CN203554345U - 无刷直流电机恒相移换相信号检测器 - Google Patents

Abstract

无刷直流电机恒相移换相信号检测器，包括三个分压滤波电路(1)、三个相移补偿电路(2)、模拟中心点电压电路(3)和三个电压比较器(4)；本实用新型采用了不随电机转速变化的恒30⁰相移滤波电路，无需软件补偿，在整个高转速比的范围内都能保持输出准确换相信号，该换相信号与霍尔传感器输出的换相信号完全一致，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配套的低廉控制IC，电路结构简单，成本低廉，可替代霍尔传感器广泛应用在家电、计算机外设和电动车用等无刷直流电机上。

Description

无刷直流电机恒相移换相信号检测器

技术领域

一种无刷直流电机恒相移换相信号检测器，属于无刷直流电机控制领域，特别是一种针对无刷直流电机无机械位置传感器的转子位置检测器。 

背景技术

目前无刷直流电机转子位置的检测方法主要分为有机械位置传感器和无机械位置传感器两种。有机械位置传感器是通过在无刷直流电机定子上安装三个霍尔传感器来检测转子在运转过程中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，为控制IC提供正确的换相信号，以控制逆变器的功率器件的导通与关断，使电机电枢绕组中的电流随着转子位置的变化而换相，在空间形成步进式的旋转磁场，驱动转子连续不断地旋转。该方法的不足是：因采用三个单价较高的外置式霍尔传感器，增大了电机体积，而且不能适应高温、高湿、污浊空气等恶劣环境，特别是一旦霍尔元件损坏，需更换整个定子，维修成本较高。另一种无机械位置传感器最简单、最成熟的方法是反电势过零点检测法。具体检测方法是：通过电阻分压电路检测电机端电压信号，然后采用低通滤波器，滤除端电压中PWM斩波信号，并移相30°，最后经过与采用三相对称星形电阻网络构成电机模拟中性点的电压相比较，获得换相信号。该方法的不足是：端电压通过低通滤波器后的相移角度并非恒定在30°，而是随着电机转速的变化而变化，使得换相信号的相位也在不断变化，导致换相不准确，严重时换相会失败，该方法仅能应用于低转速比或固定转速的无刷直流电机上，当需要应用在高转速比的无刷直流电机上时，控制芯片必须要采用软件程序对相移角度进行补偿校正，以实现30°的恒定相移，这种方法虽可避免换相不准的问题，但检测算法很复杂，占用控制芯片的时间过长，需采用高速控制芯片，不能直接使用与霍尔传感器相配套的低廉控制IC，导致生产制造成本的增加。 

发明内容

针对以上现有技术存在的缺点，本实用新型提出一种电路简单，成本低廉，恒30°相移滤波，无需软件补偿，在整个高转速比的范围内都能保持输出准确换相信号，该换相信号与霍尔传感器输出的换相信号完全一致，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配套的低廉控制IC的无机械位置传感器换相信号检测器。 

本实用新型解决其技术问题所采用的方案是：包括三个分压滤波电路(1)、三个相移补偿电路(2)、模拟中心点电压电路(3)和三个电压比较器(4)；其特征在于：三个分压滤波电路(1)分别与电机的三相绕组端a、b、c连接，三个相移补偿电路(2)分别与三个分压滤波电路(1)连接，模拟中心点电压电路 (3)与三个相移补偿电路(2)连接，三个电压比较器(4)分别与三个相移补偿电路(2)和模拟中心点电压电路(3)连接。 

所述的三个分压滤波电路(1)分别由两个电阻R1、R2和电容C1构成，其电阻R1的左端作为输入端分别与无刷直流电机的三相绕组端a、b、c连接，电阻R2的下端、电容C1的下端汇接接地，电阻R1的右端、电阻R2的上端、电容C1的上端汇接。 

所述的三个相移补偿电路(2)分别由两个电阻R3、R4和三极管T构成，电阻R3的上端分别与三个分压滤波电路(1)中的R2上端连接，电阻R3的下端与三极管T的集电极连接，电阻R4的右端与三极管T的基极连接，电阻R4的左端与反映电机速度的PWM信号连接，三极管T的发射极与地连接。 

所述的模拟中心点电压电路(3)由三个电阻R5、R6、R7构成，电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端分别与三个相移补偿电路(2)电阻R3的上端连接，电阻R5、电阻R6、电阻R7的下端汇接。 

所述的三个电压比较器(4)的正输入端分别与模拟中心点电压电路(3)中的电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端连接，三个电压比较器(4)的负输入端与电阻R5的下端连接。 

本实用新型与背景技术相比，由于采用了随电机转速变化的相移补偿电路，使得不论电机运行在何种速度，送到比较器正端的电压与对应的电机绕组端电压相比是一个恒定30°相移的信号，比较器输出的信号与采用霍尔传感器输出的信号完全一致，在无刷直流电机高转速比的范围内，无需利用软件进行相移补偿，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配套的低廉IC，电路结构简单，成本低廉，可替代霍尔传感器广泛应用在家电、计算机外设和电动车用等无刷直流电机上。 

附图说明

图1为本实用新型的电路原理图。 

图2为本实用新型图1中a、b、c、a′、b′、c′端电压信号以及换相信号H1、H2、H3的波形图。 

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步的说明。 

如图1所示，本实用新型包括三个分压滤波电路、三个相移补偿电路、模拟中心点电压电路和三个电压比较器；其中每个分压滤波电路分别由两个电阻R1、R2和电容C1构成，其电阻R1的左端作为输入端分别与无刷直流电机的三相绕组端a、b、c连接，电阻R2的下端、电容C1的下端汇接接地，电阻R1的右端、电阻R2的上端、电容C1的上端汇接；每个相移补偿电路分别由两个电阻R3、R4和三极管T构成，电阻R3的上端分别与每个分压滤波电路中的R2上端连接，电阻R3的下端与三极管T的集电极连接，电阻R4的右端与三极管T的基极连接，电阻R4的左端与反映电机速度的PWM信号连接，三极管T的发射 极与地连接；模拟中心点电压电路由三个电阻R5、R6、R7构成，电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端分别与每个相移补偿电路电阻R3的上端连接，电阻R5、电阻R6、电阻R7的下端汇接；每个电压比较器的正输入端分别与模拟中心点电压电路中的电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端连接，每个电压比较器的负输入端与电阻R5的下端连接。 

如图2所示，本实用新型的工作过程是： 

含有大量PWM调制波的电机三相端电压Va、Vb、Vc经三个分压滤波电路和相移补偿电路后得到幅度减小的平滑端电压Vao、Vbo、Vco，滤波前后每一相端电压的相移角度φ为： 

$\mathrm{\φ}=\arctan \frac{\mathrm{\π}\×P\×R1\×R2\×R3\×C1\×D}{30(R1\×R2+R1\×R3+D\×R2\×R3)}n$

式中P为电机极对数，n为电机运行的速度，D为反映电机速度的PWM信号的占空比。 

只要设计 $D=\frac{10\sqrt{3}\×R1\×(R2+R3)}{\mathrm{\π}\×P\×R1\×R2\×R3\×C1\×n-10\sqrt{3}\×R2\×R3},$ 就可以确保滤波前后，端电压过零点的相移角度恒为30°，不随电机速度的变化而变化。 

恒为30°相移的三相端电压一方面分别送到对应的比较器正端，另一方面经模拟中心点电压电路产生参考电平分别送到对应比较器的负端，经比较器比较后输出三个换相信号H1、H2、H3。 

Claims (6)

1.无刷直流电机恒相移换相信号检测器，包括三个分压滤波电路(1)、三个相移补偿电路(2)、模拟中心点电压电路(3)和三个电压比较器(4)；其特征在于：三个分压滤波电路(1)分别与电机的三相绕组端a、b、c连接，三个相移补偿电路(2)分别与三个分压滤波电路(1)连接，模拟中心点电压电路(3)与三个相移补偿电路(2)连接，三个电压比较器(4)分别与三个相移补偿电路(2)和模拟中心点电压电路(3)连接。 

2.根据权利要求1所述的无刷直流电机恒相移换相信号检测器，其特征在于，每个分压滤波电路分别由两个电阻R1、R2和电容C1构成，其电阻R1的左端作为输入端分别与无刷直流电机的三相绕组端a、b、c连接，电阻R2的下端、电容C1的下端汇接接地，电阻R1的右端、电阻R2的上端、电容C1的上端汇接。 

3.根据权利要求1所述的无刷直流电机恒相移换相信号检测器，其特征在于，每个相移补偿电路分别由两个电阻R3、R4和三极管T构成，电阻R3的上端分别与每个分压滤波电路中的电阻R2上端连接，电阻R3的下端与三极管T的集电极连接，电阻R4的右端与三极管T的基极连接，电阻R4的左端与反映电机速度的PWM信号连接，三极管T的发射极与地连接。 

4.根据权利要求1所述的无刷直流电机恒相移换相信号检测器，其特征在于，模拟中心点电压电路由三个电阻R5、R6、R7构成，电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端分别与每个相移补偿电路电阻R3的上端连接，电阻R5、电阻R6、电阻R7的下端汇接。 

5.根据权利要求1所述的无刷直流电机恒相移换相信号检测器，其特征在于，每个电压比较器的正输入端分别与模拟中心点电压电路中的电阻R5、电阻R6、电阻R7的上端连接，每个电压比较器的负输入端与电阻R5的下端连接。 

6.根据权利要求1所述的无刷直流电机恒相移换相信号检测器，其特征在于，送到每个相移补偿电路中电阻R4左端的PWM信号占空比D与电机转速的关系满足 

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