[發(fā)明專(zhuān)利]寬調(diào)速范圍無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置及方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201210002813.5
• 申請(qǐng)日: 2012-01-06
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN102545749A
• 公開(kāi)（公告）日: 2012-07-04
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 崔巍;付江波;駱苗;苗會(huì)彬
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 上海大學(xué)
• 主分類(lèi)號(hào): H02P7/29
• 分類(lèi)號(hào): H02P7/29
• 代理公司: 上海上大專(zhuān)利事務(wù)所(普通合伙) 31205
• 代理人: 何文欣

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置及方法，特別是一種具有低成本特點(diǎn)且可以有效提高位置檢測(cè)精度、實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速范圍的無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置及方法。

背景技術(shù)

目前，無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制采用的常規(guī)方法是反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法。這種檢測(cè)方法主要應(yīng)用在兩兩導(dǎo)通、三相六狀態(tài)的方波無(wú)刷直流電機(jī)中。其工作原理為:由于無(wú)刷直流電機(jī)未導(dǎo)通相的反電勢(shì)在一個(gè)周期內(nèi)都存在兩次過(guò)零點(diǎn)，并且每個(gè)過(guò)零點(diǎn)都超前下次換相點(diǎn)30°電角度。因此，只要檢測(cè)出電機(jī)未導(dǎo)通相繞組中的每個(gè)過(guò)零點(diǎn)，再延遲30°電角度，就可以得到下次換相點(diǎn)的時(shí)刻，從而實(shí)現(xiàn)無(wú)位置傳感器控制。但是，傳統(tǒng)的反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)檢測(cè)法存在以下缺陷：首先,?低速時(shí)反電勢(shì)采樣信號(hào)幅值較小，現(xiàn)有方法難以實(shí)現(xiàn)反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的精確檢測(cè)，導(dǎo)致無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的低速運(yùn)行性能不理想，無(wú)法實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速范圍，限制了現(xiàn)有無(wú)位置傳感器控制技術(shù)的應(yīng)用范圍。其次，如圖3所示由于受到調(diào)速運(yùn)行時(shí)脈寬調(diào)制影響，現(xiàn)有方法中的反電勢(shì)采樣信號(hào)包含豐富的高頻干擾，導(dǎo)致位置檢測(cè)精度不高，影響了調(diào)速性能。第三、現(xiàn)有方法大都采用端電壓與重構(gòu)的電機(jī)中心點(diǎn)相比較以間接得到反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)方法通常采用模擬比較器和相關(guān)外圍硬件電路來(lái)實(shí)現(xiàn),從而增加了系統(tǒng)的成本。上述原因嚴(yán)重限制了無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制系統(tǒng)的應(yīng)用推廣。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對(duì)已有技術(shù)存在的缺陷，提出一種寬調(diào)速范圍的無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置及方法，從而有效提高低速運(yùn)行時(shí)反電勢(shì)的檢測(cè)精度，實(shí)現(xiàn)寬調(diào)速范圍運(yùn)行。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的構(gòu)思如下：通過(guò)微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道對(duì)電機(jī)三相繞組的端電壓進(jìn)行采樣。利用基于壓差轉(zhuǎn)換的信號(hào)處理算法對(duì)三相繞組的端電壓采樣信號(hào)進(jìn)行處理，得到包含斷開(kāi)相反電勢(shì)信息且幅值為斷開(kāi)相反電勢(shì)幅值兩倍的反饋信號(hào)，并使之與零電位進(jìn)行比較，兩者值相等的時(shí)刻視為獲得反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)的時(shí)刻，以此作為電機(jī)繞組換相的依據(jù)來(lái)實(shí)現(xiàn)無(wú)刷直流電機(jī)的無(wú)位置傳感器控制以省卻傳感器的費(fèi)用。采用具有良好性?xún)r(jià)比的微控制器用軟件方法判斷反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，結(jié)合兩相導(dǎo)通的功率管同時(shí)進(jìn)行PWM斬波控制的調(diào)制模式，包含斷開(kāi)相反電勢(shì)信息的采樣信號(hào)將不受脈寬調(diào)制干擾的影響（如圖4所示），過(guò)零點(diǎn)處波形光滑、清晰，進(jìn)一步提高了本發(fā)明裝置和方法的運(yùn)行性能和可靠性。同時(shí)無(wú)需像傳統(tǒng)方法通過(guò)對(duì)端電壓信號(hào)進(jìn)行濾波來(lái)消除高頻開(kāi)關(guān)噪聲以取得反電勢(shì)過(guò)零點(diǎn)，從而省卻濾波器電路和模擬比較器，最大地簡(jiǎn)化系統(tǒng)的外圍電路，達(dá)到降低系統(tǒng)成本的目的。基于壓差轉(zhuǎn)換方法的信號(hào)處理算法具體描述為：利用微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換通道實(shí)時(shí)采樣電機(jī)三相繞組的端電壓值，通過(guò)軟件算法分別計(jì)算相序超前（相對(duì)于斷開(kāi)相繞組）的繞組端電壓和斷開(kāi)相繞組端電壓之間的電壓差U1和斷開(kāi)相繞組端電壓與相序滯后（相對(duì)于斷開(kāi)相繞組）的繞組端電壓之間的電壓差U2。U1和U2之間的電壓差U即為包含斷開(kāi)相繞組反電勢(shì)信息的反饋信號(hào)。根據(jù)電機(jī)學(xué)原理可知，其幅值為實(shí)際斷開(kāi)相反電勢(shì)幅值的兩倍，且過(guò)零點(diǎn)時(shí)刻相同；

根據(jù)上述的發(fā)明構(gòu)思，本發(fā)明采用下述技術(shù)方案：

一種寬調(diào)速范圍的無(wú)刷直流電機(jī)無(wú)位置傳感器控制裝置，包括直流電源、三相逆變器、無(wú)刷直流電機(jī)、三相逆變器功率器件驅(qū)動(dòng)電路、微控制器和轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，其特征在于：直流電源經(jīng)三相逆變器和無(wú)刷直流電機(jī)連接；轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路連接無(wú)刷直流電機(jī)進(jìn)行檢測(cè)后輸出的信號(hào)直接連接至微控制器的模數(shù)轉(zhuǎn)換輸入引腳；微控制器的六路輸出經(jīng)三相逆變器功率器件驅(qū)動(dòng)電路連接至三相逆變器。上述三相逆變器功率器件驅(qū)動(dòng)電路采用IR2136，其HIN1、LIN1、HIN2、LIN2、HIN3和LIN3引腳連接微控制器，而HO1、VS1、LO1、HO2、VS2、LO2、HO3、VS3和LO3引腳連接到三相逆變器。上述微控制器采用英飛凌公司的專(zhuān)用電機(jī)控制芯片XC878，其AN0、AN1和AN2引腳連接轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路，CC60、COUT60、CC61、COUT61、CC62和COUT62引腳連接三相逆變器功率器件驅(qū)動(dòng)電路。上述轉(zhuǎn)子位置檢測(cè)電路由一個(gè)分壓電阻網(wǎng)絡(luò)組成。