TWI811849B - 用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置 - Google Patents

用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置 Download PDF

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劉揚波
陳磊
呂華偉
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大陸商昂寶電子（上海）有限公司
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    • H—ELECTRICITY
    • H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P6/00—Arrangements for controlling synchronous motors or other dynamo-electric motors using electronic commutation dependent on the rotor position; Electronic commutators therefor
    • H02P6/08—Arrangements for controlling the speed or torque of a single motor

Abstract

本公開涉及用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置。一種用於直流無刷電機的控制方法，包括：基於直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及第一至第三定子線圈同時通電；以及通過調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節直流無刷電機的轉速。

Description

用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置
本公開涉及積體電路和電機控制方法，更具體地，涉及用於直流無刷電機(Brushless DC Motor，BLDC)的控制方法和控制裝置。
相比傳統的交流感應電機以及直流串激電機等電機，BLDC具有效率高、體積小等優點，已經在電動工具、電調、吸塵器、車類、泵類、扇類等產品中得到了廣泛應用。
然而，BLDC的超速控制比較困難。BLDC轉子使用永磁體，永磁體不需要勵磁電流。針對BLDC的超速控制，在目前的磁場導向控制(Field-Oriented Control，FOC)中，採用弱磁控制，即在定子線圈d軸方向注入負向的磁通量，如圖1中φS_d所示。由於φS_d抵消了部分反電勢電壓，因此能夠使電機以更高的轉速運行。
然而，定子線圈注入的φS_d只消耗電流而不產生扭矩，因此降低了電機運行效率。而且φS_d需要在旋轉坐標系(dq軸)中實現，相關控制演算法包含複雜的座標變化和轉子角度計算。因此只有高性能微程式控制器(Microprogram Control Unit，MCU)，如32位MCU才能完成控制，系統成本較高。
鑒於以上所述的問題，本公開提供了一種新穎的用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置。
根據本公開的實施例的一方面，提供了一種用於直流無刷電機的控制方法，包括：基於所述直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控 制所述第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：所述第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及所述第一至第三定子線圈同時通電；以及通過調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節所述直流無刷電機的轉速。
根據本公開的實施例的另一方面，提供了一種用於直流無刷電機的控制裝置，包括：控制模組，用於基於所述直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制所述第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：所述第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及所述第一至第三定子線圈同時通電；以及調節模組，用於通過調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節所述直流無刷電機的轉速。
根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制方法和控制裝置具有以下優勢：(1)通過增加電機的三個定子線圈同時導通(即三相全開)的狀態，相比傳統的採用“三相六拍”控制的無感方波控制，提高了母線電壓利用率，從而能夠達到電機超速控制的效果；(2)相比FOC中的弱磁控制，方波控制沒有弱磁電流，電機的運行效率更高，並且計算量小，不需要高性能MCU，採用低成本的8位MCU就可以完成控制，因此系統成本更低。
101,102,103,104:波形
105:交叉點
107:分壓電路
1810,1820:步驟
1910:控制模組
1920:調節模組
△:轉速誤差
θ:角度
B,BU+,BV-,BW-,BU+V-W-:磁場
BU+V-,BU+W-,BV-W-,2B,√3B,:磁場向量的幅值
d:軸
dq:軸
Duty:脈寬調變工作週期
KV:電機電勢係數
T1 T2:時間
U,V,W:電壓
U+,U-,V+,V-,W+,W-:半導體開關
從下面結合圖式對本公開的具體實施方式的描述中，可以更好地理解本公開，其中：圖1示出了傳統的FOC中的弱磁控制的示意圖；圖2示出了傳統的無感方波控制的結構示意圖以及相關電壓的波形示意圖；圖3示出了傳統的無感方波控制的控制時序示意圖； 圖4示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的部分磁場的示意圖；圖5示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈的狀態變換的示意圖；圖6示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的完整平面旋轉磁場的示意圖；圖7示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈的狀態變換的示意圖；圖8示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的部分磁場的示意圖；圖9示出了根據本公開的實施例的無感方波控制的控制時序示意圖；圖10示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的完整平面旋轉磁場的示意圖；圖11示出了根據本公開的實施例的用於控制電機的轉速的結構示意圖；圖12示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的部分磁場的另一示意圖；圖13示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第一實現方式的控制時序示意圖；圖14示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第二實現方式的控制時序示意圖；圖15和圖16示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第三實現方式的控制時序示意圖；圖17示出了根據本公開的實施例的用於控制電機的轉速的流程示意圖；圖18示出了根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制方法的流程示意圖；以及圖19示出了根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制裝置的結 構示意圖。
下面將參考圖式詳細描述本公開的各個方面的特徵和示例性實施例。示例實現方式能夠以多種形式實施，且不應被理解為限於本文闡述的實現方式；相反，提供這些實現方式以使得本公開更全面和完整，並將示例實現方式的構思全面地傳達給本領域技術人員。在圖式中，為了清晰，可能誇大了區域和元件的尺寸。此外，在圖式中，相同的圖式標記表示相同或相似的結構，因而將省略它們的詳細描述。
此外，所描述的特徵、結構、或特性可以以任何合適的方式結合在一個或多個實施例中。在下面的描述中，提供許多具體細節以給出對本公開的實施例的充分理解。然而，本領域技術人員將意識到，可以在沒有所述具體細節中的一個或多個的情況下實施本公開的技術方案，或者可以採用其他方法、元件、材料等。在其他情況下，未詳細示出或描述公知的結構、材料、或操作，以避免模糊本公開的主要技術創意。
如前所述，BLDC的超速控制比較困難。然而，傳統的FOC採用弱磁控制，降低了電機的運行效率，並且需要高性能MCU，系統成本較高。相比FOC中的弱磁控制，方波控制沒有弱磁電流，電機的運行效率更高，並且計算量小，不需要高性能MCU，採用低成本的8位MCU就可以完成控制，因此系統成本更低。
BLDC無感方波控制已經得到了廣泛應用。圖2示出了傳統的無感方波控制的結構示意圖以及相關電壓的波形示意圖。如圖2所示，六個半導體開關U+、U-、V+、V-、W+、以及W-用於控制電機的三個定子線圈中的電流的大小和方向。MCU監測這三個定子線圈的相電壓(分別用U、V、W表示)的變化，圖2中的電壓波形101、102、以及103分別表示電壓U、V、W的波形。
中點電壓波形104表示電壓U、V、W的平均值，即中點電壓=(U+V+W)/3。可以通過硬體方式或軟體方式來獲得中點電壓。作為 示例，圖2中採用了硬體方式，用分壓電路107來獲得中點電壓。此外，還可以採用軟體方式，利用MCU中的類比數位轉換器(Analog-Digital Converter，ADC)依次採樣電壓U、V、W，然後ADC基於採樣的電壓來計算電壓U、V、W的平均值。
可以通過比較器或者利用軟體對電壓U、V、W與中點電壓進行比較，以監測過零點(即電壓U、V、W與中點電壓的交叉點)。如圖2所示，以電壓W的電壓波形103和中點電壓波形104為例，電壓W與中點電壓的交叉點105表示過零點，可以在監測到過零點後，延遲換相，產生半導體開關的動作信號。
圖3示出了傳統的無感方波控制的控制時序示意圖。如圖3所示的傳統的無感方波控制採用“三相六拍”控制。具體地，電機的三個定子線圈對應三相(分別為U相、V相和W相)，這三個定子線圈產生旋轉磁場，以60度為步進，將旋轉磁場的360度等分為6個部分，稱之為六拍。在每拍中，三相中有兩相的半導體開關導通，即這兩相對應的兩個定子線圈導通，而另外一相的半導體開關關斷，即這一相對應的一個定子線圈懸空。電機的轉子在旋轉時，在懸空的定子線圈上感生的電壓信號即反電勢電壓信號，反電勢電壓信號是單調變化(單調遞增或遞減)的電壓信號。反電勢電壓信號包含了轉子的位置資訊，MCU可以通過判斷懸空的定子線圈的相電壓的波形變化，得到轉子位置。
如圖3所示，以旋轉磁場的60°這一拍為例進行說明，三相中相電壓U和V對應的兩相(即U相和V相)的半導體開關導通(U+和V-導通)，這兩相對應的兩個定子線圈導通，這兩個定子線圈上的電壓U和V恆定地處於某一位準，而相電壓W對應的一相(即W相)的半導體開關關斷(W+和W-均關斷)，即這一相對應的一個定子線圈懸空，在該懸空的定子線圈上感生單調遞減的電壓W。
圖4示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的部分磁場的示意圖。半導體開關按照如圖3所示的傳統的“三相六拍” 控制時序進行導通和關斷，使得定子線圈上流過電流，從而形成磁場。如圖4所示，以半導體開關U+和V-導通為例來說明定子線圈產生的磁場，U相對應的定子線圈的流入電流形成磁場BU+，V相對應的定子線圈的流出電流形成磁場BV-，兩者夾角為60度，如果將U相和V相對應的定子線圈中的磁場幅值歸一化為B，那麼U相和V相對應的定子線圈產生的合成磁場向量的幅值BU+V-=√3B。
圖5示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈的狀態變換的示意圖。如圖5所示，電機從半導體開關U+和V-導通(使得U相和V相對應的定子線圈導通，W相對應的定子線圈懸空)的狀態切換到半導體開關U+和W-導通(使得U相和W相對應的定子線圈導通，V相對應的定子線圈懸空)的狀態(也稱為換相)後，半導體開關V-關斷，W-導通，U相和W相對應的定子線圈產生的合成磁場向量的幅值BU+W-=√3B。
可以看出，在傳統的採用“三相六拍”控制的無感方波控制中的各個狀態或各個相下，定子線圈產生的合成磁場向量的幅值均為√3B。圖6示出了在傳統的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的完整平面旋轉磁場的示意圖。
圖7示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈的狀態變換的示意圖。如圖7所示，在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機從半導體開關U+和V-導通的狀態切換到半導體開關U+和W-導通的狀態之前，即在半導體開關V-關斷、W-導通之前，使半導體開關V-和W-同時導通，即存在半導體開關U+、V-和W-同時導通(使得U相、V相和W相這三相對應的定子線圈同時導通)的狀態。
圖8示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的部分磁場的示意圖。如圖8所示，半導體開關U+、V-和W-同時導通時，U相對應的定子線圈的流入電流形成磁場BU+，V相和W相對應的定子線圈的流出電流分別形成磁場BV-和BW-。BV-與BW-夾角為120度，其合成磁場向量的幅值BV-W-=B。BV-W-與BU+方向相同，疊加後產 生的合成磁場向量的幅值BU+V-W-=2B。顯而易見，BU+V-W->BU+W-，也就是說，電機的三個定子線圈同時導通時產生的合成磁場向量的幅值大於電機的兩個定子線圈導通且另一定子線圈懸空時產生的合成磁場向量的幅值。
圖9示出了根據本公開的實施例的無感方波控制的控制時序示意圖。相對於如圖3所示的傳統的無感方波控制的控制時序，在每個60度內均加入電機的三個定子線圈同時導通的時序，得到如圖9所示的控制時序。如圖9所示，根據本公開的實施例的無感方波控制的步進角由如圖3所示的傳統的無感方波控制中的60度改為30度，六拍也改為十二拍。也就是說，相對於如圖3所示的傳統的採用“三相六拍”控制的無感方波控制，根據本公開的實施例的無感方波控制採用“三相十二拍”。圖10示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，電機的定子線圈產生的完整平面旋轉磁場的示意圖。
根據本公開的實施例的採用“三相十二拍”控制的無感方波控制具有以下優勢：(1)如上所述，電機的三個定子線圈同時導通時產生的合成磁場向量的幅值(為2B)大於傳統的採用“三相六拍”控制的無感方波控制中電機的兩個定子線圈導通且另一定子線圈懸空時產生的合成磁場向量的幅值(為√3B)。因此，在母線電壓相同的情況下，在根據本公開的實施例的無感方波控制中，定子線圈產生的磁場強度更大，提高了母線電壓利用率，從而能夠使BLDC獲得更高轉速；(2)在十二拍中，有六拍為兩相的半導體開關導通，另外一相的半導體開關斷開，即三個定子線圈中的兩個定子線圈導通，另外一個定子線圈懸空。懸空的定子線圈上感生的電壓是反電勢電壓。因此，傳統的無感方波控制中通過懸空的定子線圈的相電壓來判斷轉子位置的方法仍然適用，所以十二拍控制不需要座標變換即可監測轉子位置，在8位MCU中就能夠實現無感方波控制，因此系統成本更低；以及(3)不需要向定子線圈中注入弱磁電流，電機的運行效率更高。
下面說明完整的用於控制BLDC的轉速的方法。圖11示出 了根據本公開的實施例的用於控制電機的轉速的結構示意圖。如圖11所示，控制BLDC的轉速是一個典型的負反饋控制。MCU接收轉速設置命令(即設置轉速閾值)，計算電機轉速，並將設置的轉速與計算得到的電機轉速進行比較，得到轉速誤差△。當△>0，需要增加電機轉速，反之，需要降低電機轉速。可以通過內置的調節方式(如轉速調節器)調節半導體開關的開關時序，從而控制電機轉速。在電機和控制器的可調範圍內，控制電機轉速等於設置的轉速。
需要說明的是，電機控制系統通常還包括用於電流調節的電流控制環。為了描述的簡潔，本申請中未詳細描述與電流控制環有關的內容。本申請在是否包括電流控制環方面不作限制。
控制電機轉速的過程可以分為兩個階段。第一階段通過脈寬調變(Pulse Width Modulation，PWM)工作週期Duty來控制。電機控制器的輸出電壓等於母線電壓乘以脈寬調變工作週期Duty，將輸出電壓乘以電機電勢係數KV可以得到電機轉速，即電機轉速SPEED=KV*VBUS*Duty。控制器的母線電壓基本不變，KV是電機常數，因此電機轉速SPEED與脈寬調變工作週期Duty成線性關係。增大脈寬調變工作週期Duty，電機轉速會增加，反之，電機轉速會降低。脈寬調變工作週期Duty的最大值為100%。當脈寬調變工作週期Duty=100%後，進入第二階段。
需要說明的是，本申請可以在沒有第一階段的情況下直接通過下面描述的第二階段來實現電機的超速控制。即可以在脈寬調變工作週期Duty<100%的情況下，通過下面描述的第二階段來實現電機的超速控制。
第二階段通過調整電機的三個定子線圈同時導通(也稱為三相全開)的角度θ來調整轉速，其中θ表示三個定子線圈同時導通的持續時間。作為示例，如圖12所示，θ表示半導體開關U+、V-、W-同時導通即三個定子線圈同時導通的持續時間。θ越大，三個定子線圈產生的合成磁場BU+V-W-占比越大，電壓利用率越高，電機轉速越高。根據本公開的實施例的無感方波控制實現了十二拍控制，並且還可以實現θ連續可調。下 面在控制時序示意圖中說明三種實現方式。
圖13示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第一實現方式的控制時序示意圖。第一種實現方式是監測到過零點後滯後換相。這種控制方案是監測懸空的定子線圈的相電壓，在檢測到過零點後延遲一定時間切換定子線圈的狀態，即滯後換相。可以通過軟體延時來延遲導通一個半導體開關和延遲關斷另一個半導體開關，來調節θ。如圖13所示，以30°和60°這兩拍為例進行說明，當MCU監測到W相對應的懸空的定子線圈的電壓過零點時，根據電機轉速計算延遲與懸空的定子線圈連接的半導體開關W-導通的時間T1(即延遲T1導通W-)，以及延遲與導通的定子線圈連接的半導體開關V-的關斷時間T2(即延遲T2關斷V-)，從而調節三個定子線圈同時導通的持續時間。T1+T2=60度，減小T1增大T2，可以增大三個定子線圈同時導通的持續時間θ，反之，增大T1減小T2，可以減小三個定子線圈同時導通的持續時間θ。其餘各拍，可以採用類似的方法來調節三個定子線圈同時導通的持續時間θ。需要說明的是，為了保證演算法的可靠性，θ的最大值一般不超過30度，其餘時間用於監測電機的過零點。
圖14示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第二實現方式的控制時序示意圖。第二種實現方式是監測到過零點後立即換相。這種控制方案是監測懸空的定子線圈的相電壓，在檢測到過零點後立即切換定子線圈的狀態，即立即換相。可以通過軟體延時來延遲關斷一個半導體開關，來調節θ。如圖14所示，以60°和90°這兩拍為例進行說明，當MCU監測到V相對應的懸空的定子線圈的電壓過零點時，根據電機轉速計算延遲與導通的定子線圈連接的半導體開關U+的關斷時間T1(即延遲T1關斷U+)。增大T1，可以增大三個定子線圈同時導通的持續時間θ，反之減小T1，可以減小三個定子線圈同時導通的持續時間θ。其餘各拍，可以採用類似的方法來調節三個定子線圈同時導通的持續時間θ。需要說明的是，為了保 證演算法的可靠性，θ的最大值一般不超過30度，其餘時間用於監測電機的過零點。
圖15和16示出了在根據本公開的實施例的無感方波控制中，用於控制電機的三個定子線圈同時導通的持續時間的第三實現方式的控制時序示意圖。第三種實現方式是監測到過零點後滯後換相，且懸空的定子線圈上僅存在單調遞增的相電壓(即具有上升沿的相電壓)或者單調遞減的相電壓(即具有下降沿的相電壓)。
圖15示出了懸空的定子線圈上僅存在單調遞增的相電壓(即具有上升沿的相電壓)的情況。這種控制方案是監測懸空的定子線圈的相電壓，在檢測到過零點後延遲一定時間切換定子線圈的狀態，即滯後換相。可以通過軟體延時來延遲關斷一個半導體開關，來調節θ。如圖15所示，以120°和180°這兩拍為例進行說明，當MCU監測到V相對應的懸空的定子線圈的電壓過零點時，根據電機轉速計算延遲與導通的定子線圈連接的半導體開關U+的關斷時間T1(即延遲T1關斷U+)。增大T1，可以增大三個定子線圈同時導通的持續時間θ，反之減小T1，可以減小三個定子線圈同時導通的持續時間θ。其餘各拍，可以採用類似的方法來調節三個定子線圈同時導通的持續時間θ。需要說明的是，為了保證演算法的可靠性，θ的最大值一般不超過60度，其餘時間用於監測電機的過零點。
圖16示出了懸空的定子線圈上僅存在單調遞減的相電壓(即具有下降沿的相電壓)的情況。這種控制方案是監測懸空的定子線圈的相電壓，在檢測到過零點後延遲一定時間切換定子線圈的狀態，即滯後換相。可以通過軟體延時來延遲關斷一個半導體開關，來調節θ。如圖16所示，以60°和120°這兩拍為例進行說明，當MCU監測到W相對應的懸空的定子線圈的電壓過零點時，根據電機轉速計算延遲與導通的定子線圈連接的半導體開關V-的關斷時間T1(即延遲T1關斷V-)。增大T1，可以增大三個定子線圈同時導通的持續時間θ，反之減小T1，可以減小三個定子線圈同時導通的持續時間θ。其餘各拍，可以採用類似的方法來調節三 個定子線圈同時導通的持續時間θ。需要說明的是，為了保證演算法的可靠性，θ的最大值一般不超過60度，其餘時間用於監測電機的過零點。
圖17示出了根據本公開的實施例的用於控制電機的轉速的流程示意圖。當設置的轉速大於電機的轉速，即轉速誤差△>0時，可以先增大脈寬調變工作週期Duty(最高可增大到100%)，然後可以再增大三相全開的角度θ(最高可增大到30°)，從而增大電機的轉速。當設置的轉速小於電機的轉速，即轉速誤差△<0時，可以先減小三相全開的角度θ(最小可減小到0)，然後可以再減小脈寬調變工作週期Duty，從而減小電機的轉速。
圖18示出了根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制方法的流程示意圖。如圖18所示，用於直流無刷電機的控制方法包括步驟1810和1820。在步驟1810中，基於直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及第一至第三定子線圈同時通電。在步驟1820中，通過調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節直流無刷電機的轉速。
在示例實施例中，當第一至第三電壓中的任意兩個電壓恆定地處於第一位準、另一電壓恆定地處於第二位準時，第一至第三定子線圈同時通電。
在示例實施例中，調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：獲取直流無刷電機的轉速；當所獲取的轉速大於轉速閾值時，減少第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間；以及當所獲取的轉速小於轉速閾值時，增大第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間。
在示例實施例中，用於直流無刷電機的控制方法還包括：當所獲取的轉速大於轉速閾值時，減小直流無刷電機的脈寬調變工作週期； 以及當所獲取的轉速小於轉速閾值時，增大脈寬調變工作週期。
在示例實施例中，調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：當第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到第一至第三電壓的平均電壓時，根據所獲取的轉速計算與懸空線圈連接的開關的導通時間以及與第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
在示例實施例中，調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：當第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到第一至第三電壓的平均電壓時，根據所獲取的轉速計算與第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
圖19示出了根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制裝置的結構示意圖。如圖19所示，用於直流無刷電機的控制裝置包括控制模組1910和調節模組1920。控制模組1910用於基於直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及第一至第三定子線圈同時通電。調節模組1920用於通過調節第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節直流無刷電機的轉速。
在示例實施例中，當第一至第三電壓中的任意兩個電壓恆定地處於第一位準、另一電壓恆定地處於第二位準時，第一至第三定子線圈同時通電。
在示例實施例中，調節模組1920用於：獲取直流無刷電機的轉速；當所獲取的轉速大於轉速閾值時，減少第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間；以及當所獲取的轉速小於轉速閾值時，增大第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間。
在示例實施例中，調節模組1920還用於：當所獲取的轉速大於轉速閾值時，減小直流無刷電機的脈寬調變工作週期；以及當所獲取 的轉速小於轉速閾值時，增大脈寬調變工作週期。
在示例實施例中，調節模組1920用於：當第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到第一至第三電壓的平均電壓時，根據所獲取的轉速計算與懸空線圈連接的開關的導通時間以及與第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
在示例實施例中，調節模組1920用於：當第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到第一至第三電壓的平均電壓時，根據所獲取的轉速計算與第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
結合圖18和圖19所述的根據本公開的實施例的用於直流無刷電機的控制裝置和控制方法可以參照如上結合其他圖式所詳細描述的本公開的實施例，為了簡潔起見，將不再重複贅述某些細節。可以理解的是，如上所述的結構和流程示意圖中所示的功能塊和方法步驟可以實現為硬體、軟體、固件或者它們的組合。
根據本公開的實施例的無感方波控制具有以下優勢：(1)通過增加電機的三個定子線圈同時導通(即三相全開)的狀態，相比傳統的採用“三相六拍”控制的無感方波控制，提高了母線電壓利用率，從而能夠達到電機超速控制的效果；(2)相比FOC中的弱磁控制，方波控制沒有弱磁電流，電機的運行效率更高，並且計算量小，不需要高性能MCU，採用低成本的8位MCU就可以完成控制，因此系統成本更低。
本公開可以以其他的具體形式實現，而不脫離其精神和本質特徵。因此，當前的實施例在所有方面都被看作是示例性的而非限定性的，本公開的範圍由所附請求項而非上述描述定義，並且，落入請求項的含義和等同物的範圍內的全部改變從而都被包括在本公開的範圍之中。
U,V,W:電壓
U+,U-,V+,V-,W+,W-:半導體開關

Claims (10)

  1. 一種用於直流無刷電機的控制方法，包括：基於所述直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制所述第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：所述第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及所述第一至第三定子線圈同時通電；以及通過調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節所述直流無刷電機的轉速，所述調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：當所述第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到所述第一至第三電壓的平均電壓時，根據所述轉速計算與所述懸空線圈連接的開關的導通時間以及與所述第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
  2. 如請求項1所述的方法，其中，當所述第一至第三電壓中的任意兩個電壓恆定地處於第一位準、另一電壓恆定地處於第二位準時，所述第一至第三定子線圈同時通電。
  3. 如請求項1所述的方法，其中，調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：獲取所述直流無刷電機的轉速；當所述轉速大於轉速閾值時，減少所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間；以及當所述轉速小於所述轉速閾值時，增大所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間。
  4. 如請求項3所述的方法，還包括：當所述轉速大於所述轉速閾值時，減小所述直流無刷電機的脈寬調變 工作週期；以及當所述轉速小於所述轉速閾值時，增大所述脈寬調變工作週期。
  5. 如請求項3所述的方法，其中，調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間包括：當所述第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到所述第一至第三電壓的平均電壓時，根據所述轉速計算與所述第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
  6. 一種用於直流無刷電機的控制裝置，包括：控制模組，用於基於所述直流無刷電機中的第一定子線圈上的第一電壓、第二定子線圈上的第二電壓、以及第三定子線圈上的第三電壓，控制所述第一至第三定子線圈在以下狀態之間切換：所述第一至第三定子線圈中的任意兩個定子線圈通電的同時另一定子線圈懸空，及所述第一至第三定子線圈同時通電；以及調節模組，用於通過調節所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間，調節所述直流無刷電機的轉速，其中當所述第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到所述第一至第三電壓的平均電壓時，根據所述轉速計算與所述懸空線圈連接的開關的導通時間以及與所述第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
  7. 如請求項6所述的裝置，其中，當所述第一至第三電壓中的任意兩個電壓恆定地處於第一位準、另一電壓恆定地處於第二位準時，所述第一至第三定子線圈同時通電。
  8. 如請求項6所述的裝置，其中，所述調節模組用於：獲取所述直流無刷電機的轉速；當所述轉速大於轉速閾值時，減少所述第一至第三定子線圈同時通電的狀態的持續時間；以及當所述轉速小於所述轉速閾值時，增大所述第一至第三定子線圈同時 通電的狀態的持續時間。
  9. 如請求項8所述的裝置，其中，所述調節模組還用於：當所述轉速大於所述轉速閾值時，減小所述直流無刷電機的脈寬調變工作週期；以及當所述轉速小於所述轉速閾值時，增大所述脈寬調變工作週期。
  10. 如請求項8所述的裝置，其中，所述調節模組用於：當所述第一至第三定子線圈中的懸空線圈上的電壓增大或減小到所述第一至第三電壓的平均電壓時，根據所述轉速計算與所述第一至第三定子線圈中的兩個通電線圈之一連接的開關的關斷時間。
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