無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路及控制方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及無刷直流電機驅動技術領域，尤其涉及一種應用于無刷直流電機驅動的霍爾信號同步波形控制電路及控制方法。
【背景技術】
[0002]無刷直流電機是集交流電機和直流電機優(yōu)點于一體的機電一體化產(chǎn)品，它既具有交流電機結構簡單、運行可靠、維護方便等一系列優(yōu)點，又具備直流電機運行效率高、調(diào)速性能好的特點，同時無勵磁損耗，因此近年來無刷直流電機的應用日益普及。無刷電動機利用電子換向替代了機械換向，克服了傳統(tǒng)直流電機由于電刷摩擦而產(chǎn)生的一系列問題，并且具有調(diào)速性能好、體積小、效率高等優(yōu)點，因而廣泛應用于國民經(jīng)濟生產(chǎn)的各個領域以及人們的日常生活中。
[0003]傳統(tǒng)的無刷直流電機根據(jù)輸入的霍爾信號產(chǎn)生對應的開關信號來驅動逆變器來換相。由于換相過程中，電流的突變會帶來轉矩的波動。轉矩波動的存在不但會產(chǎn)生噪聲和振動問題，而且影響整個系統(tǒng)的性能，從而降低電機的使用壽命和驅動系統(tǒng)的可靠性，制約其在高精度、高穩(wěn)定性場合的應用。無刷直流電機轉矩波動分為齒槽轉矩波動與換相轉矩波動，齒槽轉矩波動是由于電機本身結構設計引起的，換相轉矩波動則可以通過合理的控制策略進行抑制。
[0004]在新型的空間矢量控制技術中，逆變器驅動波形不是簡單的開關，而是與霍爾信號同步的模擬波形(如準正弦波)，通過PWM調(diào)制的方式，驅動逆變器連續(xù)的變化，從而避免換相轉矩波動。現(xiàn)有技術中對抑制換相轉矩提出了控制方法，但都存在控制方法較復雜、最佳換相時刻難以確定等問題。因此，尋求一種抑制甚至消除換相轉矩波動的實用方法具有十分重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于，針對現(xiàn)有技術中無刷直流電機抑制換相轉矩控制方法存在的技術問題，提供一種無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路及控制方法，實現(xiàn)產(chǎn)生與霍爾信號同步的相位信息，從而避免換相轉矩波動。
[0006]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路，包括:第一速度計數(shù)器、第二速度計數(shù)器、速度寄存器、比較單元、相位計數(shù)器以及輸出控制單元；所述第一速度計數(shù)器的時鐘端與無刷直流電機的時鐘信號輸出端相連，所述第一速度計數(shù)器的清零端與無刷直流電機的霍爾邊沿信號輸出端相連，所述第一速度計數(shù)器的輸出端與所述速度寄存器的輸入端相連，所述第一速度計數(shù)器用于根據(jù)霍爾邊沿信號將計數(shù)到的霍爾邊沿信號周期時長存入到所述速度寄存器后清零準備下次計數(shù)；所述速度寄存器的輸出端與所述比較單元的第一輸入端相連；所述第二速度計數(shù)器的時鐘端與所述時鐘信號輸出端相連，所述第二速度計數(shù)器的輸出端與所述比較單元的第二輸入端相連，所述第二速度計數(shù)器的清零端與所述比較單元的輸出端相連；所述比較單元的輸出端進一步與所述相位計數(shù)器的時鐘端相連，用于對所述速度寄存器與所述第二速度計數(shù)器的輸出進行比較，并輸出相位計數(shù)信號至所述相位計數(shù)器以及清零所述第二速度計數(shù)器；所述相位計數(shù)器的初始化端與所述霍爾邊沿信號輸出端相連，用于根據(jù)霍爾邊沿信號初始化所述相位計數(shù)器，所述相位計數(shù)器的輸出端與所述輸出控制單元相連，用于將相位計數(shù)結果輸出至所述輸出控制單元；所述輸出控制單元，用于根據(jù)所述相位計數(shù)結果輸出對應相位的電壓波形以驅動逆變器。
[0007]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明還提供了一種無刷直流電機霍爾信號同步波形控制方法，包括:(1)采用第一速度計數(shù)器、第二速度計數(shù)器分別對霍爾邊沿信號周期時長進行計數(shù)；(2)根據(jù)霍爾邊沿信號將第一速度計數(shù)器計數(shù)到的霍爾邊沿信號周期時長存入速度寄存器，并清零所述第一速度計數(shù)器準備下次計數(shù)；(3)將第二速度計數(shù)器各輸出端的計數(shù)與所述速度寄存器相應的各輸出端的計數(shù)進行比較，并輸出相位計數(shù)信號至相位計數(shù)器，同時清零所述第二速度計數(shù)器準備下次計數(shù)；(4)根據(jù)所述相位計數(shù)器的相位計數(shù)結果輸出對應相位的電壓波形以驅動逆變器。
[0008]本發(fā)明的優(yōu)點在于:本發(fā)明提供的無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路及控制方法，采用兩路速度計數(shù)器來計算上一次霍爾周期的時長，通過寄存，比較的方法產(chǎn)生一個霍爾周期內(nèi)的相位信息，再通過查表的方式輸出模擬電壓波形，驅動逆變器連續(xù)的變化，從而避免了換相轉矩波動。且，本發(fā)明可應用于單相/三相無刷直流電機驅動，以及可應用于方波/梯形波/正弦波或其他波形電機驅動。
【附圖說明】
[0009]圖1，本發(fā)明無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路架構示意圖；
[0010]圖2，本發(fā)明無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路一實施方式示意圖；
[0011]圖3，本發(fā)明應用于單相準正弦波驅動電機時各個節(jié)點的工作波形；
[0012]圖4，本發(fā)明無刷直流電機霍爾信號同步波形控制方法流程圖。
【具體實施方式】
[0013]下面結合附圖對本發(fā)明提供的無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路及控制方法做詳細說明。
[0014]參考圖1，本發(fā)明所述的無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路架構示意圖。所述無刷直流電機霍爾信號同步波形控制電路包括第一速度計數(shù)器11、第二速度計數(shù)器12、速度寄存器13、比較單元14、相位計數(shù)器15以及輸出控制單元16。該電路采用兩路速度計數(shù)器來分別計算上一次霍爾周期的時長，通過寄存、比較的方法產(chǎn)生一個霍爾周期內(nèi)的相位信息，再通過查表的方式輸出模擬電壓波形以驅動逆變器連續(xù)的變化，從而避免換相轉矩波動，以下給出詳細解釋。
[0015]所述第一速度計數(shù)器11的時鐘端CK與無刷直流電機的時鐘信號輸出端相連，所述第一速度計數(shù)器11的清零端Reset與無刷直流電機的霍爾邊沿信號(Hall Edge)輸出端相連，所述第一速度計數(shù)器11的輸出端OUT與速度寄存器13的輸入端相連。所述第一速度計數(shù)器11輸入是周期為t的內(nèi)部時鐘CK，并根據(jù)霍爾邊沿信號將計數(shù)到的霍爾邊沿信號周期時長存入到所述速度寄存器13，之后清零準備下次計數(shù)。
[0016]所述速度寄存器13的輸出端OUT與所述比較單元14的第一輸入端相連。
[0017]所述第二速度計數(shù)器12的時鐘端CK與所述時鐘信號輸出端相連，所述第二速度計數(shù)器12的輸出端OUT與所述比較單元14的第二輸入端相連；所述第二速度計數(shù)器12的清零端Reset與所述比較單元14的輸出端相連。所述第二速度計數(shù)器12輸入也是周期為t的內(nèi)部時鐘CK，其將計數(shù)到的霍爾邊沿信號周期時長輸入到所述比較單元14，并在所述比較單元14輸出相位計數(shù)信號Step時清零準備下次計數(shù)。
[0018]所述比較單元14的輸出端進一步與所述相位計數(shù)器15的時鐘端CK相連，用于對所述速度寄存器13與所述第二速度計數(shù)器12的輸出進行比較，并輸出相位計數(shù)信號Step至所述相位計數(shù)器15 ;輸出的相位計數(shù)信號Step同時清零所述第二速度計數(shù)器12，以使其準備下次計數(shù)。當所述第二速度計數(shù)器12計數(shù)到Hall周期的每1/^時，所述比較單元14輸出相位計數(shù)信號Step作為時鐘輸入到相位計數(shù)器15，每個Step對應的相位為180° /2'其中，M為正整數(shù)，其取值根據(jù)相位控制的精度確定。
[0019]所述相位計數(shù)器15的初始化端Init與所述霍爾邊沿信號輸出端相連，用于根據(jù)霍爾邊沿信號初始化所述相位計數(shù)器；所述相位計數(shù)器15的輸出端OUT與所述輸出控制單元16相連，用于將相位計數(shù)結果輸出至所述輸出控制單元16。所述相位計數(shù)器15對比較單元14輸出的相位計數(shù)信號Step計數(shù)，并將相位計數(shù)結果輸出至所述輸出控制單元16。所述相位計數(shù)器15各輸出端的輸出組合，即相位計數(shù)結果，則是當前的相位地址。
[0020]所述輸出控制單元16，用于根據(jù)所述相位計數(shù)結果輸出對應相位的電壓波形(Output Wave)以驅動逆變器連續(xù)的變化，從而避免換相轉矩波動。
[0021]可選的，所述輸出控制單元16進一步包括一波形編碼表261，所述波形編碼表261存儲有每一相位地址所對應的電壓波形，從而根據(jù)所述相位計數(shù)結果對應的當前相位地址查表即可輸出相應電壓波形。
[0022]所述無刷直流電機可以為單相或三相無刷直流電機，也即，本發(fā)明可應用于單相/三相無刷直流電機驅動。
[0023]所述無刷直流電機驅動波形包括方波、梯形波以及正弦波，也即，本發(fā)明可應用于方波/梯形波/正弦波或其他