CN205123636U - 一种无刷电机无位置传感器控制装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种无刷电机无位置传感器控制装置，该装置包括：检测单元、确定单元、控制单元和驱动单元；检测单元的输出端与确定单元的输入端相连接；确定单元的输出端与控制单元的输入端相连接；控制单元的输出端与驱动单元的输入端相连接；检测单元，用于关闭第一相线圈的第一驱动电压，在检测时间内，检测第一相线圈的反电动势；确定单元，用于根据反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期；控制单元，用于根据参考相位及周期，确定脉冲宽度调制信号；驱动单元，用于根据脉冲宽度调制信号，确定为无刷电机提供第二驱动电压，第二驱动电压用于驱动无刷电机。本实用新型有效的降低了成本、减小了实现难度和提高了系统的性能及可靠性。
Description
技术领域
本实用新型涉及电机控制领域，尤其涉及一种无刷电机无位置传感器控制装置。
背景技术
无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。
无刷电机通常使用一个或多个位置传感器来检测电机转子的位置，据此向电机各相线圈施加驱动电压，推动电机旋转起来。位置传感器带来的安装空间、安装误差、高温失效等问题限制了有位置传感器方案在诸如抽油烟机等领域的应用，并且增加了系统成本。通过相电流、电压等参数检测及滑模、状态观测器等无位置传感器算法，可以实现无位置传感器的电机控制，不过这类算法对控制装置的软硬件要求很高，对电机参数较为敏感，且一般成本较高。
发明内容
本实用新型的目的是为了解决现有技术存在的上述不足，提供一种通过反电动势检测实现无位置传感器的正弦波控制的装置。
为实现上述目的，本实用新型本实用新型提供了一种无刷电机无位置传感器控制装置，该装置包括：检测单元、确定单元、控制单元和驱动单元；其中，检测单元的输出端与确定单元的输入端相连接；确定单元的输出端与控制单元的输入端相连接；控制单元的输出端与驱动单元的输入端相连接；
检测单元，用于关闭第一相线圈的第一驱动电压，在检测时间内，检测第一相线圈的反电动势；
确定单元，用于根据反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期；
控制单元，用于根据参考相位及周期，确定脉冲宽度调制信号；
驱动单元，用于根据脉冲宽度调制信号，确定为无刷电机提供第二驱动电压，第二驱动电压用于驱动无刷电机。
优选地，检测时间包括：消隐时间和反电动势检测时间；
消隐时间为第一驱动电压关闭后第一相线圈的相电流降为零所需的时间；
反电动势检测时间为第一相线圈的相电流降为零后检测第一相线圈的反电动势所需的时间。
优选地，确定单元，用于根据反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期，包括：
当反电动势过零发生在反电动势检测时间内，则以反电动势的过零时刻作为第二驱动电压的参考相位，并且保持第二驱动电压的周期不变；或，
当反电动势过零发生在反电动势检测之前，则以发现反电动势过零已发生的时刻作为参考相位，并减小第二驱动电压的周期；或，
当反电动势检测时间之前和反电动势检测时间内均未发生反电动势过零，则延长检测时间直至检测到反电动势过零，以过零时刻作为参考相位，并增大第二驱动电压的周期。
优选地，控制单元包括：占空比控制单元、调制函数产生电路、三角波产生电路、脉冲宽度调制信号生成单元和相位调整单元；其中，占空比控制单元的输出端与调制函数产生电路的输入端相连接；调制函数产生电路的输出端和三角载波产生电路的输出端分别与脉冲宽度信号生成单元的两个输入端相连接；脉冲宽度信号生成单元的输出端与相位调整单元的输入端相连接；
占空比控制单元，用于产生脉冲宽度调制信号占空比的控制信号；
调制函数产生电路，用于通过正弦波调制算法及占空比的控制信号产生正弦波调制函数；
三角载波产生电路，用于产生固定频率的三角载波；
脉冲宽度调制信号生成单元，用于利用三角载波调制正弦波调制函数产生第一脉冲宽度调制信号，第二驱动电压的参考相位作为第一脉冲宽度调制信号的初始相位，第二驱动电压的周期作为第一脉冲宽度调制信号的周期；
相位调整单元，用于调整第一脉冲宽度调制信号的相位，输出第二脉冲宽度调制信号。
优选地，反电动势过零包括反电动势由正变负的过零和/或由负变正的过零。
本实用新型通过反电动势检测，根据反电动势检测的结果确定下一次向电机各相线圈施加驱动电压的参考相位及周期，从而实现无位置传感器的正弦波控制。本实用新型有效的降低了成本、减小了实现难度和提高了系统的性能及可靠性。
附图说明
图1为本实用新型实施例提供的一种无刷电机无位置传感器控制装置的结构性框图；
图2为本实用新型实施例提供的一种无刷电机无位置传感器控制方法的反电动势、相电流及其相位的示意图；
图3为本实用新型实施例提供的另一种无刷电机无位置传感器控制方法的反电动势、相电流及其相位的示意图；
图4（a）、（b）、（c）为本实用新型实施例提供的一种无刷电机反电动势检测时间及过零点的关系示意图；
图5为本实用新型实施例提供的一种无刷电机正弦波控制单元的结构性框图；
具体实施方式
为使本实用新型实施例的技术方案以及优点表达的更清楚，下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。
图1为本实用新型实施例提供的一种无刷电机无位置传感器控制装置的结构性框图，如图1所示，该装置包括：检测单元、确定单元、控制单元和驱动单元；其中，检测单元的输出端与确定单元的输入端相连接；确定单元的输出端与控制单元的输入端相连接；控制单元的输出端与驱动单元的输入端相连接；
检测单元110，用于关闭第一相线圈的第一驱动电压，在检测时间内，检测第一相线圈的反电动势；
确定单元120，用于根据反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期；
控制单元130，用于根据参考相位及周期，确定脉冲宽度调制信号；
驱动单元140，用于根据脉冲宽度调制信号，确定为无刷电机提供第二驱动电压，第二驱动电压用于驱动无刷电机。
具体地，检测时间包括：消隐时间和反电动势检测时间；
消隐时间为第一驱动电压关闭后第一相线圈的相电流降为零所需的时间；
反电动势检测时间为第一相线圈的相电流降为零后检测第一相线圈的反电动势所需的时间。
需要说明的是，消隐时间由电机参数和第一相线圈的相电流值所控制。
具体地，确定单元120，用于根据反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期，包括：
当反电动势过零发生在反电动势检测时间内，则以反电动势的过零时刻作为第二驱动电压的参考相位，并且保持第二驱动电压的周期不变；或，
当反电动势过零发生在反电动势检测之前，则以发现反电动势过零已发生的时刻作为参考相位，并减小第二驱动电压的周期；或，
当反电动势检测时间之前和反电动势检测时间内均未发生反电动势过零，则延长检测时间直至检测到反电动势过零，以过零时刻作为参考相位，并增大第二驱动电压的周期。
具体地，反电动势过零包括反电动势由正变负的过零和/或由负变正的过零。
需要说明的是，以三相无刷电机为例，如图2所示，任一相电流的一个周期内，在电流由正变负和由负变正时都设置了检测时间Ts，即有2个反电动势检测时间；三相相电流合一起，360°电角周期内一共有6个反电动势检测时间，任何两个检测时间Ts的间隔约为60°电角周期。在检测时间Ts内，三相中有一相的相电流是因驱动电压关闭而逐渐降低为零，即其不提供输出扭矩，因此三相线圈所提供的扭矩Tq会有一些波动。当检测时间Ts所占时间比例较小时，由检测时间Ts引起的扭矩波动实际上很小。并且，360°电角周期内无需用全部的6个反电动势过零点，这样反电动势检测实际上可以只针对某一相线圈来进行。如图3所示，反电动势检测只针对U相线圈进行。更进一步地，可以在图3的基础上只在相电流由正变负或由负变正上设置一个检测时间Ts，即在360°电角周期内只通过反电动势过零检测获取一个参考相位，并根据检测结果调整下一次向电机各相线圈施加驱动电压的360°电角周期。
在360°电角周期内，不论设置1个或6个或其他数目的反电动势检测时间，设定的检测时间Ts与对应的反电动势过零的关系有图4所示的(a)(b)(c)三种情况。
(a)检测时间内，刚好能够检测到反电动势过零，即设定的检测时间Ts内，刚好能够检测到反电动势过零，说明上次施加驱动电压所采用的周期是合适的，因此以反电动势的过零时刻作为参考相位，并保持下一次向各相线圈施加驱动电压的周期不变；
(b)反电动势过零在检测时间之前已经到过，即在反电动势检测时间开始后，发现反电动势过零在检测开始前已经发生时，以该时刻作为所述参考相位，并减小下一次向各相线圈施加驱动电压的周期；
(c)反电动势过零在检测时间之后才来到，即反电动势过零在检测开始前未发生且在反电动势检测时间内始终没有检测到，延长所述反电动势检测时间直至检测到反电动势过零，以反电动势的过零时刻作为所述参考相位，并增大下一次向各相线圈施加驱动电压的周期。
具体地，如图5所示，控制单元130包括：占空比控制单元、调制函数产生电路、三角波产生电路、脉冲宽度调制信号生成单元和相位调整单元；其中，占空比控制单元的输出端与调制函数产生电路的输入端相连接；调制函数产生电路的输出端和三角载波产生电路的输出端分别与脉冲宽度信号生成单元的两个输入端相连接；脉冲宽度信号生成单元的输出端与相位调整单元的输入端相连接；
占空比控制单元131，用于产生脉冲宽度调制信号占空比的控制信号；
可选地，在本实用新型实施例中。占空比控制单元531通过控制调制函数的幅度来决定脉冲宽度调制信号的占空比。
调制函数产生电路132，用于通过正弦波调制算法及占空比的控制信号产生正弦波调制函数；
三角载波产生电路133，用于产生固定频率的三角载波；
脉冲宽度调制信号生成单元134，用于利用三角载波调制正弦波调制函数产生第一脉冲宽度调制信号，第二驱动电压的参考相位作为第一脉冲宽度调制信号的初始相位，第二驱动电压的周期作为第一脉冲宽度调制信号的周期；
可选地，在本实用新型实施例中，采用规则采样法则，对三角载波和调制函数进行采样与比较，从而获取对应的脉冲宽度调制信号。
相位调整单元135，用于调整第一脉冲宽度调制信号的相位，输出第二脉冲宽度调制信号。
可选地，由于电机线圈的电感属性，线圈的相电流会滞后于所施加的驱动电压，因此施加驱动电压时通常将其在参考相位的基础上提前一定角度超前角，以提高输出扭矩和效率。
本实用新型实施例通过反电动势检测，根据反电动势检测的结果确定下一次向电机各相线圈施加驱动电压的参考相位及周期，从而实现无位置传感器的正弦波控制。本实用新型有效的降低了成本、减小了实现难度和提高了系统的性能及可靠性。
专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。
以上所述的具体实施方式，对本实用新型的目的、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，以上所述仅为本实用新型的具体实施方式而已，并不用于限定本实用新型的保护范围，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种无刷电机无位置传感器控制装置，其特征在于，所述装置包括：检测单元、确定单元、控制单元和驱动单元；其中，所述检测单元的输出端与所述确定单元的输入端相连接；所述确定单元的输出端与所述控制单元的输入端相连接；所述控制单元的输出端与所述驱动单元的输入端相连接；
检测单元，用于关闭第一相线圈的第一驱动电压，在检测时间内，检测所述第一相线圈的反电动势；
确定单元，用于根据所述反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期；
控制单元，用于根据所述参考相位及周期，确定脉冲宽度调制信号；
驱动单元，用于根据所述脉冲宽度调制信号，确定为无刷电机提供第二驱动电压，所述第二驱动电压用于驱动无刷电机。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述检测时间包括：消隐时间和反电动势检测时间；
所述消隐时间为所述第一驱动电压关闭后所述第一相线圈的相电流降为零所需的时间；
反电动势检测时间为所述第一相线圈的相电流降为零后检测所述第一相线圈的反电动势所需的时间。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述确定单元，用于根据所述反电动势，确定第二驱动电压的参考相位及周期，包括：
当所述反电动势过零发生在所述反电动势检测时间内，则以反电动势的过零时刻作为第二驱动电压的参考相位，并且保持所述第二驱动电压的周期不变；或，
当所述反电动势过零发生在所述反电动势检测之前，则以发现所述反电动势过零已发生的时刻作为参考相位，并减小所述第二驱动电压的周期；或，
当所述反电动势检测时间之前和所述反电动势检测时间内均未发生反电动势过零，则延长所述检测时间直至检测到反电动势过零，以所述过零时刻作为参考相位，并增大所述第二驱动电压的周期。
4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制单元包括：占空比控制单元、调制函数产生电路、三角载波产生电路、脉冲宽度调制信号生成单元和相位调整单元；其中，所述占空比控制单元的输出端与所述调制函数产生电路的输入端相连接；所述调制函数产生电路的输出端和所述三角载波产生电路的输出端分别与所述脉冲宽度信号生成单元的两个输入端相连接；所述脉冲宽度信号生成单元的输出端与所述相位调整单元的输入端相连接；
占空比控制单元，用于产生脉冲宽度调制信号占空比的控制信号；
调制函数产生电路，用于通过正弦波调制算法及所述占空比的控制信号产生正弦波调制函数；
三角载波产生电路，用于产生固定频率的三角载波；
脉冲宽度调制信号生成单元，用于利用所述三角载波调制所述正弦波调制函数产生第一脉冲宽度调制信号，所述第二驱动电压的参考相位作为所述第一脉冲宽度调制信号的初始相位，所述第二驱动电压的周期作为所述第一脉冲宽度调制信号的周期；
相位调整单元，用于调整所述第一脉冲宽度调制信号的相位，输出第二脉冲宽度调制信号。
5.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述反电动势过零包括反电动势由正变负的过零和/或由负变正的过零。
Priority Applications (3)
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| CN201520588367.XU CN205123636U (zh) | 2015-08-06 | 2015-08-06 | 一种无刷电机无位置传感器控制装置 |
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2015
- 2015-08-06 CN CN201520588367.XU patent/CN205123636U/zh active Active
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