專利名稱：通過將瞬時與平均反電動勢電壓進行比較而進行的無傳感器無刷直流電機控制的制作方法
技術領域：
本發(fā)明大體來說涉及電子裝置，且更特定來說涉及無刷DC(BLDC)電機的無傳感器驅動。
背景技術：
BLDC(無刷DC)電機由于其效率及可靠性而正在取代DC電機及電感電機。不同于DC電機，BLDC電機需要基于轉子位置的換向。已使用霍爾效應傳感器來檢測轉子位置。 然而，安裝霍爾效應傳感器及處理來自那些傳感器的信號需要額外成本。此外，霍爾效應傳感器及其布線可減小電機驅動系統(tǒng)的可靠性。由于這些額外成本及可靠性擔憂，已對開發(fā)不具有位置傳感器的BLDC電機產生興趣。不借助位置傳感器來估計轉子位置的常見方式是通過測量反電動勢(BEMF)電壓。電機的BEMF電壓根據轉子位置而變化。測量BEMF電壓還需要使用梯形脈寬調制(PWM)驅動器來使電機運行。借助梯形驅動器，可在非切換期間于浮動相端子上測量BEMF電壓?；诖藴y量，可檢測BEMF電壓的零交叉點?？墒褂昧汶妷狐c來預測下一換向循環(huán)所需的時間。在非切換期間測量的端子電壓并非電機相電壓。應考慮到中性點電壓以正確地檢測BEFM電壓的零交叉點。通常，在大多數應用中并不暴露電機的三相繞組的中性點。常規(guī)上，已使用三個電阻器來模擬中性點。除這些電阻器以外，還使用電阻器-電容器(RC)濾波器從所感測的BEMF電壓濾除PWM噪聲分量。此濾波可導致對高速電機性能具有負面影響的感測延遲。另外，額外濾波器組件可影響成本、可靠性且消耗有價值的印刷電路板(PCB)區(qū)域。一些常規(guī)方法提出通過在中性電壓變?yōu)榈蜁r測量相電壓而使用較簡單硬件。然而，這些方法需要某一量的關斷周期，此阻止電機以高速進行操作。其它常規(guī)方法提出測量相電流信息。然而，這些方法需要額外硬件及CPU資源且不適合于其中成本對于產品成功來說為關鍵因素的應用。

發(fā)明內容
無刷DC(BLDC)電機的無傳感器驅動包含依據所述BLDC電機的反電動勢(BEMF)電壓檢測交迭時間。將瞬時BEMF電壓與平均BEMF電壓進行比較以檢測所述交迭時間，所述交迭時間可用以改變換向切換序列。由于所述平均BEMF電壓針對所述換向切換序列的奇數及偶數步長而不同，因此針對奇數及偶數序列單獨地計算平均BEMF電壓并將所述平均BEMF電壓與瞬時BEMF電壓進行比較以檢測所述奇數及偶數序列的交迭點。對所述奇數及偶數序列的換向的時間求平均以提供下一換向循環(huán)的平均時間?？赏ㄟ^減小因子來縮放所述平均時間以減小測量噪聲的效應。在一些實施方案中，一種檢測用于控制無刷DC電機的BEMF的方法包括測量BLDC電機的起動周期期間的BEMF電壓；依據所述所測量的BEMF電壓確定平均BEMF電壓值；確定瞬時BEMF電壓；及將所述平均BEMF電壓與所述瞬時BEMF電壓進行比較以檢測所述BEMF電壓的交迭時間。在一些實施方案中，一種系統(tǒng)包括接口電路，其經配置以耦合到BLDC電機；及微控制器，其耦合到所述接口電路。所述微控制器經編程以測量在所述BLDC電機的起動周期期間從所述接口電路接收的BEMF電壓；依據所述所測量的BEMF電壓計算平均BEMF電壓值；計算瞬時BEMF電壓；及將所述平均BEMF電壓與所述瞬時BEMF電壓進行比較以確定用于驅動所述BLDC的下一換向循環(huán)的時間。無傳感器BLDC電機控制的特定實施方案提供以下優(yōu)點中的一者或一者以上1)在高速度下的良好特性；2)使用最小量的CPU處理能力的簡單實施方案；3)僅需要用于電壓感測的3對電阻器；及4)不需要Vd?；騻沃行噪妷焊袦y。 在附圖及下文描述中闡述一個或一個以上所揭示實施方案的細節(jié)。依據描述、圖式及權利要求書，其它特征、方面及優(yōu)點將變得顯而易見。


圖I圖解說明非切換間隔的收斂過程。圖2圖解說明換向切換序列的偶數與奇數步長的平均BEMF電壓差。圖3圖解說明在穩(wěn)定狀態(tài)下的平均BEMF電壓及非切換間隔。圖4圖解說明均值及換向角度。圖5是無傳感器BLDC電機控制系統(tǒng)的硬件實施方案的簡化示意圖。圖6是用于無傳感器BLDC電機控制的示范性過程的流程圖。
具體實施例方式無傳感器BLDC電機控制的概述三相連接的BLDC電機通常由使用6步長換向的三相換流器驅動，如圖5中所示。為了產生最大扭矩，可每60電度使所述換流器換向使得電流與BEMF同相。每一相位的傳導間隔為120電度或2個步長。換向定時由轉子位置確定，可通過檢測浮動相上的BEMF何時與“零電位”或“零交叉”點交叉而每60電度確定轉子位置。由于僅兩個相位以任何步長傳導電流，因此始終有一個相位可用于測量BEMF。由于BEMF與電機速度成比例，因此可在電機正以高于最小速度運行之后(例如在開環(huán)電機起動周期期間)測量BEMF。處理器在非切換間隔的η度(例如，60度)內對這些BEMF電壓求平均。可在足以收斂的時間周期內重復此求平均。如果非切換間隔的中心為θ η，那么平均BEMF電壓可由下式給出 Eave = -Fm^sin(i n) + \Vdc ⑴將從方程式[I]獲得的平均BEMF電壓與端子處的瞬時BEMF電壓進行比較，瞬時BEMF電壓由下式給出
「00231 ^ (^n+i) = ; Etn sin(0n+i) +-V dc
- 2 [2]
在一些實施方案中，方程式[I]與[2]的比較可由在微控制器中運行的固件完成。當Eave=E ( θ n+1)時，由處理器檢測BEMF電壓的交迭點。因而，
權利要求
1.一種檢測用于控制無刷DC電機的反電動勢BEMF的方法，所述方法包括 測量BLDC電機的起動周期期間的BEMF電壓； 依據所述所測量的BEMF電壓確定平均BEMF電壓值； 確定瞬時BEMF電壓；及 將所述平均BEMF電壓值與所述瞬時BEMF電壓進行比較以檢測收斂到所述BEMF電壓的零交叉的交迭時間。
2.根據權利要求I所述的方法，其進一步包括 基于所述比較的結果而檢測交迭；及 響應于所述交迭檢測，確定用于驅動所述BLDC電機的下一換向循環(huán)的時間。
3.根據權利要求2所述的方法，其中依據所述所測量的BEMF電壓確定平均BEMF電壓值進一步包括 基于換向切換序列的次序而計算平均值。
4.根據權利要求3所述的方法，其中基于所述換向切換序列的次序而計算平均值進一步包括 計算所述換向切換序列的奇數步長的第一平均值；及 計算所述換向切換序列的偶數步長的第二平均值。
5.根據權利要求4所述的方法，其中確定下一換向循環(huán)的時間進一步包括 檢測所述換向切換序列的奇數步長的BEMF電壓的第一交迭； 基于所述第一交迭檢測而計算換向的第一時間； 檢測所述換向切換序列的偶數步長的BEMF電壓的第二交迭； 基于所述第二交迭檢測而計算零交叉的第二時間； 通過對所述奇數及偶數交迭時間求平均來計算下一換向循環(huán)的平均時間；及 使用下一換向循環(huán)的所述平均時間來改變所述換向切換序列。
6.一種系統(tǒng)，其包括 接口電路，其經配置以耦合到無刷DC BLDC電機；及 處理器，其耦合到所述接口電路且經編程以測量在所述BLDC電機的起動周期期間從所述接口電路接收的反電動勢BEMF電壓；依據所述所測量的BEMF電壓計算平均BEMF電壓值；計算瞬時BEMF電壓；及將所述平均BEMF電壓值與所述瞬時BEMF電壓進行比較以確定用于驅動所述BLDC的下一換向循環(huán)的時間。
7.根據權利要求6所述的系統(tǒng)，其中所述處理器進一步經編程以 基于所述比較的結果而檢測交迭；及 響應于所述交迭檢測，確定用于驅動所述BLDC電機的下一換向循環(huán)的時間。
8.根據權利要求7所述的系統(tǒng)，其中依據所述所測量的BEMF電壓確定平均BEMF電壓值進一步包括 基于換向切換序列的次序而計算所述平均BEMF電壓。
9.根據權利要求8所述的系統(tǒng)，其中基于所述換向切換序列的次序而計算平均值進一步包括 計算所述換向切換序列的奇數步長的第一平均值；及 計算所述換向切換序列的偶數步長的第二平均值。
10.根據權利要求9所述的系統(tǒng)，其中確定下一換向循環(huán)的時間進一步包括檢測所述換向切換序列的奇數步長的BEMF電壓的第一交迭點；基于所述第一交迭點檢測而計算換向的第一時間；檢測所述換向切換序列的偶數步長的BEMF電壓的第二交迭點；基于所述第二交迭點檢測而計算換向的第二時間；通過對換向的所述奇數及偶數時間求平均來計算下一換向循環(huán)的平均時間；及使用下一換向循環(huán)的所述平均時間來改變所述換向切換序列。
全文摘要
本發(fā)明涉及通過將瞬時與平均反電動勢電壓進行比較而進行的無傳感器無刷直流電機控制。無刷DC BLDC電機的無傳感器驅動包含依據所述BLDC電機的反電動勢BEMF電壓檢測零交叉時間。將瞬時BEMF電壓與平均BEMF電壓進行比較以檢測交迭時間，所述交迭時間可用以改變換向切換序列。由于所述平均BEMF電壓針對所述換向切換序列的奇數及偶數步長而不同，因此針對奇數及偶數序列單獨地計算平均BEMF電壓并將所述平均BEMF電壓與瞬時BEMF電壓進行比較以檢測所述奇數及偶數序列的交迭點。對所述奇數及偶數序列的換向的時間求平均以提供下一換向循環(huán)的平均時間?？赏ㄟ^減小因子來縮放所述平均時間以減小測量噪聲的效應。
文檔編號H02P6/18GK102916636SQ20121027210
公開日2013年2月6日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權日2011年8月1日
發(fā)明者洪樸永, 奈爾沙·拉杰巴爾提 申請人:愛特梅爾公司