專利名稱：用于控制無刷直流電機的設(shè)備和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的實施例涉及一種用于控制無刷直流(BLDC)電機的設(shè)備和方法，所述設(shè)備和方法可檢測流過BLDC電機的線圈的驅(qū)動電流并且可防止在驅(qū)動電流的檢測期間發(fā)生錯誤。
背景技術(shù)：
與永久磁體安裝在定子并且線圈安裝在轉(zhuǎn)子以及經(jīng)過換向器(commutator)和電刷(brush)來改變流過線圈的電流的直流(DC)電機不同，以永久磁體安裝在轉(zhuǎn)子并且線圈安裝在定子以及無需換向器和電刷的方式構(gòu)造的無刷直流(BLDC)電機通過改變驅(qū)動電流而形成的連續(xù)旋轉(zhuǎn)場，來旋轉(zhuǎn)包括安裝在其上的永久磁體的轉(zhuǎn)子。通常，脈寬調(diào)制器用于BLDC電機，以響應(yīng)于驅(qū)動電流的改變而改變驅(qū)動電壓。在BLDC電機中用于改變驅(qū)動電壓的脈寬調(diào)制器重復(fù)on/off切換操作，其中，在所述on/off切換操作中可發(fā)生切換噪聲。切換噪聲傳遞到BLDC電機驅(qū)動器和BLDC電機。因此，切換噪聲被包含在用于驅(qū)動BLDC電機的驅(qū)動電流中。通常，用于BLDC電機的控制設(shè)備使用電流控制環(huán)路以測量輸入到BLDC電機的電流并將該電流反饋到控制器，以控制BLDC電機的扭矩。用于驅(qū)動BLDC電機的脈寬調(diào)制器以及電流控制環(huán)路相互獨立地操作。在這方面，當(dāng)電流控制環(huán)路在驅(qū)動電壓被脈寬調(diào)制器改變的時間處測量驅(qū)動電流時，在測量的驅(qū)動電流中發(fā)生切換噪聲，然后包含切換噪聲的驅(qū)動電流被檢測。因此，這種傳統(tǒng)BLDC電機控制設(shè)備不準(zhǔn)確地檢測電流，導(dǎo)致難以進行精確電流控制以及使控制性能降低。

發(fā)明內(nèi)容
因此，本發(fā)明的一方面在于提供一種通過在最小切換噪聲發(fā)生的時間處檢測驅(qū)動電流來控制無刷直流(BLDC)電機的設(shè)備和方法。在下面的描述中將部分地闡明本發(fā)明其它方面，通過描述其會變得清楚，或者通過實施本發(fā)明可以了解。根據(jù)本發(fā)明的一方面，一種無刷直流(BLDC)電機控制設(shè)備包括:包括霍爾傳感器的BLDC電機；電流測量器，測量用于驅(qū)動BLDC電機的驅(qū)動電流；驅(qū)動器，包括逆變器以驅(qū)動BLDC電機；脈寬調(diào)制器，用于改變驅(qū)動電壓以驅(qū)動BLDC電機；控制器，基于由電流測量器測量的電流的量控制BLDC電機。BLDC電機是可以3相BLDC電機，并包括:定子，包括三個線圈；轉(zhuǎn)子，布置為針對定子可旋轉(zhuǎn)；霍爾傳感器，用于BLDC電機的換向。另外，BLDC電機可將霍爾傳感器的輸出傳送給控制器。驅(qū)動器可接收從脈寬調(diào)制器輸出的驅(qū)動電壓，并可產(chǎn)生驅(qū)動電流。電流測量器可包括:電阻器，串聯(lián)連接在驅(qū)動器與BLDC電機的線圈之間；雙向差分放大器，具有連接到電阻器的兩端的輸入端，并且所述電流測量器可測量流過BLDC電機的線圈的電流的量和方向并且可將電流的量和方向傳送給控制器。脈寬調(diào)制器可包括:寄存器，存儲預(yù)定義的第一值和預(yù)定義的第二值；計數(shù)器(以下，稱作向上/向下計數(shù)器)，執(zhí)行向上計數(shù)或向下計數(shù)；比較器，將預(yù)定義的第一值和預(yù)定義的第二值與計數(shù)器的輸出進行比較；輸出電路，輸出驅(qū)動電壓。表不與一個脈寬調(diào)制周期對應(yīng)的計數(shù)的第一值和表不第一值與驅(qū)動電壓的脈寬所對應(yīng)的計數(shù)之差的第二值可被存儲在寄存器中。向上/向下計數(shù)器可執(zhí)行向上計數(shù)，直到向上/向下計數(shù)器的輸出達(dá)到第一值的一半。當(dāng)向上/向下計數(shù)器的輸出達(dá)到第一值的一半時，向上/向下計數(shù)器可執(zhí)行向下計數(shù)。另外，在向上計數(shù)期間，當(dāng)向上/向下計數(shù)器的輸出達(dá)到第二值的一半時，輸出電路可輸出驅(qū)動電壓。在向下計數(shù)期間，當(dāng)向上/向下計數(shù)器的輸出達(dá)到第二值的一半時，輸出電路可停止驅(qū)動電壓的輸出。脈寬調(diào)制器可使用上述方法產(chǎn)生驅(qū)動電壓，并且可將向上/向下計數(shù)器的輸出達(dá)到第一值的一半的時間傳送給控制器?？刂破骺稍谙蛏?向下計數(shù)器的輸出達(dá)到從脈寬調(diào)制器輸出的第一值的一半的時間處檢測由電流測量器測量的流過BLDC電機的線圈的電流。控制器可基于霍爾傳感器的輸出將流過BLDC電機的線圈中的特定線圈的電流確定為驅(qū)動電流，其中，流過特定線圈的電流具有先前相位相同的相位。


通過下面結(jié)合附圖對實施例進行的描述，本發(fā)明的這些和/或其它方面將會變得清楚和更易于理解，其中:圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的3相無刷直流(BLDC)電機的示意圖；圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的BLDC電機控制設(shè)備的示意框圖；圖3是由脈寬調(diào)制器調(diào)制的驅(qū)動電壓以及與該驅(qū)動電壓對應(yīng)的BLDC電機的驅(qū)動電流的波形圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)制器的示意框圖；圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)制器的驅(qū)動電壓的波形圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的驅(qū)動器、電流測量器以及BLDC電機的電路圖；圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的3相BLDC電機的霍爾傳感器的輸出與流過BLDC電機的線圈的電流之間的關(guān)系的表；圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的流過3相BLDC電機的線圈的電流的波形圖；以及圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的霍爾傳感器的輸出、具有最小變化的電流流過的線圈以及由控制器對應(yīng)地檢測的電流測量器的輸出的表。
具體實施例方式現(xiàn)在將詳細(xì)描述本發(fā)明的實施例，其中，所述實施例的示例示出在附圖中，其中，相同的標(biāo)號始終表不相同部件。圖1是根據(jù)本發(fā)明的實施例的3相無刷直流(BLDC)電機的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的實施例的BLDC電機控制設(shè)備的框圖。參照圖1，BLDC電機是3相BLDC電機，其包括:定子202，安裝有3個線圈211至213 ;轉(zhuǎn)子，安裝有永久磁體；霍爾傳感器203?；魻杺鞲衅?02包括三個磁場檢測器221至223。參照圖2，BLDC電機控制設(shè)備包括:3相BLDC電機305 ；電流測量器304，用于測量流過BLDC電機305的線圈的電流；驅(qū)動器303，包括用于驅(qū)動BLDC電機305的逆變器(inverter);脈寬調(diào)制器302，用于改變驅(qū)動電壓以驅(qū)動BLDC電機305 ;控制器301，使用由電流測量器304測量的電流的量來控制BLDC電機305。控制器301基于BLDC電機305所包括的霍爾傳感器203的輸出以及由電流測量器304測量的電流的量，檢測提供給BLDC電機305的驅(qū)動電流，以將控制信號輸出給BLDC電機305。脈寬調(diào)制器302響應(yīng)于由控制器301輸出的控制信號而產(chǎn)生驅(qū)動電壓，并將用于檢測有電流測量器304測量的電流的量的時間傳送給控制器301。這里，驅(qū)動電壓是脈沖類型。驅(qū)動器303基于由脈寬調(diào)制器302產(chǎn)生的驅(qū)動電壓提供驅(qū)動電流。電流測量器304測量由驅(qū)動器303產(chǎn)生并提供給BLDC電機305的驅(qū)動電流的量，并將驅(qū)動電流的量傳送給控制器301。圖3是由脈寬調(diào)制器302調(diào)制的驅(qū)動電壓101以及與該驅(qū)動電壓101對應(yīng)的BLDC電機305的驅(qū)動電流102的波形圖。如可從圖3看出，即使驅(qū)動電壓101突然增加，驅(qū)動電流102也由于BLDC電機305的電感而呈對數(shù)增加，并且由于因脈寬調(diào)制器302的切換操作，切換噪聲包含于BLDC電機305的驅(qū)動電流102中。圖4是根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)制器的示意框圖。參照圖4，脈寬調(diào)制器302包括:寄存器401，用于存儲預(yù)定義的第一值和預(yù)定義的第二值；計數(shù)器402，用于執(zhí)行向上計數(shù)和向下計數(shù)；比較器403，用于將計數(shù)器402的輸出與第一值和第二值比較；輸出電路404,用于輸出驅(qū)動電壓。寄存器401存儲表示與一個脈寬調(diào)制周期對應(yīng)的計數(shù)的第一值以及表示第一值與對應(yīng)于驅(qū)動電壓的脈寬的計數(shù)之差的第二值。在計數(shù)器402的向上計數(shù)期間，當(dāng)計數(shù)器402的輸出達(dá)到第一值的一半時，計數(shù)器402執(zhí)行向下計數(shù)。在計數(shù)器402的向上計數(shù)期間，當(dāng)計數(shù)器402的輸出達(dá)到第二值的一半時，輸出電路404輸出驅(qū)動電壓。在計數(shù)器402的向下計數(shù)期間，當(dāng)計數(shù)器402的輸出達(dá)到第二值的一半時，輸出電路404停止驅(qū)動電壓的輸出。例如，當(dāng)從大約O至大約100的計數(shù)被定義為一個周期(即，第一值被定義為100)并且在上述計數(shù)中的與驅(qū)動電壓的脈寬對應(yīng)的計數(shù)為70 ( S卩，第二值被定義為30)時，計數(shù)器402執(zhí)行從O至50的向上計數(shù)，然后執(zhí)行從50至O的向下計數(shù)。在計數(shù)器402的向上計數(shù)期間，當(dāng)計數(shù)達(dá)到15時，輸出電路404輸出驅(qū)動電壓。在計數(shù)器402的向下計數(shù)期間，當(dāng)計數(shù)達(dá)到15時，輸出電路404停止驅(qū)動電壓的輸出。因此，輸出電路404在總共計數(shù)70期間輸出驅(qū)動電壓脈沖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的實施例的脈寬調(diào)制器302的計數(shù)器402的輸出502以及由輸出電路404對應(yīng)地輸出的驅(qū)動電壓的波形501的波形圖?？蓮膱D5看出，計數(shù)器402的輸出502增加到50，然后減小，輸出電路404僅在計數(shù)器402的輸出502等于或大于15時輸出驅(qū)動電壓。根據(jù)本實施例,3相BLDC電機具有6相。在這種情況下，當(dāng)換向(commutation)發(fā)生6次時，BLDC電機的轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)一次。因此，第一值可以是與BLDC電機的轉(zhuǎn)子的60度的旋轉(zhuǎn)對應(yīng)的計數(shù)，第二值可通過從第一值減去與驅(qū)動電壓的脈寬對應(yīng)的計數(shù)而獲得?？蓮膱D3和圖5看出，在與第一值的一半對應(yīng)的時間處不發(fā)生脈寬調(diào)制。因此，當(dāng)脈寬調(diào)制器302的計數(shù)器402的輸出達(dá)到第一值的一半時，如果控制器301檢測驅(qū)動電流，則檢測的驅(qū)動電流可包含最小切換噪聲。因此，根據(jù)本發(fā)明的實施例，為了使控制器301在切換噪聲最小的時間處檢測驅(qū)動電路，所以計數(shù)器402的輸出對應(yīng)于第一值的一半的時間被傳送給控制器301。圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施例的驅(qū)動器、電流測量器以及3相BLDC電機的電路圖。參照圖6，驅(qū)動器303包括三個逆變器，其中，三個逆變器包括用于驅(qū)動3相BLDC電機305的6個開關(guān)601至603以及611至613。電流測量器304包括:電阻器621至623，每一個電阻器串聯(lián)連接在驅(qū)動器303的對應(yīng)的一個逆變器的輸出端與BLDC電機305的對應(yīng)的一個輸入端之間；多個雙向差分放大器631至633，每一個雙向差分放大器具有連接到電阻器621至623中的對應(yīng)的一個的兩端的輸入端。電流測量器304通過使用雙向差分放大器631至633 (其中，每一個雙向差分放大器具有連接到電阻器621至623中的對應(yīng)的一個的兩端的輸入端)來測量電流的方向和量并將電流的方向和量傳送到控制器301。根據(jù)本實施例，電流測量器304測量與3相BLDC電機305的線圈的數(shù)量對應(yīng)的電流，因此測量三個電流。通常，BLDC電機305包括:霍爾傳感器230，用于檢測旋轉(zhuǎn)場。用于BLDC電機305的控制器301基于霍爾傳感器203的輸出檢測轉(zhuǎn)子201的位置，并根據(jù)基于霍爾傳感器203的輸出檢測的轉(zhuǎn)子201的位置，使用脈寬調(diào)制器302來改變驅(qū)動電流，從而旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)子201。這樣的一系列處理被稱作換向(commutation)。圖7是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的BLDC電機305的霍爾傳感器203的輸出與流過BLDC電機305的線圈的電流之間的關(guān)系的表?；魻杺鞲衅?03的輸出根據(jù)其制造商的標(biāo)準(zhǔn)或設(shè)計者的定義而改變。但是，根據(jù)本發(fā)明的實施例，如圖7所示定義霍爾傳感器203的輸出。參照圖7，根據(jù)本實施例，針對順序I，霍爾傳感器203的輸出為“001”，開關(guān)601和開關(guān)613被脈寬調(diào)制器302閉合，電流流過線圈641和643。因此，當(dāng)電流輸入到BLDC電機305的方向被定義為正(+)方向時，正(+)電流流過線圈641，電流不流過線圈642，以及負(fù)電流流過線圈643。針對順序2，霍爾傳感器203的輸出為“000”，開關(guān)601和開關(guān)612被脈寬調(diào)制器302閉合，并且電流流過線圈641和642。因此，正(+)電流流過線圈641，負(fù)(-)電流流過線圈642，以及電流不流過線圈643。圖8是根據(jù)本發(fā)明的實施例的流過圖7的BLDC電機305的線圈的電流的波形圖。
可從圖8看出，流過特定線圈的電流具有與先前相位相同的相位，這里，因反電動勢的變化引起的電流的變化最小。根據(jù)本實施例，針對順序2，具有與先前相位相同相位的電流流過線圈641，并且霍爾傳感器203的輸出為“000”。因此，當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“000”時，流過線圈641的電流是具有因反電動勢的變換引起的最小變化的驅(qū)動電流。通過上述方法，針對順序3，當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“100”時，具有最小變化的電流流過線圈642。另外，針對順序4，當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“110”時，流過線圈643的電流是具有最小變化的驅(qū)動電流。因此，當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“001”時，控制器301將用于測量流過電阻器623和線圈643的電流的雙向差分放大器633的輸出確定為提供給BLDC電機305的驅(qū)動電流。當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“000”時，控制器301將用于測量流過電阻器621和線圈641的電流的雙向差分放大器631的輸出確定為驅(qū)動電流。當(dāng)霍爾傳感器203的輸出為“100”時，控制器301將用于測量流過電阻器622和線圈642的電流的雙向差分放大器632的輸出確定為驅(qū)動電流。圖9是示出根據(jù)本發(fā)明的實施例的霍爾傳感器203的輸出、具有因反電動勢的變化引起的最小變化的驅(qū)動電流流過的線圈以及由控制器301對應(yīng)地檢測的電流測量器304的輸出的表。根據(jù)上述方法，通過將流過多個線圈中的具有最小變換的特定線圈的電流選擇為驅(qū)動電流，來檢測驅(qū)動電流，從而精確地檢測驅(qū)動電流。如從上述描述清楚的，控制器可在由脈寬調(diào)制器不發(fā)生脈寬調(diào)制的時間處檢測BLDC電機的驅(qū)動電流，因此控制器可在因脈寬調(diào)制器引起的切換噪聲最小的時間處檢測驅(qū)動電流。另外，控制器可將流過多個線圈的電流中的在BLDC電機的換向期間具有與先前相位相同相位的電流確定為驅(qū)動電流，因此，控制器可檢測具有因反電動勢的變化引起的最小變化的電流，其中，所述反電動勢的變化因BLDC電機的電感而產(chǎn)生。雖然已表示和描述了本發(fā)明的一些實施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)該理解，在不脫離由權(quán)利要求及其等同物限定其范圍的本發(fā)明的原理和精神的情況下，可以對這些實施例進行修改。
權(quán)利要求
1.一種電機控制設(shè)備,包括: 無刷直流BLDC電機； 脈寬調(diào)制器，產(chǎn)生驅(qū)動電壓的脈沖，以驅(qū)動BLDC電機； 驅(qū)動器，基于所述脈沖產(chǎn)生驅(qū)動電流，以驅(qū)動BLDC電機； 電流測量器，測量驅(qū)動電流的量； 控制器，與脈寬調(diào)制器同步地檢測由電流測量器測量的驅(qū)動電流的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電機控制設(shè)備，其中，控制器將流過BLDC電機的線圈中的特定線圈的電流確定為驅(qū)動電流，其中，流過特定線圈的電流在BLDC電機的換向期間具有與先前相位相同的相位。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機控制設(shè)備，其中，BLDC電機是3相BLDC電機，并包括: 定子，包括三個線圈； 轉(zhuǎn)子，布置為針對定子可旋轉(zhuǎn)； 霍爾傳感器，用于BLDC電機的換向。
4.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機控制設(shè)備，其中，脈寬調(diào)制器包括: 計數(shù)器，執(zhí)行向上計數(shù)或向下計數(shù)； 寄存器，存儲表示與一個脈寬調(diào)制周期對應(yīng)的計數(shù)的第一值和表示第一值與驅(qū)動電壓的脈寬所對應(yīng)的計數(shù)之差的第二值； 比較器，將存儲在寄存器中的第一值和第二值與計數(shù)器的輸出進行比較； 輸出電路，基于比較器的輸出產(chǎn)生驅(qū)動電壓的脈沖。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的電機控制設(shè)備，其中，當(dāng)在向上計數(shù)期間，計數(shù)器的輸出達(dá)到存儲在寄存器中的第一值的一半時，計數(shù)器執(zhí)行向下計數(shù)， 其中，輸出電路在向上計數(shù)期間計數(shù)器的輸出達(dá)到存儲在寄存器中的第二值的一半時，輸出驅(qū)動電壓，并且在向下計數(shù)期間計數(shù)器的輸出達(dá)到第二值的一半時，停止驅(qū)動電壓的輸出。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的電機控制設(shè)備，其中，控制器在計數(shù)器的輸出達(dá)到存儲在寄存器中的第一值的一半的時間處檢測由電流測量器測量的驅(qū)動電流。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電機控制設(shè)備，其中，電流測量器包括: 電阻器，串聯(lián)連接在驅(qū)動器的輸出端與BLDC電機的輸入端之間； 雙向差分放大器，具有連接到電阻器的兩端的輸入端。
8.一種用于以脈寬調(diào)制方式控制無刷直流BLDC電機的方法，所述方法包括: 將第一值和第二值存儲到用于對驅(qū)動BLDC電機的驅(qū)動電壓的脈寬進行調(diào)制的脈寬調(diào)制器的寄存器中，其中，第一值表不與一個脈寬調(diào)制周期對應(yīng)的計數(shù)，第二值表不第一值與驅(qū)動電壓的脈寬所對應(yīng)的計數(shù)之差； 當(dāng)在計數(shù)器的向上計數(shù)期間，脈寬調(diào)制器的計數(shù)器的輸出達(dá)到第二值的一半時，脈寬調(diào)制器的輸出電路輸出驅(qū)動電壓； 當(dāng)計數(shù)器的輸出達(dá)到第一值的一半時，計數(shù)器執(zhí)行向下計數(shù)； 當(dāng)在計數(shù)器的向下計數(shù)期間，計數(shù)器的輸出達(dá)到第二值的一半時，停止驅(qū)動電壓的輸出。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的方法，還包括:當(dāng)計數(shù)器的輸出達(dá)到第一值的一半時，控制器檢測用于驅(qū)動BLDC電機的驅(qū)動電流。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，還包括:控制器將流過BLDC電機的線圈中的特定線圈的電流確定為驅(qū)動電流，其中，流過特定線圈的電流在BLDC電機的換向期間具有與先前相位相同的相位 。
全文摘要
在此公開了一種用于控制無刷直流電機的設(shè)備和方法，所述設(shè)備和方法可精確地檢測驅(qū)動電流。為此，BLDC電機控制設(shè)備包括BLDC電機；驅(qū)動器，用于產(chǎn)生驅(qū)動電流以驅(qū)動BLDC電機；電流測量器，測量驅(qū)動電流；脈寬調(diào)制器，改變驅(qū)動電壓以驅(qū)動BLDC電機；控制器，控制BLDC電機。控制器與脈寬調(diào)制器的脈寬調(diào)制同步地檢測驅(qū)動電流的量，并將流過多個線圈的電流中的具有因反電動勢的變化引起的最小變化的電流確定為驅(qū)動電流，從而精確地檢測驅(qū)動電流。
文檔編號H02P7/18GK103199781SQ20131000056
公開日2013年7月10日 申請日期2013年1月4日 優(yōu)先權(quán)日2012年1月6日
發(fā)明者盧昌賢 申請人:三星電子株式會社