接模数转换端口AD2，阴极接单片机1的电源，将此处电压的最大值控制在单片机1的电源电压加上0.3V的范围；二极管D6的阴极接模数转换端口AD2，阳极接地，将此处电压的最小值控制在单片机1的地电压减去0.3V的范围。
所述电机驱动电压检测电路包括，电阻R7一端连接电机驱动电压VDC，另一端连接单片机1的模数转换端口AD3和电阻R8，电阻R8另一端连接地，滤波电容C4与电阻R8并联。
所述反电动势检测电路，分压系数R4/(R1+R4)＝R5/(R2+R5)＝R6/(R3+R6)，并且与所述驱动电压检测电路的分压系数R8/(R7+R8)相同。这四组分压电阻将电机驱动电压VDC和反电动势VBEMF按照相同的比例转换到单片机1的电源电压范围，并进行模数转换。
所述电机2的工作过程分为启动过程4和运行过程5。所述电机2启动以后，进入启动过程4；启动以后，转速不断增加，当转速超过规定值以后，进入运行过程5。
在所述电机2的启动过程4中，所述单片机1设置输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为高阻态，电机2的各相反电动势VBEMF通过电阻R1，电阻R2，或者电阻R3直接输入到单片机1的模数转换端口。PWM控制信号的关断阶段，检测所述电机2浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF＝0时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。比如，PWM控制信号导通阶段，A相连接电机驱动电压VDC，B相接地，C相浮空；PWM控制信号进入关断阶段后，A相浮空，B相仍然接地，此时C相电压正好为VBEMF，而反电动势没有经过分压，检测精度高，并且这样的连接方式加快了电机绕组的退磁过程。因此所述启动过程4具有启动力矩大的优势，但是开关管一直处于频繁的开关状态，效率低，发热严重。
在所述电机2的运行过程5中，所述单片机1设置输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为低电平的输出状态，此时各相反电动势经过电阻分压以后输入到模数转换端口。在PWM控制信号导通阶段，检测所述电机2浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF等于电机驱动电压VDC的1/2时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。因此所述运行过程5能够以100％占空比的PWM控制信号进行工作，具有效率高，发热量小的有点。

Claims (5)

  1. 【权利要求1】无传感无刷直流电机的换相点检测电路，包括执行检测算法的单片机(1)，反电动势检测电路，电机驱动电压检测电路，其特征在于：所述的反电动势检测电路包括，将电机(2)的A相连接至所述单片机(1)的模数转换端口AD0的电阻R1，并将所述模数转换端口AD0进行电压嵌位的二极管D1和二极管D4，以及连接在所述模数转换端口AD0和所述单片机(1)的输入输出端口IO0之间的电阻R4；
    还包括，将所述电机(2)的B相连接至所述单片机(1)的模数转换端口AD1的电阻R2，并将所述模数转换端口AD1进行电压嵌位的二极管D2和二极管D5，以及连接在所述模数转换端口AD1和所述单片机(1)的输入输出端口IO1之间的电阻R5；
    还包括，将所述电机(2)的C相连接至所述单片机(1)的模数转换端口AD2的电阻R3，并将所述模数转换端口AD2进行电压嵌位的二极管D3和二极管D6，以及连接在所述模数转换端口AD2和所述单片机(1)的输入输出端口IO2之间的电阻R6；
    所述电机驱动电压检测电路包括，分压的电阻R7，电阻R8和滤波电容C4。
  2. 【权利要求2】如权利要求1所述的无传感直流无刷电机的换相点检测电路，其特征在于：所述反电动势检测电路，分压系数R4/(R1+R4)＝R5/(R2+R5)＝R6/(R3+R6)，并且与所述驱动电压检测电路的分压比R8/(R7+R8)相同。
  3. 【权利要求3】如权利要求1所述的无传感直流无刷电机的换相点检测电路，其特征在于：所述电机(2)的工作过程分为启动过程(4)和运行过程(5)。
  4. 【权利要求4】如权利要求3所述的无传感直流无刷电机的换相点检测电路，其特征在于：所述启动过程(4)为，所述单片机(1)的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为高阻态，在PWM控制信号的关断阶段，检测电机(2)浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF＝0时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。
  5. 【权利要求5】如权利要求3所述的无传感直流无刷电机的换相点检测电路，其特征在于：所述运行过程(5)为，所述单片机(1)的输入输出端口IO0，输入输出端口IO1，输入输出端口IO2为低电平的输出状态，在PWM控制信号的导通阶段，检测所述电机(2)浮空相的反电动势VBEMF，当VBEMF等于电机驱动电压VDC的1/2时，确定为过零点，延迟30度电角度以后为换相点。
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