CN203326939U

CN203326939U - 无位置检测电路

Info

Publication number: CN203326939U
Application number: CN2013204535707U
Authority: CN
Inventors: 苏智胜; 许强
Original assignee: HUBEI LIRUI ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Current assignee: HUBEI LIRUI ELECTROMECHANICAL CO Ltd
Priority date: 2013-07-27
Filing date: 2013-07-27
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-07-27

Abstract

本实用新型涉及一种无位置检测电路，包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线电压Vbus进行分压的第二分压电路；所述电阻R1、R2、R3分别与电机三相绕组中的一相连接，所述电阻R5一端与所述电阻R1、R2、R3连接，所述电阻R5另一端接地；所述电阻R4一端与母线电压Vbus连接，所述电阻R4另一端与电阻R6连接，所述电阻R6接地；通过所述电阻R1、R2、R3和电阻R5之间的一个点n与所述电阻R4和电阻R6之间的一个点b进行比较，以得到反电势过零点。本实用新型的无位置检测电路，简化了实现电路，降低了无位置检测部分的成本，并且更加易于程序实现。

Description

无位置检测电路

技术领域

本实用新型涉及一种无位置检测电路，其适用于方波反电势和正弦波反电势的永磁直流无刷电机，具体涉及一种新的检测配合该检测电路。

背景技术

无位置检测技术使得永磁直流无刷电机在不易安装位置传感器和对成本比较敏感且对运行要求不高的一些场合的场合，如风机泵类控制器及飞机、车用航模控制器等领域，得到了较为广泛的应用。现在大多数永磁直流无刷电机都采用两相通电的方法控制，在这种控制方式下可以通过检测反电势过零点来实现无位置检测，即检测虚拟的中心点和不通电相反电势来得到有效的过零信号，由于两个过零信号间的时间为电机运行60度电角度时间T60，所以检测到过零信号后延时T60的一半就可得到正确的换向时间。图1为其实现电路，图中电阻R1、R2、R3和R7分压实现虚构中心点，电阻R4/R10、R5/R9、R6/R8为电机UVW三相分压电阻，其中需保证R1-R6相等，R8-R10相等，且R8=3R7，具体电阻的取值同母线电压有关。程序运行时通过比较器或AD采样，来比较不通电相反电势的分压u（v或w）同虚拟中点n的大小来得到过零信号延时控制电机换向。

在某个时刻，任意一相都有可能是不通电相，所以这种过零检测方法在电路上需要检测UVW这3相相电压信号取其中不通电相来使用，这样就导致会需要对UVW这3相相电压都进行分压，并且使用到3路比较器或AD资源来比较相电压和虚拟中心点的大小，而实际上任一时刻其中只有一路电路（包含分压电路和比较器或AD）在起作用，这就造成了电路资源的浪费，提高了实现无位置检测的成本。

实用新型内容

针对现有技术上存在的不足，本实用新型提供一种降低了无位置检测成本的无位置检测电路。

为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现：

一种无位置检测电路，其特征在于，包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线进行分压的第二分压电路；

所述电阻R1、R2、R3分别与电机三相绕组中的一相连接，所述电阻R5一端与所述电阻R1、R2、R3连接，所述电阻R5另一端接地；

所述电阻R4一端与母线连接，所述电阻R4另一端与电阻R6连接，所述电阻R6接地；

通过所述电阻R1、R2、R3和电阻R5之间的一个点n与所述电阻R4和电阻R6之间的一个点b进行比较，以得到反电势过零点。

为了更好的实现上述的实用新型内容，本实用新型还可做出以下进一步改进：

根据本实用新型的一个实施例，所述电阻R1、R2、R3的阻值相等。

根据本实用新型的一个实施例，所述电阻R4与电阻R1的阻值相等。

根据本实用新型的一个实施例，所述电阻R6与电阻R5的阻值关系为：3R6=2R5。

根据本实用新型的一个实施例，所述n点与b点之间的电压通过比较器或者AD进行检测。

本实用新型还可以是：

设计一个包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线进行分压的第二分压电路；

使所述电阻R1、R2、R3分别与电机三相绕组中的一相连接，所述电阻R5一端与所述电阻R1、R2、R3连接，所述电阻R5另一端接地；以及所述电阻R4一端与母线连接，所述电阻R4另一端与电阻R6连接，所述电阻R6接地；

根据本实用新型的一个实施例，所述电阻R6与电阻R5的阻值关系为：3R6=2R5；n点电压为

b点电压为期中，Uu，Uv，Uw为电机三相绕组端电压，

当R5<<R1时近似的有

根据本实用新型的一个实施例，所述n点与b点之间的电压通过比较器或者AD进行检测；在PWM开通区间，比较n点电压和b点电压即可得到反电势过零点，延时控制电机换向；在PWM关断区间，比较n点电压和“0”电位的大小即可得到反电势的过零点延时控制电机换向。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

本实用新型的无位置检测电路，与传统的检测电路相比大大简化了实现电路，降低了无位置检测部分的成本，并且更加易于程序实现。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本实用新型；

图1为现有技术的反电势过零检测实现电路。

图2a为无位置检测电路的一个分压电路。

图2b为无位置检测电路的另一个分压电路。

图3为PWM配置模式示意图。

图4为无位置检测方法的实现流程图。

具体实施方式

为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式，进一步阐述本实用新型。

本实用新型的一个实施例涉及一种无位置检测电路其适用于方波反电势和正弦波反电势的永磁直流无刷电机，其包含一种新的检测电路和配合该检测电路的检测方法即可在PWM开通检测又可在PWM关断时检测，与传统的检测方法相比这种检测方法大大简化了实现电路，降低了无位置检测部分的成本，并且更加易于程序实现。

永磁直流无刷电机的电压方程为：

[\begin{matrix} u_{u} \\ u_{v} \\ u_{w} \end{matrix}] = [\begin{matrix} R & 0 & 0 \\ 0 & R & 0 \\ 0 & 0 & R \end{matrix}] \cdot [\begin{matrix} i_{u} \\ i_{v} \\ i_{w} \end{matrix}] + [\begin{matrix} L & 0 & 0 \\ 0 & L & 0 \\ 0 & 0 & L \end{matrix}] P [\begin{matrix} i_{u} \\ i_{v} \\ i_{w} \end{matrix}] + [\begin{matrix} e_{u} \\ e_{v} \\ e_{w} \end{matrix}] + [\begin{matrix} u_{n} \\ u_{n} \\ u_{n} \end{matrix}]

1式

由于i_u+i_v+i_w＝0有：u_u+u_v+u_w＝e_u+e_v+e_w+3u_n 2式

假设此时U相不通电则：

u_u＝e_u+u_n 3式

1、对于反电势为方波的永磁直流无刷电机有：

e_v+e_w＝0 4式

结合2、3、4式得：

e_{u} = \frac{3}{2} (u_{u} - \frac{u_{u} + u_{v} + u_{w}}{3})

5式

2、对于反电势为正弦波永磁直流无刷电机有：

e_u+e_v+e_w＝0 6式

结合2、3、6式得：

e_{u} = u_{u} - \frac{u_{u} + u_{v} + u_{w}}{3}

7式

在PWM关断时

u_{u} = \frac{u_{v} + u_{w}}{2} = 0,

而在PWM开通时

u_{u} = \frac{u_{v} + u_{w}}{2} = \frac{V_{Bus}}{2} .

通过5式和7式可以看出，在PWM关断时比较

和0的大小，PWM开通时比较和

的大小就可以得到不通电相U相反电势e_u过零点，从而得到换向信息，这种检测方法对于方波反电势和正弦波反电势的永磁直流无刷电机都成立，只是反电势e_u不在过零点时幅值会有所不同。同理该方法对于V和W相不通电时同样成立。

图2a为无位置检测电路的一个分压电路；图2b为无位置检测电路的另一个分压电路。其实现电路如如图2a、图2b所示，一种无位置检测电路，包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线电压Vbus进行分压的第二分压电路；

所述电阻R4一端与母线电压Vbus连接，所述电阻R4另一端与电阻R6连接，所述电阻R6接地；

所述电阻R1、R2、R3的阻值相等。

所述电阻R4与电阻R1的阻值相等。

所述电阻R6与电阻R5的阻值关系为：3R6=2R5。

所述n点与b点之间的电压通过比较器或者AD进行检测。

继续参见图2a、图2b，一种无位置检测电路的实现方法，设计一个包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线电压Vbus进行分压的第二分压电路；

使所述电阻R1、R2、R3分别与电机三相绕组中的一相连接，所述电阻R5一端与所述电阻R1、R2、R3连接，所述电阻R5另一端接地；以及所述电阻R4一端与母线电压Vbus连接，所述电阻R4另一端与电阻R6连接，所述电阻R6接地；

电阻R1、R2、R3和R5的构成分压网络其中R1=R2=R3，R4和R6的分压网络实现对母线电压Vbus的分压。当满足R4=R1且3R6=2R5时，n点电压为

b点电压为

在PWM开通区间，比较n点电压和b点电压即可得到反电势过零点，延时控制电机换向；在PWM关断区间，比较n点电压和“0”电位的大小即可得到反电势的过零点延时控制电机换向。这种无位置检测方法于原方法相比减少了4个检测电阻，并只需要1路比较器或2路AD资源，如果只做PWM关断检测也可以只需1路AD即可实现过零检测，大大的简化了电路，降低了实现成本，并且易于实现。

无位置检测电路的实现：

对于PWM关断检测，参见图2a、图2b中检测电路的R1、R2、R3和R5构成分压电路即可实现无位置检测。电路中R1=R2=R3，n点电压为

\frac{u_{u} + u_{v} + u_{w}}{3 K},

其中

K = \frac{R 5}{3 (R 1 + R 5)}

当R5<<R1时近似的有

K = \frac{R 5}{3 R 1},

Uu，Uv，Uw为电机三相绕组端电压。对于方波反电势和正弦波反电势的永磁直流无刷电机，由5式和7式（实施例1中）可知比较n点电压和“0”电压的大小即可得到反电势过零点，这两点电压的比较可以通过比较器或AD采样实现。这里尽管n点可能会出现负电压，但整个电路没有负电源，而且这个负电压被分压了很多倍，故可以认为n点电压出现从正到零或从零到正时为反电势过零点。

对于PWM开通检测，图2a、图2b中检测电路的R1、R2、R3和R5构成分压电路其中R1=R2=R3，则n点电压为

其中

当R5<<R1时近似的有

R4和R6构成分压电路其中R4=R1且3R6=2R5，则b点电压近似为

对于方波反电势和正弦波反电势的永磁直流无刷电机，由5式和7式（实施例1中）可知比较n点电压和b电压的大小即可得到反电势过零点，这两点电压的比较可以通过比较器或AD采样实现，如图3所示。

综上所述，该检测方法如果对于开通关断都检测则需要电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6及两路比较器或两路AD实现无位置检测；对于只是基于PWM关断检测那么只需要电阻R1、R2、R3和R5及一路比较器或AD即可实现无位置检测；对于只是基于PWM开通检测那么则需要电阻R1、R2、R3、R4、R5和R6及一路比较器或AD即可实现无位置检测。无论采用上述哪一种检测方式该检测方法都比传统的方法要更加节省电路器件，实施起来也更加简单。

无位置检测算法的实现

由于在低速时反电势信号不够强，不足以用来做信号检测，所以开始先需要定位拖动使电机运行在一定转速条件下再进行反电势检测。首先固定两相通电锁定电机转子到一个确定的位置，再按一定相序和加速时间，轮流的对开关管进行开通和关断，实现转子不断加速，只到转子转速达到预定速度或者检测到一定数目的有效过零点为止。

设置PWM计数器为往返计数模式，当计数值等于设置值时PWM输出翻转，如图3所示。这里配置PWM在计数器为0时产生中断对应关断检测方式；为最大计数值时产生中断对应开通检测方式；为0和最大值都产生中断对应关断开通检测方式。

当产生PWM中断时，读入斩波相IO口状态即可知是PWM关断区间还是开通区间产生的中断。为关断区间中断时，通过比较器或AD比较n点电压与“0”电压的大小并记录当前保存大小状态Flag。当出现前一时刻为“大”（PreFlag=1）当前时刻为“小”（Flag=0）或前一时刻为“小”（PreFlag=0）当前时刻为“大”（Flag=1）时，说明发生了反电势过零事件。通过记录两个过零事件的时间间隔得到运行60度电角度的时间T60，在产生过零事件后延时T60/2时间换向运行即可；为开通区间中断时，通过比较器或AD比较n点电压与b电压的大小并记录保存当前大小状态Flag。当出现前一时刻为“大”（PreFlag=1）当前时刻为“小”（Flag=0）或前一时刻为“小”（PreFlag=0）当前时刻为“大”（Flag=1）时，说明发生了反电势过零事件。通过记录两个过零事件的时间间隔得到运行60度电角度的时间T60，在产生过零事件后延时T60/2时间换向运行即可。

图4为无位置检测方法的实现流程图。

配合上述电路提出了一种检测方法，该方法不需知道当前导通相序，在PWM中断中通过读入斩波IO确定是关断时刻或是开通时刻，关断时刻比较u点和“0”点电压，开通时刻比较u点和b点电压，如当前比较状态和上一比较状态的不同，则判断为反电势过零点。记录两次过零点时间间隔，延时控制电机换向运行。

以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims

1.一种无位置检测电路，其特征在于，包括电阻R1、R2、R3、R5构成的第一分压电路，以及电阻R4、R6构成的实现对母线进行分压的第二分压电路；

2.根据权利要求1所述的无位置检测电路，其特征在于，所述电阻R1、R2、R3的阻值相等。

3.根据权利要求2所述的无位置检测电路，其特征在于，所述电阻R4与电阻R1的阻值相等。

4.根据权利要求3所述的无位置检测电路，其特征在于，所述电阻R6与电阻R5的阻值关系为：3R6=2R5。

5.根据权利要求1至4任意一项所述的无位置检测电路，其特征在于，所述n点与b点之间的电压通过比较器或者AD进行检测。