DE102019127750A1

DE102019127750A1 - Steuerschaltung und Verfahren zur Steuerung einesbürstenlosen Gleichstrommotors

Info

Publication number: DE102019127750A1
Application number: DE102019127750.7A
Authority: DE
Inventors: Christopher Römmelmayer; Maximilian Burggraf
Original assignee: Infineon Technologies AG
Current assignee: Infineon Technologies AG
Priority date: 2018-10-17
Filing date: 2019-10-15
Publication date: 2020-04-23
Also published as: US20200127587A1; CN111064395A; US10742143B2; CN111064395B

Abstract

Eine Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-) Motor kann dazu ausgebildet sein, eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen und eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition anzulegen, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht. Die Steuerschaltung kann ferner dazu ausgebildet sein, in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, eine Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten, die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen, und den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.

Description

Technisches Gebiet
Diese Offenbarung betrifft Elektromotoren und insbesondere Techniken und Schaltungen, die mit einphasiger bürstenloser Gleichstrom (BLDC-) Motorsteuerung in Verbindung stehen.
Hintergrund
Der Betrieb von bürstenlosen Gleichstrom- (BLDC-) Motoren kann von einer Steuerung durchgeführt werden. Die Steuerung steuert eine Rotordrehung des BLDC-Motors auf Grundlage einer Position des Rotors bezogen auf eine Statorwicklung des BLDC-Motors. In einigen Beispielen kann die Steuerung die Position des Rotors bezogen auf Statorspulen herleiten, ohne auf Drehsensoren, wie beispielsweise Hall-Effekt-Sensoren, zu setzen. In diesen Beispielen kann die Steuerung, die nicht auf Hall-Effekt-Sensoren setzt, als eine „sensorlose“ Steuerung bezeichnet werden.
Kurzdarstellung
Es werden eine Steuerschaltung nach Anspruch 1 und ein Verfahren nach Anspruch 16 bereitgestellt. Die abhängigen Ansprüche definieren weitere Ausführungsformen.
Die Offenbarung beschreibt Techniken, Vorrichtungen und Systeme zur Verbesserung des Betriebs eines bürstenlosen Gleichstrom- (BLDC-) Motors, der die Rotorposition schätzt, anstatt auf Hall-Effekt-Sensoren zu setzen, um die Rotorposition direkt zu messen. Zum Beispiel kann eine Steuerschaltung eine Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft (nachstehend „Gegen-Emk-Spannung“) nutzen, um die Rotorposition des BLDC-Motors zu bestimmen. In einigen Fällen kann die Gegen-Emk-Spannung jedoch schwierig zu messen sein, bis die Rotordrehung des BLDC-Motors eine Mindestdrehzahl überschreitet.
In einigen Beispielen kann eine rückkopplungsfreie Spannungüber-Frequenz- (V/f-) Steuerung und/oder eine rückkopplungsfreie Strom-über-Frequenz- (I/f-) Steuerung genutzt werden, um den BLDC-Motor zu starten, ohne auf die Gegen-Emk-Spannung zu setzen. Allerdings besteht bei einer derartigen rückkopplungsfreien Steuerung ein vergleichsweise hohes Fehlerrisiko für die Beschleunigung des BLDC-Motors, um die Mindestdrehzahl zu erreichen, die zur Detektion der Gegen-Emk-Spannung von nicht angesteuerten Spulen des BLDC-Motors geeignet ist.
Gemäß einem oder mehreren Aspekten dieser Offenbarung kann eine Steuerschaltungsanordnung, anstatt für den Anlauf auf rückkopplungsfreie Steuerung zu setzen, eine Rotorposition des BLDC-Motors schätzen und eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition des BLDC-Motors anlegen. Dementsprechend kann ein Fehlerrisiko des BLDC-Motors und/oder der Steuerschaltungsanordnung während eines Anlaufzustands des BLDC-Motors minimiert werden, während eine Komplexität und Kosten verglichen mit Systemen, die eine geschätzte Rotorposition nicht nutzen, wenn eine konstante Anlaufspannung angelegt wird, minimiert werden.
Im Gegensatz zu Dreiphasenmotoren ist eine Gegen-Emk-Spannung möglicherweise nicht messbar, während eine einphasige BLDC-Steuerung Strom an einer Statorwicklung eines BLDC-Motors kommutiert. Daher können einige BLDC-Motor-Steuerungen zur Messung der Gegen-Emk-Spannung über der Statorwicklung eine Austastperiode anwenden, bei der ein Strom an der Statorwicklung vollständig dissipiert ist, um die Gegen-Emk-Spannung über einem ohmschen Widerstand der Statorwicklung zu messen. Derartige Austastperioden hindern die BLDC-MotorSteuerung jedoch daran, den BLDC-Motor so anzusteuern, dass er maximales Drehmoment und maximale Drehzahl entwickelt.
Gemäß einem oder mehreren Aspekten dieser Offenbarung kann die Steuerschaltungsanordnung, anstatt auf Austastperioden zu setzen, um eine Gegen-Emk-Spannung zu messen, die Gegen-Emk-Spannung mithilfe von Strom an einer Statorwicklung des BLDC-Motors schätzen. Dementsprechend kann eine Gegen-Emk-Spannung fortlaufend abgeleitet werden, ohne den Normalbetrieb des BLDC-Motors zu unterbrechen, was es einer BLDC-Steuerung gestatten kann, den BLDC-Motor schneller auf ein maximales Drehmoment und eine maximale Drehzahl anzusteuern als BLDC-Steuerungen, die die Gegen-Emk mithilfe von Austastperioden messen.
Einige BLDC-Motor-Steuerungen können Flussbeobachtersteuerung nutzen, die einen Fluss der Permanentmagneten in der Statorwicklung des BLDC-Motors nutzt, um eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen. Um Rampendrift und Gleichstrom-(DC-) Versatz zu berücksichtigen, nutzen einige BLDC-Steuerungen den Gesamtfluss als eine Eingabe in eine Proportional-Integral- (PI-) Steuerung. Die PI-Steuerung ist jedoch möglicherweise nicht schnell genug, um auf sich schnell ändernde Frequenzen zu reagieren, die während dynamischer Szenarien auftreten können, wie beispielsweise der Beschleunigung des BLDC-Motors.
Gemäß einem oder mehreren Aspekten dieser Offenbarung kann die Steuerschaltungsanordnung, anstatt auf den Gesamtfluss an einem BLDC-Motor zu setzen, um eine Kompensation für Rampendrift und DC-Versatz zu bestimmen, einen Minima- und Maxima-Fluss der Permanentmagnete in der Statorwicklung des BLDC-Motors nutzen, um die Kompensation für die Drift zu bestimmen, die zur Schätzung einer Rotorposition des BLDC-Motors genutzt wird. Dementsprechend kann die Rotorposition des BLDC-Motors mit verbesserter Genauigkeit verglichen mit BLDC-Motor-Steuerungen, die auf den Gesamtfluss an einem BLDC-Motor setzen, geschätzt werden, insbesondere während dynamischer Szenarien, wie beispielsweise der Beschleunigung des BLDC-Motors.
In einigen Beispielen betrifft die Offenbarung eine Steuerschaltung für einen BLDC-Motor, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen; eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition des BLDC-Motors anzulegen, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, eine Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.
In einigen Beispielen betrifft die Offenbarung ein Verfahren zur Steuerung eines BLDC-Motors, das Verfahren umfassend: Schätzen, durch eine Steuerschaltung, einer Rotorposition des BLDC-Motors; Anlegen, durch die Steuerschaltung, einer konstanten Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, Gestatten, durch die Steuerschaltung, einer Kommutation des Stroms an der Statorwicklung; Berechnen, durch die Steuerschaltung, der Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung; und Kommutieren, durch die Steuerschaltung, des Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition.
In einigen Beispielen betrifft die Offenbarung ein System, umfassend: einen einphasigen BLDC-Motor; einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, eine Messung eines Stroms an einer Statorwicklung des BLDC-Motors zu erzeugen; eine Versorgung, umfassend einen Versorgungsknoten und einen Referenzknoten; ein erstes Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen ersten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; ein zweites Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen zweiten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu arbeiten, wobei während des ersten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und wobei während des zweiten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist: mit dem Treiber eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen; mit dem Treiber eine konstante Anlaufspannung an die Statorwicklung mithilfe der geschätzten Rotorposition anzulegen, bis die Messung des Stroms an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass die Messung des Stroms an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, die Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und mit dem Treiber den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.
Die Einzelheiten eines oder mehrerer Beispiele sind in den begleitenden Zeichnungen und der nachstehenden Beschreibung dargelegt. Andere Merkmale, Aufgaben und Vorteile der Offenbarung gehen aus der Beschreibung und den Zeichnungen und aus den Ansprüchen hervor.
Figurenliste

1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem, das für sensorlose Motorsteuerung ausgebildet ist, gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt.
2 ist ein Blockdiagramm, das fortlaufende Motorsteuerung durch verschiedene Betriebsbereiche gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt.
3 ist eine Darstellung einer Induktivität und eines elektrischen Winkels einer Statorwicklung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
4 ist eine Darstellung von Strom an einer Statorwicklung in Reaktion auf Spannungspulse gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
5 ist eine Darstellung einer Gegen-Emk-Spannung und eines Phasenstroms während einer ersten Drehung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer Flussbeobachtersteuerung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer Flussdriftkompensation gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer flussbasierten Winkelschätzung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt.
9 ist eine Darstellung eines berechneten Magnetflusses und eines Flusses, der um n/2 verzögert ist, und eines extrahierten Rotorwinkels bei einer Drehzahl von 3500 Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute, rpm) gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
10 ist ein Flussdiagramm zur Schätzung einer Rotorposition und zum Anlegen einer konstanten Anlaufspannung an eine Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
11 ist ein Flussdiagramm zur Kommutation von Strom an einer Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe einer geschätzten Gegen-Emk gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
12 ist ein Flussdiagramm zur Kommutation von Strom an einer Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe einer Driftkompensation, die auf Minima- und Maxima-Fluss basiert, gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.
13 ist eine Darstellung verschiedener Steuerungs- und Positionsschätzungstechniken gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung.

Detaillierte Beschreibung
1 ist ein Blockdiagramm, das ein Beispielsystem 100, das für sensorlose Motorsteuerung ausgebildet ist, gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt. Wie oben erwähnt, kann sich sensorlose Motorsteuerung auf Motorsteuerung beziehen, die nicht auf Informationen von beliebigen Drehsensoren setzt, wie beispielsweise Hall-Effekt-Sensoren. Gemäß dieser Offenbarung kann die Steuerung Positionsschätzungen eines Motors anstelle von Positionsmessungen von Hall-Effekt-Sensoren nutzen.
1 zeigt das System 100 als separate und getrennte Komponenten aufweisend, die als Versorgung 102, integrierte Schaltung (Integrated Circuit, IC) 104, bürstenloser Gleichstrom- (BLDC-) Motor 106 und Stromsensor 108 gezeigt sind. Während IC 104 als eine Steuerschaltung 110, einen Treiber 112, ein erstes Schaltmodul 114 und ein zweites Schaltmodul 116 umfassend dargestellt ist, kann IC 104 zusätzliche oder weniger Komponenten enthalten. Zum Beispiel kann die Versorgung 102 und/oder der Stromsensor 108 in IC 104 enthalten sein. In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 110 eine separate und getrennte von einem oder mehreren des Treibers 112, des ersten Schaltmoduls 114 und des zweiten Schaltmoduls 116 sein.
Die Versorgung 102 kann dazu ausgebildet sein, dem BLDC-Motor 106 elektrische Energie bereitzustellen. Zum Beispiel kann die Versorgung 102 eins oder mehrere von Stromnetzen, Generatoren, Transformatoren, externen Batterien, externen Solarpanels, Windmühlen, hydroelektrischen oder windbetriebenen Generatoren oder eine beliebige andere Form von Vorrichtungen enthalten, die geeignet sind, dem System 100 elektrische Energie bereitzustellen. Wie gezeigt, kann die Versorgung 102 einen Spannungsknoten (V_cc ) und einen Referenzknoten (z.B. Erdung oder örtliche Erde) zur Versorgung von Komponenten des Systems 100, beispielsweise des BLDC-Motors 106, mit einer Spannung enthalten.
Der BLDC-Motor 106 kann einen Permanentmagnet-Synchronmotor (PMSM) enthalten. Ein PMSM kann zum Beispiel eine Welle, einen Rotor, Stator und Permanentmagneten enthalten. Ein Permanentmagnet kann auf oder in dem Rotor gelagert sein. In einigen Beispielen kann der Permanentmagnet auf der Oberfläche des Rotors gelagert, in den Rotor eingesetzt oder in den Rotor eingebettet sein. In einigen Beispielen kann der Permanentmagnet ein Innenmagnet sein. Der Permanentmagnet kann Seltenerdelemente wie beispielsweise Neodym-Eisen-Bor (NdFeB), Samarium-Cobalt (SmCo) oder Ferritelemente (z.B. Barium (Ba) oder Strontium (Sr)) enthalten. In einigen Beispielen kann der Permanentmagnet eine Schutzbeschichtung enthalten, wie beispielsweise eine Schicht aus Gold (Au), Nickel (Ni), Zink (Zn) oder dergleichen. In einigen Beispielen kann der BLDC-Motor 106 einphasig sein. Zum Beispiel kann sich der Rotor in Reaktion auf einen elektrischen Strom an der Statorwicklung bezogen auf den Stator drehen.
Das erste Schaltmodul 114 kann dazu ausgebildet sein, einen ersten Knoten einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106 selektiv mit einem Versorgungsknoten der Versorgung 102 oder einem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln. Das erste Schaltmodul 114 kann ein oder mehrere Schaltelemente enthalten. Zum Beispiel kann das erste Schaltmodul 114 ein erstes Schaltelement (z.B. High-Side-Schaltelement) enthalten, um den ersten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit einem Versorgungsknoten der Versorgung 102 zu koppeln, und ein zweites Schaltelement (z.B. Low-Side-Schaltelement), um den ersten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit einem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln. Beispiele für Schaltelemente können einen gesteuerten Silizium-Gleichrichter (SCR), einen Feldeffekttransistor (FET) und Bipolartransistor (BJT) enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt. Beispiele für FETs können einen Sperrschicht-Feldeffekttransistor (SFET), Metalloxid-Halbleiter-FET (MOSFET), Dual-Gate-MOSFET, Bipolartransistor mit isolierter Gate-Elektrode (IGBT), jede andere Art von FET oder beliebige Kombinationen derselben enthalten. Beispiele für MOSFETS können PMOS, NMOS, DMOS oder jede andere Art von MOSFET oder beliebige Kombinationen derselben enthalten. Beispiele für BJTs können PNP, NPN, Heteroübergangs- oder jede andere Art von BJT oder beliebige Kombinationen derselben enthalten. In vielen Beispielen enthalten Schaltelemente einen High-Side-Schalter und/oder einen Low-Side-Schalter. Zusätzlich können Schaltelemente spannungsgesteuert und/oder stromgesteuert sein. Beispiele für stromgesteuerte Schaltelemente können Galliumnitrid-(GaN-) MOSFETs, BJTs oder andere stromgesteuerte Elemente enthalten, sind jedoch nicht darauf beschränkt.
Das zweite Schaltmodul 116 kann dazu ausgebildet sein, einen zweiten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 selektiv mit dem Versorgungsknoten der Versorgung 102 oder dem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln. Das zweite Schaltmodul 116 kann ein oder mehrere Schaltelemente enthalten. Zum Beispiel kann das zweite Schaltmodul 116 ein erstes Schaltelement (z.B. High-Side-Schaltelement) enthalten, um den zweiten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit einem Versorgungsknoten der Versorgung 102 zu koppeln, und ein zweites Schaltelement (z.B. Low-Side-Schaltelement) um den zweiten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit einem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln.
Der Treiber 112 kann dazu ausgebildet sein, Ausgaben zur Ansteuerung des ersten Schaltmoduls 114 und/oder zweiten Schaltmoduls 116 auf Grundlage eines Steuersignals, das von der Steuerschaltung 110 ausgegeben wird, zu erzeugen. Der Treiber 112 kann zum Beispiel ein oder mehrere Schaltelemente enthalten, die dazu ausgebildet sind, das Steuersignal von der Steuerschaltung 110 zu verstärken, um das erste Schaltmodul 114 und/oder das zweite Schaltmodul 116 anzusteuern. Genauer kann der Treiber 112 zum Beispiel dazu ausgebildet sein, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand auf Grundlage eines Steuersignals zu arbeiten, das von der Steuerschaltung 110 ausgegeben wird. Zum Beispiel kann der Treiber 112 während des ersten Zustands dazu ausgebildet sein, das erste Schaltmodul 114 anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit dem Versorgungsknoten der Versorgung 102 zu koppeln, und das zweite Schaltmodul 116 anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit dem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln. In einigen Beispielen ist der Treiber 112 während des zweiten Zustands dazu ausgebildet, das erste Schaltmodul 114 anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit dem Referenzknoten der Versorgung 102 zu koppeln, und das zweite Schaltmodul 116 anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mit dem Versorgungsknoten der Versorgung 102 zu koppeln.
Der Stromsensor 108 kann dazu ausgebildet sein, eine Messung eines Stroms an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 zu erzeugen. Der Stromsensor 108 kann einen Widerstand enthalten, der mit der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 in Reihe geschaltet ist, die eine Spannung ausgibt, die für die Messung des Stroms an der Statorwicklung bezeichnend ist. In einigen Beispielen kann der Stromsensor 108 einen oder mehrere von einem Hall-Effekt-Sensor (z.B. nur zur Strommessung), einem Transformator-Zangenmessgerät oder einem anderen Stromsensor enthalten. Während der Stromsensor 108 als einen Strom zwischen dem ersten Schaltmodul 114 und dem BLDC-Motor (z.B. der High-Side) detektierend dargestellt ist, kann der Stromsensor 108 in einigen Beispielen einen Strom zwischen dem zweiten Schaltmodul 116 und dem BLDC-Motor (z.B. der Low-Side) detektieren.
Die Steuerschaltung 110 kann dazu ausgebildet sein, eine Drehung am BLDC-Motor 106 zu steuern. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 Strom bei einer ersten Polarität an die Statorwicklung des BLDC-Motors 106 anlegen, wenn die Rotorposition des BLDC-Motors 106 zwischen 0 Grad und 180 Grad (z.B. 0-n) liegt, und Strom bei einer zweiten Polarität, die der ersten Polarität entgegengesetzt ist, an die Statorwicklung des BLDC-Motors 106 anlegen, wenn die Rotorposition des BLDC-Motors 106 zwischen 180 Grad und 360 Grad (z.B. n-2n) liegt. In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 110 den Kommutationswinkel verschieben (z.B. Kommutation bei 180-x Grad und 360-x Grad). Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 110 den BLDC-Motor 106 in eine einzelne Richtung (z.B. vorwärts) treiben, wenn sich die Rotorposition bezogen auf den Stator ändert. Die Steuerschaltung 110 kann ein Mikrocontroller auf einer einzelnen integrierten Schaltung sein, der einen Prozessorkern, Speicher, Eingänge und Ausgänge enthält. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 einen oder mehrere Prozessoren enthalten, einschließlich eines oder mehrerer Mikroprozessoren, Digitalsignalprozessoren (DSPs), anwendungsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs), Field-Programmable-Gate-Arrays (FPGAs) oder beliebige andere gleichwertige oder diskrete Logikschaltungsanordnungen sowie beliebige Kombinationen derartiger Komponenten. Der Begriff „Prozessor“ oder „Verarbeitungsschaltungsanordnung“ kann sich allgemein auf beliebige der vorgenannten Logikschaltungsanordnungen beziehen, allein oder in Kombination mit anderen Logikschaltungsanordnungen oder beliebigen anderen gleichwertigen Schaltungsanordnungen. In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 110 eine Kombination von einer oder mehreren analogen Komponenten und einer oder mehreren digitalen Komponenten sein.
Zum Beispiel schätzt die Steuerschaltung 110 mit dem Stromsensor 108 eine Rotorposition des BLDC-Motors 106. Die Steuerschaltung 110 legt mit dem Treiber 112 eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mithilfe der geschätzten Rotorposition an, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht. in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, gestattet die Steuerschaltung 110 eine Kommutation des Stroms an der Statorwicklung. Die Steuerschaltung 110 berechnet die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung und kommutiert mit dem Treiber 112 den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition.
2 ist ein Blockdiagramm, das fortlaufende Motorsteuerung durch verschiedene Betriebsbereiche gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt. Es können in dieser Offenbarung drei verschiedene Techniken eingesetzt werden, um eine fortlaufende Motorsteuerung durch alle möglichen Betriebsbereiche zu ermöglichen. In dem Beispiel von 2 kann die Steuerschaltung 110 eine Anlaufsteuerung 222, Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 und Flussbeobachtersteuerung 208 anwenden, um eine fortlaufende Motorsteuerung durch alle möglichen Betriebsbereiche zu ermöglichen. Wie gezeigt, können die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 und die Flussbeobachtersteuerung 208 hierin zusammen als „aktive Kommutation 224“ oder einfach „Kommutation 224“ bezeichnet werden, die durch die Steuerschaltung 110 selektiv ermöglicht werden kann.
Jedoch bieten die Anlaufsteuerung 222, die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 und die Flussbeobachtersteuerung 208 möglicherweise keine Redundanz, und jede Technik weist einen Nachteil für eine bestimmte Betriebsart auf. Ganz zu Beginn steht der Rotor still (z.B. keine/leichte mechanische Bewegung), daher ist in der Wicklung kein Strom vorhanden, der zu analysieren ist, um eine Gegen-Emk-Spannung oder einen Magnetfluss abzuleiten. Daher funktionieren die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 und die Flussbeobachtersteuerung 208 möglicherweise nicht, und die Anlaufsteuerung 222 kann angewandt werden.
Genauer kann zum Beispiel die Steuerschaltung 110 eine Rotorposition 202 schätzen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 eine Induktivitätsänderungstechnik anwenden, um die anfängliche Rotorposition zu detektieren, wie in Bezug auf die 3 und 4 genauer beschrieben. Danach wird der Anfangsstrom und das entsprechende Drehmoment angelegt, und der Rotor wird in Bewegung versetzt (z.B. mechanische Bewegung). Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 mithilfe der geschätzten Rotorposition 204 eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors 106 anlegen.
Nach der mechanischen Bewegung kann die Steuerschaltung 110 den Strom am Stator des BLDC-Motors 106 messen und die Gegen-Emk-Spannung und den Magnetfluss berechnen. Jedoch ist die Rotordrehzahl kurz nachdem der Rotor zu beschleunigen begonnen hat, gering. Da die Gegen-Emk drehzahlabhängig ist, kann die Amplitude der Gegen-Emk-Spannung ebenfalls zu gering sein, um genau geschätzt und bewertet zu werden. Kurz vor Ende der ersten Kommutationsperiode kann die Gegen-Emk eine erhebliche Abweichung von Null aufweisen, was zur Detektion eines Nulldurchgangsereignisses geeignet ist.
Um eine Fehlinterpretation der Gegen-Emk-Spannung zu verhindern, wenn die Amplitude der Gegen-Emk-Spannung zu gering ist und nachfolgende Fehlberechnungen Schwankungen um Null verursachen, kann die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 kurz vor dem ersten tatsächlichen Nulldurchgangsereignis aktiviert werden. Wie weiter in Bezug auf 5 beschrieben, kann die Steuerschaltung 110 einen lokalen Minimalstrom nutzen, um zu bestimmen, wann die Kommutation 224 gestattet werden soll. In dem Beispiel von 2 kann die Steuerschaltung 110 die Anlaufsteuerung 222 vor einem lokalen Minimalstrom nutzen, um den BLDC-Motor 106 zu steuern, und Strom an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 nach dem lokalen Minimalstrom kommutieren 224. Genauer kann die Steuerschaltung 110 zum Beispiel die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206 nach dem lokalen Minimalstrom und vor der Stabilisierung der Flussschätzung nutzen, um den BLDC-Motor 106 anzusteuern. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 die Flussbeobachtersteuerung 208 nach dem lokalen Minimalstrom und nach der Stabilisierung der Flussschätzung nutzen, um den BLDC-Motor 106 anzusteuern.
3 ist eine Darstellung einer Induktivität und eines elektrischen Winkels einer Statorwicklung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Die Abzissenachse von 3 ist der elektrische Winkel in Grad, und die Ordinatenachse von 3 ist die Induktivität 302 in Millihenry (mH). Je nach der Rotorposition können hohe Ströme bewirken, dass die Statorinduktivität gesättigt wird.
Wenn das Magnetfeld des Rotors mit dem Statorfeld ausgerichtet ist und damit zusammenfällt, ist der Magnetfluss erhöht und führt zu einer Sättigung des Statorfelds. Wenn die Rotorposition dem sich entwickelnden Magnetfeld von dem Stator entgegenwirkt, ist die Induktivität nicht gesättigt. Daher ist eine Abweichung zwischen den Induktivitäten beim gleichen Rotorwinkel messbar, wenn der Stromfluss umgekehrt ist. Daher kann die Steuerschaltung 110 zwei Spannungspulse an den BLDC-Motor 106 anlegen, um kurze Stromspitzen in die Statorwicklung des BLDC-Motors 106 einzugeben. Je nach der Rotorausrichtung des BLDC-Motors 106 ist die absolute Amplitude einer Stromspitze höher als die andere. Anhand dessen kann die Induktivitätsänderung und -verteilung bestimmt werden.
4 ist eine Darstellung von Strom an einer Statorwicklung in Reaktion auf Spannungspulse gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Die Abzissenachse von 4 ist ein Abtastwert eines Spannungspulses, der an eine Statorwicklung des BLDC-Motors 106 angelegt ist, und die Ordinatenachse von 4 ist ein erster Strom 412 und ein zweiter Strom 414.
Das Anlegen von Spannungspulsen an den BLDC-Motor 106, die in ihrer Größe und Dauer gleich sind, aber verschiedene Vorzeichen aufweisen, führt zu verschiedenen Induktivitäten und zudem verschiedenen Stromsteilheiten, wie in 4 umrissen (z.B. erster Strom 412 und zweiter Strom 414). Nach der festgelegten Dauer des Spannungspulses bewirkt die unterschiedliche Steilheit zwangsläufig markante Stromwerte. Die Induktivität in jeder Richtung wird durch Vergleichen ihrer Absolutwerte abgeleitet.
Der Spannungspuls, der den zweiten Strom 414 (i2) erzeugt, der am Ende der Pulsdauer höher ist, korreliert mit geringerer Induktivität. Das Magnetfeld des Rotors verbessert den Statorfluss in dieser Stromrichtung. Anschließend weisen das Stator- und das Rotorfeld dieselbe Orientierung auf und sind ausgerichtet. Die Nutzung dieser Technik gestattet die Ortung der Richtung des Rotorwinkels im Bereich von entweder 3/2 →π1/2 π oder 1/2 π →3/2 π. Falls die Magnetfelder nach einem positiven Spannungspuls ausgerichtet sind, liegt θ_el irgendwo zwischen 1/2 π und 3/2 π, wobei n die ausgerichtete Position ist.
Anders ausgedrückt, kann zum Beispiel die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, die Rotorposition mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen. Genauer kann zum Beispiel die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, einen ersten Stromabtastwert 422 an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines ersten Spannungspulses an der Statorwicklung zu messen, und einen zweiten Stromabtastwert 424 an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an der Statorwicklung zu messen. In einigen Beispielen können der erste Spannungspuls und der zweite Spannungspuls eine gleiche Dauer aufweisen. In einigen Beispielen weist der zweite Spannungspuls eine Polarität auf, die dem ersten Spannungspuls entgegengesetzt ist. Während sich das obige Beispiel auf einen ersten Spannungspuls bezieht, kann der erste Spannungspuls in einigen Beispielen ein einzelner Spannungspuls in einer Mehrzahl von ersten Spannungspulsen sein, die dafür genutzt werden, einen oder mehrere erste Stromabtastwerte zu messen. Gleichermaßen kann der zweite Spannungspuls in einigen Beispielen ein einzelner Spannungspuls in einer Mehrzahl von zweiten Spannungspulsen sein, die dafür genutzt werden, einen oder mehrere zweite Stromabtastwerte zu messen.
Die Steuerschaltung 110 kann den Rotorwinkel auf Grundlage des ersten Stromabtastwerts 422 und des zweiten Stromabtastwerts 424 schätzen. Beispielsweise kann die Steuerschaltung 110 bestimmen, dass der Rotorwinkel zwischen 0 und 180 Grad elektrisch beträgt (z.B., 0→π), wenn der erste Stromabtastwert 422 größer als der zweite Stromabtastwert 424 ist, und bestimmen, dass der Rotorwinkel zwischen 180 und 360 Grad elektrisch beträgt (z.B., π →2π), wenn der erste Stromabtastwert 422 nicht größer als der zweite Stromabtastwert 424 ist.
Die Steuerschaltung 110 kann den ersten Stromabtastwert 422 und den zweiten Stromabtastwert 424 nutzen, um eine Polarität für die konstante Anlaufspannung zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, eine konstante Anlaufspannung mit der ersten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert 422 größer als der zweite Stromabtastwert 424 ist, und die konstante Anlaufspannung mit einer zweiten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert 422 nicht größer als der zweite Stromabtastwert 424 ist. In diesem Beispiel ist die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt.
Die Steuerschaltung 110 kann eine Stromschwelle nutzen, um eine Polarität für die konstante Anlaufspannung zu bestimmen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, die konstante Anlaufspannung mit der ersten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert 422 und/oder der zweite Stromabtastwert 424 größer als eine Stromschwelle ist, und die konstante Anlaufspannung mit der zweiten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert 422 und/oder der zweite Stromabtastwert 424 nicht größer als eine Stromschwelle ist.
5 ist eine Darstellung einer Gegen-Emk-Spannung und eines Phasenstroms während einer ersten Drehung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Die Abzissenachse von 5 ist eine Zeit in Millisekunden, und die Ordinatenachse von 5 ist eine Gegen-Emk-Spannung 502 an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106, ein Strom 504 (z.B. Phasenstrom) an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106 und eine Drehzahl 506 des Rotors des BLDC-Motors 106.
Während der ersten Kommutationsperiode kann die Steuerschaltung 110 mit dem Treiber 112 eine konstante Spannung an den BLDC-Motor 106 anlegen. Daher beschleunigt der Rotor des BLDC-Motors 106 und nimmt Drehzahl auf, wie durch die Drehzahl 506 gezeigt. Die Gegen-Emk-Spannung 502 geht an der ausgerichteten Position durch Null und weist während des Drehens andere Werte als Null auf. Anschließend erreicht die Gegen-Emk-Spannung 502 ein Maximum zwischen dem Starten und dem Erreichen der ausgerichteten Position. Der Strom 504 folgt einer Form, die zum Teil von der Gegen-Emk-Spannung 502, der Statorinduktivität und dem Statorwiderstand bestimmt wird. Die Analyse der Form führt zu der Beobachtung, dass der Strom 504 kurz nach der Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 und kurz bevor die Gegen-Emk-Spannung 502 Null erreicht, ein lokales Minimum aufweist. Dieses charakteristische Verhalten während des Anlaufens und der ersten Kommutationsperiode ist in 5 simuliert und dargestellt. Das Detektieren des Stromminimums ist eine praktische Timing-Technik, um die Beobachtung der Gegen-Emk-Spannung 502 für die Kommutationssteuerung zu ermöglichen, ohne auf eine direkte Messung der Gegen-Emk-Spannung 502 zu setzen. Zu der Zeit eines lokalen Minimums des Stroms 504 befindet sich der Strom 504 nahe einer Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 oder ist hoch genug für die Steuerschaltung 110, um einen elektrischen Winkel des BLDC-Motors 106 zu berechnen.
Das anschließende Stromminimum des Stroms 504 ist als zwischen der Spitze und dem Nulldurchgangspunkt der Gegen-Emk-Spannung 502 liegend gezeigt. In der folgenden Analyse sind die Statorinduktivität, die induzierte Spannung und das dynamische Verhalten des Motors (z.B. BLDC-Motor 106) idealisiert. Die Induktivität der Statorwicklung des Motors ist konstant. Die Form der Gegen-Emk-Spannung wird bei konstanter Drehzahl mit unendlich steilen Flanken als trapezförmig erachtet, z.B. ein Rechteck. Zusätzlich wird die Rotorbeschleunigung als konstant angenommen. Während der ersten Kommutationsperiode ist die Form der induzierten Spannung daher als eine Sägezahnspannung gegeben, die wie folgt definiert ist. $V_{e m k} (t) = \frac{V_{e m k . m a x}}{Δ t} \cdot t,$
wobei V_emk,max die Amplitude einer Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 ist, Δt die Zeit ist, die erforderlich ist, um die Spitze zu erreichen, und t die verstreichende Zeit ist. Im Grunde ist V_bemk,max /Δt ein Maß für die Beschleunigung des Motors. Die Form des Stroms in einer Widerstand-Drosselspule- (RL-) Schaltung, wenn eine Spannung angelegt wird. ist wie folgt gegeben. $I (t) = I_{0} (t) \cdot (1 - e^{\frac{t}{τ}}),$
wobei I₀ das Maximum des Stroms 504 ist und τ die Zeitkonstante der RL-Schaltung ist, die τ =L/R ist. In diesem Beispiel ist der Maximalstrom I₀ zeitvariant. Der Maximalstrom I₀ ist von der maximalen Zwischenkreisspannung, der Gegen-Emk-Spannung und dem Wicklungswiderstand wie folgt definiert. $I_{0} (t) = \frac{V - V_{e m k} (t)}{R_{S}}$
Die Einfügung von I₀(t) in Gleichung 2 ergibt Folgendes. $I (t) = \frac{V - V_{e m k} (t)}{R_{S}} \cdot (1 - e^{\frac{t}{τ}}) .$
Um die Position des Strommaximums des Stroms 504 während der ersten Kommutationsperiode und der anfänglichen Erhöhung der Gegen-Emk-Spannung 502 zu finden, wird die Ableitung von Gleichung 4 gebildet und bewertet, wobei die Substitution V_emk,max/ Δt=k_α wie folgt verwendet wird. $\begin{matrix} \frac{\partial I (t)}{\partial t} = 0 = \frac{\partial}{\partial t} I_{0} (t) \cdot (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + I_{0} (t) \cdot \frac{\partial}{\partial t} (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) \\ 0 = - \frac{k_{α}}{R_{S}} \cdot (1 - e^{- \frac{t}{τ}}) + \frac{V - k_{α}}{R_{S}} \cdot t \cdot \frac{1}{τ} e^{\frac{t}{τ}} \\ 0 = (1 + \frac{V}{τ \cdot k_{α}} - \frac{1}{τ} t) \cdot e^{- \frac{t}{τ}} - 1 \end{matrix}$
Die numerische Auflösung der Gleichung 5 nach t ergibt die Stelle des lokalen Strommaximums des Stroms 504 während der ersten Kommutationsperiode. Die Zeit t geht gegen unendlich, wenn der Koeffizient k_α für eine sehr geringe Beschleunigung gegen unendlich geht. $lim_{k_{α} \to \infty} t = \infty .$
Aufgrund der zunehmenden induzierten Spannung, nimmt der Strom 504 nach einem lokalen Strommaximum ab, wie es auch in der Zustandsgleichung des einphasigen BLDC-Motors dargestellt ist, die nach dem Umformen wie folgt ist. $V - V_{e m k} = R_{S} i + L \frac{d i}{d t} .$
Der Strom 504 fällt weiter, zumindest bis das Maximum der Gegen-Emk-Spannung 502 erreicht wurde. Nach eine Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 wird ein Stromminimum erwartet, bevor die induzierte Spannung Null erreicht. Dazu wird die Zustandsgleichung weiter umgeformt, an einem lokalen Minimum des Stroms 504, und die Spannung über der Induktivität wird Null sein. Anschließend ist die Gegen-Emk-Spannung 502 wie folgt. $V - R_{S} i = V_{e m k} .$
Wenn das Stromminimum auftritt, wenn V_emk durch Null geht, ist die Spannung über dem Wicklungswiderstand gleich der Phasenspannung. Dies würde den höchstmöglichen Strom 504 erfordern, was während der Drehung unplausibel ist, und dass eine Gegen-Emk-Spannung ungleich Null sowie ein abnehmender Stromfluss vorweg vorhanden ist. Zusätzlich kann der Minimalstrom 504 nach dem Nulldurchgang der induzierten Spannung nicht vorliegen. Bei einer negativen V_emf würde während des Minimums ein Stromfluss vorliegen, der höher als V/R_s ist, welcher der höchste Strom ist, der in dem System auftreten kann. Dieses Szenario ist ebenfalls unangemessen. Die mögliche Stelle für das Stromminimum liegt daher zwischen einer Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 und dem Nulldurchgang. Digitale Simulationen bestätigen dieses Konzept weiter in allen anwendbaren Belastungsfällen und Phasenspannungen.
Dementsprechend kann die Steuerschaltung 110, anstelle die Gegen-Emk-Spannung 502 direkt zu messen, ein Fenster 510 zwischen einer Spitze der Gegen-Emk-Spannung 502 und einem Nulldurchgang der Gegen-Emk-Spannung 502 mithilfe eines lokalen Stromminimums des Stroms 504 schätzen. Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 110 die Anlaufsteuerung 222 vor einem lokalen Minimalstrom nutzen, um den BLDC-Motor 106 zu steuern, und den Strom 504 an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 nach dem lokalen Minimalstrom kommutieren. Im Speziellen kann die Steuerschaltung 110 zum Beispiel dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, dass der Strom 504 an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 einem lokalen Minimalstrom entspricht, wenn eine Zeitableitung des Stroms 504 an der Statorwicklung Null entspricht.
Die Steuerschaltung 110 kann eine Kommutationssteuerung aktivieren, wenn das lokale Minimum des Phasenstroms zum ersten Mal beobachtet wird. Anders ausgedrückt, kann zum Beispiel die Steuerschaltung 110 den Strom an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 nach dem lokalen Minimalstrom kommutieren. Ferner kann die Flussbeobachtersteuerung (z.B. Flussbeobachtersteuerung 208) zum Dauerbetrieb den Rotorwinkel fortlaufend schätzen, was verwendet werden kann, um den Kommutationswinkel zu variieren. Die Flussbeobachtersteuerung kann jedoch auf Driftkompensation setzen, um präzise genug zu funktionieren. Der Filter zur Kompensation der Drift kann zum Setzen und zum Beginn des Unterstützens des Flussschätzers mehrere Drehungen nutzen. Während dieser Zeit kann die Kommutation durch die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung (z.B. Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206) gesteuert und dann zu der Flussbeobachtersteuerung geschaltet werden, wenn die Drift genau kompensiert ist.
Die ausgerichtete Rotorposition kann mit dem Nulldurchgang der Gegen-Emk-Spannung 502 zusammenfallen. Selbst wenn die ausgerichtete Rotorposition nicht direkt verwendet wird, um einen fortlaufenden Rotorwinkel zu bestimmen, ist die Gegen-Emk-Spannung 502 nützlich, um den Rotor in 180-Grad-Sektoren zu orten. Dies sind umfassende Informationen der Gegen-Emk-Spannung 502 zur Definition von Kommutationspunkten. Insbesondere beim Anlaufen genügt das Detektieren der ausgerichteten Positionen und stellt ein robustes Mittel zur Steuerung der Kommutation bereit.
Im Gegensatz zu Dreiphasenmotoren, ist die induzierte Spannung möglicherweise nicht messbar, während gleichzeitig Drehmoment angewandt wird. Um die Gegen-Emk-Spannung 502 über der Statorwicklung zu messen, kann der Strom 504 vollständig dissipiert werden, anderenfalls kann die Spannung über dem ohmschen Widerstand und potenziell der Induktivität die Messung verzerren. Das Unterbrechen des Kommutationsmusters für etwas Austastzeit und Messen der Phasenspannung ist nicht besonders effizient und hindert den Motor daran, seine maximales Drehmoment und seine maximale Drehzahl zu entwickeln. Daher kann die Gegen-Emk-Spannung 502 anstelle dessen fortlaufend und ohne Unterbrechung des Normalbetriebs der Maschine abgeleitet werden. Das Umformen der Zustandsgleichung eines einphasigen BLDC-Motors ergibt Folgendes. $V = R_{S} \cdot i + L_{s} \cdot \frac{d i}{d t} + V_{e m k},$
Gleichung 9 ergibt die Gegen-Emk-Spannung 502 als Funktion der Motorparameter Rs, Ls, der Phasenspannung V und des messbaren Stroms i wie folgt. $V_{e m k} = V - R_{S} \cdot i - L_{s} \cdot \frac{d i}{d t} .$
Anhand der Gleichung 10 kann die Gegen-Emk-Spannung 502 berechnet werden, da alle erforderlichen Daten und Informationen vorhanden sind. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 den Strom an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106 mithilfe einer berechneten Rotorposition kommutieren. Genauer kann zum Beispiel die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, die Gegen-Emk-Spannung mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen.
Der Stromsensor 108 kann dazu verwendet werden, den momentanen Strom in der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 zu detektieren. Der Phasenstrom kann durch einen Pulsdauermodulations- (PDM-) Generator (der Steuerschaltung 110) bestimmt werden, der die Spannungsausgabe der Strom/Drehmoment-Steuerung projiziert. Durch die Nutzung der Ausgabe des PDM-Generators entfällt die Notwendigkeit eines zusätzlichen Sensors, der die Spannung direkt misst. In einigen Beispielen kann die Steuerschaltung 110 jedoch von einem Spannungssensor eine gemessene Spannung an der Statorwicklung des BLDC-Motors 106 empfangen. Der Wicklungswiderstand der Statorwicklung kann eine bekannte Motorkonstante sein. Beim genauen Modellieren der Induktivität kann der Rotorwinkel und Strom als Eingabe genutzt werden. Die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung ist möglicherweise nicht imstande, selbst eine Winkelschätzung zu erzeugen. Daher kann die Induktivität als der Durchschnitt genähert werden, wenn keine Rotorposition vorhanden ist. Folglich beeinträchtigt diese Näherung der Induktivität die Genauigkeit der Berechnung verglichen mit der Flussbeobachtersteuerung. Dennoch sind die nachteiligen Auswirkungen tolerierbar, da die Induktivität nicht stark variiert, wenn der Motor unter normalen Betriebsbedingungen betrieben wird. Die Sättigungseffekte, die von den anwendbaren Strömen verursacht werden, sind vom Extremen weit entfernt, und daher bleibt die Gesamtinduktivität nahe des Durchschnitts.
Geringe Rechen- oder Messfehler, besonders bei Werten nahe Null, können gelegentlich dazu führen, dass die Gegen-Emk-Spannung um Null herum schwankt, bevor größere Werte angenommen werden. Daher kann die Steuerschaltung 110 einen Filter implementieren, um zu verhindern, dass die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung dies als mehr als einen Nulldurchgang detektiert. Wenn ein Nulldurchgang detektiert wurde, erlaubt der Filter für eine vorgegebene Anzahl von Zyklen keine Werte mit dem vorigen Vorzeichen. Wenn dieser Fall eintritt, wird der fehlerhafte Wert mit dem vorigen ersetzt.
Die Steuerschaltung 110 kann dem Rotorwinkel einen Bereich von 0 → π oder π →2 π zuweisen. Wenn sich der Rotor in dem ersten Bereich befindet, ist die Gegen-Emk-Spannung positiv, wenn sich der Rotor im letzteren befindet, ist die Gegen-Emk-Spannung negativ. Nach diesem Schritt stellt die Gegen-Emk-Beobachtersteuerung genug Informationen bereit, um den Motor ordnungsgemäß zu kommutieren und eine wirksame Steuerung herzustellen. Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 die Rotorposition (z.B., 0 → π oder π →2 π) des BLDC-Motors 106 mithilfe der geschätzten Gegen-Emk-Spannung berechnen. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, eine erste Polarität oder eine zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition auszuwählen. In einigen Beispielen ist die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt. Beispielsweise kann die erste Polarität positiv und die zweite Polarität negativ sein, oder die erste Polarität kann negativ und die zweite Polarität positiv sein.
Dennoch kann die Steuerschaltung 110 den Motorwinkel zwischen den Nulldurchgangsereignissen extrapolieren. Diese Extrapolation kann eine wirksame und genaue Technik zum Erhalten eines fortlaufenden Winkels sein, wenn sich der Rotor in einem statischen Zustand befindet und nicht beschleunigt. Solange die Drehzahl begrenzter Varianz unterliegt, kann die Steuerschaltung 110 die Dauer zwischen den zwei letzten Nulldurchgangsereignissen ausnutzen, um den Rotorwinkel zu aktualisieren. Zuerst berechnet die Steuerschaltung 110 das Winkelinkrement eine für einen Berechnungszeitschritt T_S wie folgt. $θ_{i n c} = \frac{π}{t_{Z C P 2} - t_{Z C P 1}} \cdot T_{S} .$
wobei t_ZCP1 eine Zeit für einen ersten Nulldurchgang ist und t_ZCP2 eine Zeit für einen zweiten Nulldurchgang ist, der sofort nach dem ersten Nulldurchgang auftritt.
Anschließend kann die Steuerschaltung 110 dieses Inkrement jedes Mal addieren, wenn die Berechnung ausgeführt wird, was eine linear extrapolierte Näherung des fortlaufenden Rotorwinkels ergibt. Der Nulldurchgang der Gegen-Emk-Spannung kann diese Schätzung auf die zuverlässige Winkelschätzung zurücksetzen. Die Extrapolation kann von dem tatsächlichen Rotorwinkel abweichen, falls der Motor beschleunigt. Eine Zeit zwischen zwei Nulldurchgangsereignissen kann mit keiner konstanten aber der durchschnittlichen Drehzahl jener Periode korrelieren. Wenn die Drehung schneller wird, stellt die bestimmte Drehzahl möglicherweise keine Informationen über diejenige im folgenden Intervall bereit. Um zu entscheiden, wann die Extrapolation gültig ist, kann die Steuerschaltung 110 die Zeitdifferenz zwischen zwei Intervallen mit einer voreingestellten Schwelle vergleichen. Die Steuerschaltung 110 kann die Extrapolation verwerfen, wenn die Schwelle überschritten ist.
Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 110 die Rotorposition mithilfe der Gegen-Emk-Beobachtersteuerung berechnen. Um die Rotorposition zu berechnen, kann die Steuerschaltung 110 zum Beispiel dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung die erste Polarität aufweist. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 dazu ausgebildet sein, zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung die zweite Polarität aufweist. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110, um den Strom an der Statorwicklung zu kommutieren, dazu ausgebildet sein, die erste Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, und die zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Die Berechnung der Rotorposition auf Grundlage einer Schätzung der Gegen-Emk-Spannung gestattet es der Steuerschaltung 110, die Kommutation durch Bestimmen der ausgerichteten Positionen des Rotors zu steuern. Ferner ist bei nahezu konstanten Drehzahlen ein fortlaufender Winkel ableitbar und kann zur Steuerung des Kommutationswinkels oder zur Modellierung der Statorinduktivität genutzt werden.
6 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer Flussbeobachtersteuerung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt. Zur Anwendung in einem einphasigen BLDC-Motor kann eine Flussbeobachtertechnik wie folgt genutzt werden. Der berechnete Magnetfluss, eine periodische Funktion von 2π, unterläge einer bestimmten Rampendrift und einem bestimmten DC-Versatz. Aufgrund dieses Effekts können zusätzliche Schritte genutzt werden, um die Ausnutzung des Flussbeobachters zu Winkelschätzung zu gestatten. Um die Daten weiter zu analysieren, können die Werte auf einer Nulllinie zentriert sein, wobei die Maxima und Minima gleiche absolute Amplituden aufweisen. Deshalb kann die Steuerschaltung 110 eine Kompensationssteuerung enthalten, deren Ausgabe V_komp direkt hinzuaddiert wird, was Folgendes ergibt. $Ψ_{P M} = \int_{0}^{t} (V - R_{S} \cdot i + V_{k o m p}) d t - L_{S} \cdot i .$
Diese Kompensationssteuerung kann wie durch 6 demonstriert implementiert sein. Zum Beispiel erzeugt das Modul 602 einen Statorinduktor (L_S ). Das Modul 604 multipliziert den Statorinduktor und den Statorstrom. Das Modul 606 erzeugt $\int_{0}^{t} (V - R_{S} \cdot i + V_{k o m p}) d t .$
In diesem Beispiel subtrahiert das Modul 608 die Ausgabe des Moduls 604 von der Ausgabe des Moduls 606. Das Modul 610 erzeugt einen gleitenden Durchschnitt (Ψ_pm ) mithilfe der Ausgabe des Moduls 606.
7 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer Flussdriftkompensation gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt. Einige Systeme nutzen Driftkompensation als eine Standard-Proportional-Integral- (PI-) Steuerung mit Eingabe als den Gesamtfluss. Derartige Systeme würden fortlaufend versuchen, den Fluss auf Null zu steuern und somit den Bereich unterhalb der Kurve egalisieren. Derartige Techniken sind in dynamischen Szenarien jedoch unvorteilhaft, zum Beispiel während des Beschleunigens. Die Steuerung ist möglicherweise nicht schnell genug, um mit den sich schnell ändernden Frequenzen zurechtzukommen. Wenngleich derartige Systeme bei konstanten Drehzahlen bis zu einem gewissen Grad funktionieren können, sind derartige Systeme nicht gut dafür geeignet, den Fluss mit zufriedenstellender Präzision zu schätzen. Zudem können derartige Systeme die Form des berechneten Flusses verzerren, was später bei der Bestimmung des Rotorwinkels zu Rechenfehlern führt.
Um die Unzulänglichkeiten der fortlaufenden PI-Steuerung zu kompensieren, kann die Steuerschaltung 110 mit einer Kompensation ausgebildet sein, die erweitert und diskretisiert ist, wie in 7 demonstriert.
Die Kompensation von 7 kann dazu ausgebildet sein, den berechneten Fluss auszugleichen, mit dem Ergebnis, dass die Minima und Maxima im Verhältnis zur Nulllinie symmetrisch verteilt sind. Zum Beispiel kann das Modul 702 die Minima (z.B. den ersten Flussabtastwert) und Maxima (z.B. den zweiten Flussabtastwert) erzeugen, die im Verhältnis zu der Nulllinie symmetrisch verteilt sind. Daher kann die Driftkompensation von 7 die Summe zweier aufeinander folgender Spitzenwerte als Eingabe für eine ausgelöste PI-Steuerung 704 verwenden. Durch zwei dividiert ist dies genau der absolute Versatz, den das Minimum und das Maximum jeweils zu Null aufweisen.
Die Steuerschaltung 110 kann die Minima und Maxima durch Beobachten der Gegen-Emk-Spannung detektieren. In der ausgerichteten Position ist der Magnetfluss von den Permanentmagneten am größten. Daher kann die Steuerschaltung 110 die Flusswerte abtasten, wenn ein Nulldurchgangsereignis der Gegen-Emk-Spannung detektiert wird. Die Kompensationssteuerung kann anschließend ausgelöst und einmal pro Halbzyklus ausgeführt werden. Ferner skaliert das Modul 706 die Steuer-Ausgabe um die Drehzahl, da die Rampendrift erkennbar drehzahlabhängig ist.
Um die Rotorposition zu berechnen, kann die Steuerschaltung 110 zum Beispiel dazu ausgebildet sein, einen ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, einen zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, und eine Kompensationsspannung mithilfe des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts zu erzeugen.
Genauer kann die Steuerschaltung 110, um die Rotorposition zu berechnen, zum Beispiel dazu ausgebildet sein, eine Gegen-Emk-Spannung mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine erste Polarität aufweist. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine zweite Polarität aufweist, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 110, um die Kompensationsspannung zu erzeugen, dazu ausgebildet sein, einen Durchschnitt des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts als Eingabe in eine Proportional-Integral-Steuerung zu bestimmen und eine Ausgabe der Proportional-Integral-Steuerung um eine Drehzahl des BLDC-Motors zu skalieren.
Ein nächster Schritt nach der erfolgreichen Schätzung des Rotorflusses ist der Aufbau des orthogonalen Flusssystems, und der Fluss wird um 90 Grad verzögert, wobei die imaginäre Komponente des Fluss-Phasors erzeugt wird. Dies kann durch das erneute Codieren der berechneten Flussdaten und das erneute Verwenden dieser nach einer variablen Anzahl von Berechnungszeitschritten N_TS erreicht werden. Die Anzahl der Verzögerungsperioden kann von der elektrischen Frequenz und somit von der Drehzahl abhängen. Die Anzahl der Verzögerungsperioden kann der Zeit entsprechen, die der Rotor benötigt, um einen Winkel von π /2 zu vollenden. Die Anzahl der Abtastperioden kann wie folgt sein. $N_{T_{S}} = \frac{2 π}{4 \cdot ω_{e l} \cdot T_{S}} .$
Mit dem geschätzten Permanentmagnetfluss und dem verzögerten Fluss, wobei der Rotorwinkel mithilfe der atan2-Funktion berechnet wird, ist der Rotorwinkel wie folgt. $θ_{a t a n 2} = atan2 (Ψ_{P M_{d}}, Ψ_{P M}) + π .$
Während die Gegen-Emk-Spannung in einigen Beispielen dafür genutzt werden kann, Flussminima und -maxima zu bestimmen (z.B. den ersten Flussabtastwert, den zweiten Flussabtastwert usw.), kann die Steuerschaltung 110 in einigen Beispielen die Flussminima und -maxima mithilfe des berechneten Rotorwinkels bestimmen. Um die Rotorposition zu berechnen, kann die Steuerschaltung 110 zum Beispiel dazu ausgebildet sein, fortlaufend einen Fluss für den BLDC-Motor mithilfe der Kompensationsspannung zu schätzen und fortlaufend die Rotorposition mithilfe des Flusses zu berechnen. In diesem Beispiel kann die Steuerschaltung 110 den ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf erzeugen, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, und den zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf erzeugen, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht. Auf diese Weise kann die Steuerschaltung 110 den ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf erzeugen, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, und den zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf erzeugen, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
8 ist ein Blockdiagramm, das eine Beispielimplementierung einer flussbasierten Winkelschätzung gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung darstellt. Insgesamt kann die Schätzung der Rotorposition die drei Schritte wie in 8 dargestellt umfassen, wenngleich in anderen Beispielen zusätzliche Schritte genutzt werden können. Der erste Schritt 802 enthält das Berechnen und das Kompensieren des Flusses über ein ausgelöstes Untersystem. Der zweite Schritt 804 enthält das Verzögern des Flusses um eine drehzahlabhängige Anzahl von Abtastperioden. Der dritte Schritt 806 enthält das Berechnen des Rotorwinkels mithilfe der atan2-Funktion.
9 ist eine Darstellung eines berechneten Magnetflusses und eines Flusses, der um n/2 verzögert ist, und eines extrahierten Rotorwinkels bei einer Drehzahl von 3500 Umdrehungen pro Minute (revolutions per minute, rpm) gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Die Abzissenachse von 9 ist eine Zeit in Sekunden, und die Ordinatenachse von 9 ist ein momentaner Fluss 902 des BLDC-Motors 106, ein verzögerter Fluss 904 des BLDC-Motors 106, ein geschätzter Rotorwinkel 906 und ein Ist-Rotorwinkel, der den geschätzten Rotorwinkel 906 im Wesentlichen überlappt. Wie in 9 gezeigt, ist die Winkelberechnung auf Grundlage des konstruierten orthogonalen Flusses (z.B. Flussbeobachtersteuerung), sobald sie stabilisiert ist, zuverlässig zu nutzen und produziert einen durchschnittlichen Fehler von weniger als 2 %.
10 ist ein Flussdiagramm zur Schätzung einer Rotorposition und zum Anlegen einer konstanten Anlaufspannung an eine Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Nur zu Veranschaulichungszwecken sind die Beispieloperationen nachstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 9 beschrieben.
Gemäß den Techniken von 10 legt die Steuerschaltung 110 einen ersten Spannungspuls an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106 an (1002). Die Steuerschaltung 110 misst einen ersten Stromabtastwert an der Statorwicklung (1004). Die Steuerschaltung 110 legt einen zweiten Spannungspuls an der Statorwicklung an (1006). Die Steuerschaltung 110 misst einen zweiten Stromabtastwert an der Statorwicklung (1008).
Die Steuerschaltung 110 bestimmt, ob der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist (1010). In Reaktion auf das Bestimmen, dass der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist („JA“ von Schritt 1010) erzeugt die Steuerschaltung 110 eine konstante Anlaufspannung mit einer ersten Polarität (1012). In Reaktion auf das Bestimmen, dass der erste Stromabtastwert nicht größer als der zweite Stromabtastwert ist („NEIN“ von Schritt 1010) erzeugt die Steuerschaltung 110 jedoch eine konstante Anlaufspannung mit einer zweiten Polarität (1014). In einigen Beispielen ist die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt.
11 ist ein Flussdiagramm zur Kommutation von Strom an einer Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe einer geschätzten Gegen-Emk gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Nur zu Veranschaulichungszwecken sind die Beispieloperationen nachstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 9 beschrieben.
Wie in 11 gezeigt, empfängt die Steuerschaltung 110 Strom an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106 (1102). Die Steuerschaltung 110 bestimmt Systemparameter für den BLDC-Motor 106 (1104). Zum Beispiel bestimmt die Steuerschaltung 110 Systemparameter wie beispielsweise unter anderem Statorwiderstand, Statorinduktivität oder andere Systemparameter. Die Steuerschaltung 110 schätzt die Gegen-Emk-Spannung mithilfe von Strom an der Statorwicklung und Systemparametern (1106). Zum Beispiel schätzt die Steuerschaltung 110 die Gegen-Emk-Spannung gemäß der Gleichung 10. Die Steuerschaltung 110 schätzt eine Rotorposition des BLDC-Motors 106 mithilfe der Gegen-Emk-Spannung (1108). Zum Beispiel schätzt die Steuerschaltung 110 die Rotorposition des BLDC-Motors 106 gemäß der Gleichung 11. Die Steuerschaltung 110 bestimmt, ob die Rotorposition innerhalb von 0- π (z.B. 0 bis 180 Grad) liegt (1110). In Reaktion auf das Bestimmen, dass die Rotorposition innerhalb von 0- π liegt („JA“ von Schritt 1110), wählt die Steuerschaltung 110 eine erste Polarität aus (1112). In Reaktion auf das Bestimmen, dass die Rotorposition nicht innerhalb von 0- π liegt („NEIN“ von Schritt 1110), wählt die Steuerschaltung 110 eine zweite Polarität aus (1114). In einigen Beispielen ist die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt.
12 ist ein Flussdiagramm zur Kommutation von Strom an einer Statorwicklung eines BLDC-Motors mithilfe einer Driftkompensation, die auf Minima- und Maxima-Fluss basiert, gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Nur zu Veranschaulichungszwecken sind die Beispieloperationen nachstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 9 beschrieben.
Wie in 12 gezeigt, berechnet die Steuerschaltung 110, eine Rotorposition des BLDC-Motors 106 entspricht einem elektrischen Winkel von 0 Grad (1202). Zum Beispiel berechnet die Steuerschaltung 110 die Rotorposition als dem elektrischen Winkel von 0 Grad entsprechend in Reaktion darauf, dass eine Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine zweite Polarität aufweist. In einigen Beispielen berechnet die Steuerschaltung 110 die Rotorposition als dem elektrischen Winkel von 0 Grad entsprechend in Reaktion darauf, dass eine fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht. In jedem Fall erzeugt die Steuerschaltung 110 einen ersten Flussabtastwert mithilfe einer Spannung an einer Statorwicklung des BLDC-Motors 106, eines Stroms an der Statorwicklung und mithilfe von Systemparametern (1204). Zum Beispiel erzeugt die Steuerschaltung 110 einen ersten Flussabtastwert gemäß der Gleichung 12 in Reaktion darauf, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht.
Die Steuerschaltung 110 berechnet, eine Rotorposition des BLDC-Motors 106 entspricht einem elektrischen Winkel von 180 Grad (1206). Zum Beispiel berechnet die Steuerschaltung 110 die Rotorposition als dem elektrischen Winkel von 180 Grad entsprechend in Reaktion darauf, dass eine Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine erste Polarität aufweist. Die erste Polarität kann der zweiten Polarität entgegengesetzt sein. In einigen Beispielen berechnet die Steuerschaltung 110 die Rotorposition als dem elektrischen Winkel von 180 Grad entsprechend in Reaktion darauf, dass eine fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht. In jedem Fall erzeugt die Steuerschaltung 110 einen zweiten Flussabtastwert mithilfe einer Spannung an der Statorwicklung, eines Stroms an der Statorwicklung und mithilfe von Systemparametern (1208). Zum Beispiel erzeugt die Steuerschaltung 110 einen ersten Flussabtastwert gemäß der Gleichung 12 in Reaktion darauf, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Die Steuerschaltung 110 bestimmt einen Durchschnitt (z.B. ein Mittel, einen Median usw.) des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts (1210). Die Steuerschaltung 110 wendet eine PI-Steuerung auf den Durchschnitt des ersten und zweiten Flussabtastwerts an (1212). Zum Beispiel kann die Steuerschaltung 110 den Durchschnitt der ersten und zweiten Flussabtastwerts als eine Eingabe in die PI-Steuerung nutzen. Die Steuerschaltung 110 skaliert die Ausgabe der PI-Steuerung mithilfe einer Drehzahl des Rotors des BLDC-Motors 106, um eine Kompensationsspannung zu erzeugen (1214).
Die Steuerschaltung 110 schätzt fortlaufend einen Fluss für den BLDC-Motor 106 mithilfe der Kompensationsspannung, der Spannung an der Statorwicklung, des Stroms an der Statorwicklung, und mithilfe von Systemparametern (1216). Zum Beispiel schätzt die Steuerschaltung 110 fortlaufend einen Fluss für den BLDC-Motor 106 gemäß der Gleichung 12. Die Steuerschaltung 110 schätzt fortlaufend eine Rotorposition für den BLDC-Motor 106 mithilfe des Flusses (1218). Zum Beispiel schätzt die Steuerschaltung 110 fortlaufend die Rotorposition für den BLDC-Motor 106 gemäß der Gleichung 14. Die Steuerschaltung 110 wählt eine erste Polarität oder eine zweite Polarität mithilfe der Rotorposition aus (1220). Zum Beispiel wählt die Steuerschaltung 110 die erste Polarität in Reaktion auf das Bestimmen aus, dass die Rotorposition innerhalb von 0- π liegt, und wählt die zweite Polarität in Reaktion auf das Bestimmen aus, dass die Rotorposition nicht innerhalb von 0-π liegt. In einigen Beispielen ist die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt.
13 ist eine Darstellung verschiedener Steuerungs- und Positionsschätzungstechniken gemäß einer oder mehreren Techniken dieser Offenbarung. Nur zu Veranschaulichungszwecken sind die Beispieloperationen nachstehend im Zusammenhang mit den 1 bis 12 beschrieben. Die Abzissenachse von 13 ist eine Zeit in Sekunden (s), und die Ordinatenachse von 13 ist eine Phasenspannung 1302 (z.B. Spannung an einer Statorwicklung) in Volt, ein Phasenstrom 1304 (z.B. Strom an der Statorwicklung) in Ampere, eine Ist-Rotorposition 1306 im Bogenmaß und eine geschätzte Rotorposition 1308 im Bogenmaß.
13 stellt ein Beispiel dreier beispielhaften Komponenten eines Übergangs sensorloser Positionsdetektion (z.B. Anlaufsteuerung 222, Gegen-Emk-Beobachtersteuerung 206, Flussbeobachtersteuerung 208) dar. Die verschiedenen Komponenten sensorloser Positionsdetektion können verschiedene Techniken zur Steuerung und Positionsschätzung nutzen, wie hierin beschrieben. Nachdem die Steuerschaltung 110 den anfänglichen Rotorwinkel („anf“) detektiert, legt die Steuerschaltung 110 eine konstante Anlaufspannung als Phasenspannung 1302 an. Während der ersten fünf Kommutationen wird die angelegte Phasenspannung 1302 konstant gehalten („konst. Spannung“), und dann werden der Strom- und die Drehzahlsteuerung weiter verwendet („Drehzahlsteuerung“). Wenn die Flussbeobachtersteuerung schließlich bereit ist, wird die Flussbeobachtersteuerung aktiviert („Fluss“). Wenngleich 13 mehrere Kombinationen während der Anlaufsteuerung darstellt, kann die Anlaufsteuerung in einigen Beispielen nur eine Kommutation enthalten.
Die folgenden Beispiele können einen oder mehrere Aspekte der Offenbarung veranschaulichen.
Beispiel 1. Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrom- (BLDC-) Motor, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen; eine konstante Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition des BLDC-Motors anzulegen, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, eine Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.
Beispiel 2. Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: zu bestimmen, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, wenn eine Zeitableitung des Stroms an der Statorwicklung Null entspricht.
Beispiel 3. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 2, wobei, um die Rotorposition zu schätzen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die Rotorposition mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen.
Beispiel 4. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 3, wobei, um die Rotorposition zu schätzen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen ersten Stromabtastwert an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines ersten Spannungspulses an die Statorwicklung zu messen; und einen zweiten Stromabtastwert an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an die Statorwicklung zu messen, wobei der zweite Spannungspuls eine Polarität aufweist, die dem ersten Spannungspuls entgegengesetzt ist.
Beispiel 5. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 4, wobei, um die konstante Anlaufspannung anzulegen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die konstante Anlaufspannung mit der ersten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist, und die konstante Anlaufspannung mit einer zweiten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert nicht größer als der zweite Stromabtastwert ist, und wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Beispiel 6. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 5, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-Emk-Spannung) mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen; und die Rotorposition mithilfe der Gegen-Emk-Spannung zu berechnen; und wobei, um den Strom an der Statorwicklung zu kommutieren, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, eine erste Polarität oder eine zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition auszuwählen, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Beispiel 7. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 6, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung die erste Polarität aufweist; und zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung die zweite Polarität aufweist; und wobei, um den Strom an der Statorwicklung zu kommutieren, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: die erste Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht; und die zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Beispiel 8. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 7, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht; einen zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht; und eine Kompensationsspannung mithilfe des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts zu erzeugen.
Beispiel 9. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 8, wobei, um die Kompensationsspannung zu erzeugen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen Durchschnitt des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts als Eingabe in eine Proportional-Integral-Steuerung zu bestimmen; und eine Ausgabe der Proportional-Integral-Steuerung um eine Drehzahl des BLDC-Motors zu skalieren.
Beispiel 10. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 9, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-Emk-Spannung) mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen; zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine erste Polarität aufweist; und zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Gegen-Emk-Spannung durch Null geht, wenn die Gegen-Emk-Spannung eine zweite Polarität aufweist, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Beispiel 11. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 10, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: fortlaufend einen Fluss für den BLDC-Motor mithilfe der Kompensationsspannung zu schätzen; und fortlaufend die Rotorposition mithilfe des Flusses zu berechnen, wobei das Erzeugen des ersten Flussabtastwerts in Reaktion darauf erfolgt, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, und wobei das Erzeugen des zweiten Flussabtastwerts in Reaktion darauf erfolgt, dass die fortlaufend geschätzte Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Beispiel 12. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 11, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: von einem Stromsensor eine Messung des Stroms an der Statorwicklung zu empfangen.
Beispiel 13. Steuerschaltung nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 1 bis 12, ferner umfassend: ein erstes Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen ersten Knoten der Statorwicklung selektiv mit einem Versorgungsknoten einer Versorgung oder einem Referenzknoten der Versorgung zu koppeln; ein zweites Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen zweiten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; und einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines Steuersignals, das von der Steuerschaltung ausgegeben wird, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu arbeiten, wobei während des ersten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und wobei während des zweiten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln.
Beispiel 14. Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrom- (BLDC-) Motors, das Verfahren umfassend: Schätzen, durch eine Steuerschaltung, einer Rotorposition des BLDC-Motors; Anlegen, durch die Steuerschaltung, einer konstanten Anlaufspannung an eine Statorwicklung des BLDC-Motors mithilfe der geschätzten Rotorposition, bis ein Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, Gestatten, durch die Steuerschaltung, einer Kommutation des Stroms an der Statorwicklung; Berechnen, durch die Steuerschaltung, der Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung; und Kommutieren, durch die Steuerschaltung, des Stroms an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition.
Beispiel 15. Verfahren nach Anspruch 14, ferner umfassend: Bestimmen, durch die Steuerschaltung, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, wenn eine Zeitableitung des Stroms an der Statorwicklung Null entspricht.
Beispiel 16. Verfahren nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 14 bis 15, wobei das Schätzen der Rotorposition das Schätzen der Rotorposition mithilfe des Stroms an der Statorwicklung umfasst.
Beispiel 17. Verfahren nach einer beliebige Kombination der Beispiele 14 bis 16, wobei das Schätzen der Rotorposition Folgendes umfasst: Messen eines ersten Stromabtastwerts an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines ersten Spannungspulses an die Statorwicklung; und Messen eines zweiten Stromabtastwerts an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an die Statorwicklung, wobei der zweite Spannungspuls eine Polarität aufweist, die dem ersten Spannungspuls entgegengesetzt ist.
Beispiel 18. Verfahren nach einer beliebigen Kombination der Beispiele 14 bis 17, wobei das Anlegen der konstanten Anlaufspannung das Anlegen der konstanten Anlaufspannung mit einer ersten Polarität, wenn der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist, und das Anlegen der konstanten Anlaufspannung mit einer zweiten Polarität, wenn der erste Stromabtastwert nicht größer als der zweite Stromabtastwert ist, umfasst, und wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Beispiel 19. Verfahren nach einer beliebige Kombination der Beispiele 14 bis 18, wobei das Berechnen der Rotorposition Folgendes umfasst: Schätzen einer Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft (Gegen-Emk-Spannung) mithilfe des Stroms an der Statorwicklung; und Berechnen der Rotorposition mithilfe der Gegen-Emk-Spannung; und wobei das Kommutieren des Stroms an der Statorwicklung das Auswählen einer ersten Polarität oder einer zweiten Polarität für den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition umfasst, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Beispiel 20. System, umfassend: einen einphasigen bürstenlosen Gleichstrom- (BLDC-) Motor; einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, eine Messung eines Stroms an einer Statorwicklung des BLDC-Motors zu erzeugen; eine Versorgung, umfassend einen Versorgungsknoten und einen Referenzknoten; ein erstes Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen ersten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; ein zweites Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen zweiten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu arbeiten, wobei während des ersten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und wobei während des zweiten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist: mit dem Treiber eine Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen; mit dem Treiber eine konstante Anlaufspannung an die Statorwicklung mithilfe der geschätzten Rotorposition anzulegen, bis die Messung des Stroms an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; in Reaktion darauf, dass die Messung des Stroms an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, die Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; die Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und mit dem Treiber den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.
In dieser Offenbarung wurden verschiedene Aspekte beschrieben. Diese und andere Aspekte liegen im Umfang der folgenden Ansprüche

Claims

Steuerschaltung für einen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-) Motor, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine anfängliche Rotorposition des BLDC-Motors zu schätzen; eine Anfangsspannung oder einen Anfangsstrom an eine Statorwicklung des BLDC-Motors auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors anzulegen; in Reaktion darauf, dass die Anfangsspannung oder der Anfangsstrom, die bzw. der an der Statorwicklung angelegt ist, eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, eine Kommutation eines Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; eine Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.
Steuerschaltung nach Anspruch 1, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: die Anfangsspannung an die Statorwicklung des BLDC-Motors anzulegen, bis der Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; und in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, die Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten.
Steuerschaltung nach Anspruch 2, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, zu bestimmen, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, wenn eine Zeitableitung des Stroms an der Statorwicklung Null entspricht.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen vorbestimmten Wert des Anfangsstroms festzulegen, der an die Statorwicklung auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors angelegt wird; den Anfangsstrom für eine vorbestimmte Zeitdauer an der Statorwicklung anzulegen; und die Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu gestatten, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, die anfängliche Rotorposition mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei, um die anfängliche Rotorposition zu schätzen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen ersten Stromabtastwert an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines ersten Spannungspulses an der Statorwicklung zu messen; und einen zweiten Stromabtastwert an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an der Statorwicklung zu messen, wobei der zweite Spannungspuls eine Polarität aufweist, die dem ersten Spannungspuls entgegengesetzt ist.
Steuerschaltung nach Anspruch 6, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, eine Anfangsspannung mit der ersten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist, und eine Anfangsspannung mit einer zweiten Polarität anzulegen, wenn der erste Stromabtastwert nicht größer als der zweite Stromabtastwert ist, und wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen; und die Rotorposition mithilfe der Spannung der gegenelektromotorischen Kraft zu berechnen; und wobei, um den Strom an der Statorwicklung zu kommutieren, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, eine erste Polarität oder eine zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition auszuwählen, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Steuerschaltung nach Anspruch 8, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft durch Null geht, wenn die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft die erste Polarität aufweist; und zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft durch Null geht, wenn die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft die zweite Polarität aufweist; und wobei, um den Strom an der Statorwicklung zu kommutieren, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: die erste Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht; und die zweite Polarität für den Strom an der Statorwicklung in Reaktion auf das Bestimmen auszuwählen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht; einen zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die berechnete Rotorposition einem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht; und eine Kompensationsspannung mithilfe des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts zu erzeugen.
Steuerschaltung nach Anspruch 10, wobei, um die Kompensationsspannung zu erzeugen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: einen Durchschnitt des ersten Flussabtastwerts und des zweiten Flussabtastwerts als Eingabe in eine Proportional-Integral-Steuerung zu bestimmen; und eine Ausgabe der Proportional-Integral-Steuerung um eine Drehzahl des BLDC-Motors zu skalieren.
Steuerschaltung nach Anspruch 10 oder 11, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: eine Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft mithilfe des Stroms an der Statorwicklung zu schätzen; zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft durch Null geht, wenn die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft eine erste Polarität aufweist; und und zu bestimmen, dass die berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, in Reaktion darauf, dass die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft durch Null geht, wenn die Spannung der gegenelektromotorischen Kraft eine zweite Polarität aufweist, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 10 bis 12, wobei, um die Rotorposition zu berechnen, die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist: fortlaufend einen Fluss für den BLDC-Motor mithilfe der Kompensationsspannung zu schätzen; und die Rotorposition mithilfe des geschätzten Flusses fortlaufend zu berechnen, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den ersten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die fortlaufend berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 0 Grad entspricht, und wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, den zweiten Flussabtastwert in Reaktion darauf zu erzeugen, dass die fortlaufend berechnete Rotorposition dem elektrischen Winkel von 180 Grad entspricht.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 13, wobei die Steuerschaltung dazu ausgebildet ist, von einem Stromsensor eine Messung des Stroms an der Statorwicklung zu empfangen.
Steuerschaltung nach einem der Ansprüche 1 bis 14, ferner umfassend: ein erstes Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen ersten Knoten der Statorwicklung selektiv mit einem Versorgungsknoten einer Versorgung oder einem Referenzknoten der Versorgung zu koppeln; ein zweites Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen zweiten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; und einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, auf Grundlage eines Steuersignals, das von der Steuerschaltung ausgegeben wird, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu arbeiten, wobei während des ersten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und wobei während des zweiten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln.
Verfahren zur Steuerung eines bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-) Motors, das Verfahren umfassend: Schätzen einer anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors; Anlegen einer Anfangsspannung oder eines Anfangsstroms an eine Statorwicklung des BLDC-Motors auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors; in Reaktion darauf, dass die Anfangsspannung oder der Anfangsstrom, die bzw. der an der Statorwicklung angelegt ist, eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, Gestatten einer Kommutation eines Stroms an der Statorwicklung; Berechnen einer Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung; und Kommutieren des Stroms an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition.
Verfahren nach Anspruch 16, wobei das Anlegen der Anfangsspannung oder des Anfangsstroms an die Statorwicklung des BLDC-Motors auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors Folgendes umfasst: Anlegen der Anfangsspannung an die Statorwicklung des BLDC-Motors, bis der Strom an der Statorwicklung einem lokalen Minimalstrom entspricht; und in Reaktion darauf, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung.
Verfahren nach Anspruch 17, ferner umfassend Bestimmen, dass der Strom an der Statorwicklung dem lokalen Minimalstrom entspricht, wenn eine Zeitableitung des Stroms an der Statorwicklung Null entspricht.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 18, wobei das Anlegen der Anfangsspannung oder des Anfangsstroms an der Statorwicklung des BLDC-Motors auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors Folgendes umfasst: Festlegen eines vorbestimmten Werts des Anfangsstroms, der an der Statorwicklung auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors angelegt wird; Anlegen des Anfangsstroms an der Statorwicklung für eine vorbestimmte Zeitdauer; und Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung, nachdem die vorbestimmte Zeitdauer verstrichen ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 19, wobei das Schätzen der anfänglichen Rotorposition das Schätzen der Rotorposition mithilfe des Stroms an der Statorwicklung umfasst.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 20, wobei das Schätzen der anfänglichen Rotorposition Folgendes umfasst: Messen eines ersten Stromabtastwerts an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines ersten Spannungspulses an der Statorwicklung; und Messen eines zweiten Stromabtastwerts an der Statorwicklung in Reaktion auf das Anlegen eines zweiten Spannungspulses an der Statorwicklung, wobei der zweite Spannungspuls eine Polarität aufweist, die dem ersten Spannungspuls entgegengesetzt ist.
Verfahren nach Anspruch 21, ferner umfassend das Anlegen einer Anfangsspannung mit einer ersten Polarität, wenn der erste Stromabtastwert größer als der zweite Stromabtastwert ist, und das Anlegen einer Anfangsspannung mit einer zweiten Polarität, wenn der erste Stromabtastwert nicht größer als der zweite Stromabtastwert ist, und wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
Verfahren nach einem der Ansprüche 16 bis 22, wobei das Berechnen der Rotorposition Folgendes umfasst: Schätzen einer Spannung einer gegenelektromotorischen Kraft mithilfe des Stroms an der Statorwicklung; und Berechnen der Rotorposition mithilfe der Spannung der gegenelektromotorischen Kraft; und wobei das Kommutieren des Stroms an der Statorwicklung das Auswählen einer ersten Polarität oder einer zweiten Polarität für den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition umfasst, wobei die erste Polarität der zweiten Polarität entgegengesetzt ist.
System, umfassend: einen einphasigen bürstenlosen Gleichstrom-(BLDC-) Motor; einen Stromsensor, der dazu ausgebildet ist, eine Messung eines Stroms an einer Statorwicklung des BLDC-Motors zu erzeugen; eine Versorgung, umfassend einen Versorgungsknoten und einen Referenzknoten; ein erstes Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen ersten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; ein zweites Schaltmodul, das dazu ausgebildet ist, einen zweiten Knoten der Statorwicklung selektiv mit dem Versorgungsknoten oder dem Referenzknoten zu koppeln; einen Treiber, der dazu ausgebildet ist, in einem ersten Zustand und einem zweiten Zustand zu arbeiten, wobei während des ersten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und wobei während des zweiten Zustands der Treiber dazu ausgebildet ist, das erste Schaltmodul anzusteuern, um den ersten Knoten der Statorwicklung mit dem Referenzknoten zu koppeln, und das zweite Schaltmodul anzusteuern, um den zweiten Knoten der Statorwicklung mit dem Versorgungsknoten zu koppeln; und eine Steuerschaltung, die dazu ausgebildet ist: eine anfängliche Rotorposition des BLDC-Motors zu zchätzen; eine Anfangsspannung oder einen Anfangsstrom an der Statorwicklung des BLDC-Motors auf Grundlage der geschätzten anfänglichen Rotorposition des BLDC-Motors anzulegen; in Reaktion darauf, dass die Anfangsspannung oder der Anfangsstrom, die bzw. der an der Statorwicklung angelegt ist, eine vorbestimmte Bedingung erfüllt, eine Kommutation eines Stroms an der Statorwicklung zu gestatten; eine Rotorposition in Reaktion auf das Gestatten der Kommutation des Stroms an der Statorwicklung zu berechnen; und den Strom an der Statorwicklung mithilfe der berechneten Rotorposition zu kommutieren.