專利名稱：無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型屬于無刷直流電機的無傳感驅(qū)動技術(shù)。
背景技術(shù)：
無刷直流電機的轉(zhuǎn)速控制是通過PWM控制信號的占空比來調(diào)節(jié)驅(qū)動電壓，并根據(jù)轉(zhuǎn)子的 位置來切換電機的電源來實現(xiàn)的。由于無刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置與反電動勢有確定的對應(yīng)關(guān) 系，因此如果通過檢測電機反電動勢來確定無刷直流電機的轉(zhuǎn)子位置，就無需轉(zhuǎn)子位置感應(yīng) 元件了。但是反電動勢不能直接檢測，只能通過檢測相電壓間接獲得。通常，在PWM的導通 階段，進行檢測，比如A、 B相通電，檢測C相電壓，當C相電壓等于驅(qū)動電壓的l/2時，確定 為反電動勢的過零點，然后延遲30度電角度為換相點。這種方式，可以實現(xiàn)高速低力矩情況 下的正?？刂?。但是在啟動階段，力矩很大，電機繞組的退磁電流很大，往往會使反電動勢 檢測失敗，電機停轉(zhuǎn)。
針對這種情況，ST公司提出，在PWM的關(guān)斷階段，比如A相斷開，B相與地導通，檢測C相 電壓，此時的電壓為反電動勢，當C相電壓為零時，確定為反電動勢的過零點，然后延遲30度 電角度為換相點。這種技術(shù)方案必須保證PWM控制信號存在關(guān)斷狀態(tài)，因此PWM信號不能達到 100%的占空比，那么開關(guān)管處于不斷的開關(guān)狀態(tài)，導致工作效率低，發(fā)熱嚴重的后果。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的是為了解決上述問題，將無刷直流電機的工作過程分為啟動過程和運行過程 ，分別采用兩種不同的技術(shù)方案進行處理，并巧妙地將兩種方案的硬件電路有效結(jié)合起來。 本實用新型解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是
無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路，包括執(zhí)行檢測算法的單片機l，反電動勢檢測 電路，電機驅(qū)動電壓檢測電路。所述的反電動勢檢測電路包括，將電機2的A相連接至所述單 片機l的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口ADO的電阻R1 ，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0進行電壓嵌位的二極管D1和 二極管D4，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0和所述單片機1的輸入輸出端口IOO之間的電阻 R4;
還包括，將電機2的B相連接至所述單片機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1的電阻R2，并將所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換端口AD1進行電壓嵌位的二極管D2和二極管D5，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1和所述 單片機1的輸入輸出端口I01之間的電阻R5;還包括，將電機2的C相連接至所述單片機1的模 數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2的電阻R3，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2進行電壓嵌位的二極管D3和二極管D6，還包括，將電機2的C相連接至所述單片機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2的電阻R3，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換 端口AD2進行電壓嵌位的二極管D3和二極管D6，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2和所述單片 機l的輸入輸出端口 102之間的電阻R6;
所述電機驅(qū)動電壓檢測電路，包括分壓的電阻R7，電阻R8和濾波電容C4。
所述反電動勢檢測電路，分壓系數(shù)R4/(R1+R4) =R5/(R2+R5) =R6/(R3+R6)，并且與所述 驅(qū)動電壓檢測電路的分壓系數(shù)R8/ (R7+R8)相同；
所述電機2的工作過程分為啟動過程4和運行過程5 。
所述電機2的啟動過程4為，所述單片機l的輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl，輸入 輸出端口I02為高阻態(tài)，在PWM控制信號的關(guān)斷階段，檢測所述電機2浮空相的反電動勢VBEMF ，當VBEMI^4時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。
所述電機2的運行過程5為，所述單片機l的輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl，輸入 輸出端口I02為低電平的輸出狀態(tài)，在PWM控制信號的導通階段，檢測所述電機2浮空相的反 電動勢V腳F，當V腳F等于電機驅(qū)動電壓VDC的l/2時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為 換相點。
本實用新型的有益效果主要表現(xiàn)在1、電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低；2、啟動力矩大，平穩(wěn) 不易抖動；3、運行過程中，功率損耗低，溫升小。
圖l是無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路的原理圖； 圖2是無傳感無刷直流電機的工作流程圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作進一步描述。
參照圖l，圖2，無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路，包括執(zhí)行檢測算法的單片機l ，反電動勢檢測電路，電機驅(qū)動電壓檢測電路.
所述的反電動勢檢測電路包括，將電機2的A相連接至所述單片機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口ADO的 電阻R1，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0進行電壓嵌位的二極管D1和二極管D4，以及連接在所述 模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0和所述單片機1的輸入輸出端口IOO之間的電阻R4。 二極管D1的陽極接模數(shù) 轉(zhuǎn)換端口ADO，陰極接單片機l的電源，將此處電壓的最大值控制在單片機l的電源電壓加上 0.3V的范圍；二極管D4的陰極接模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0，陽極接地，將此處電壓的最小值控制在 單片機l的地電壓減去O. 3V的范圍。
在所述電機2的運行過程5中，所述單片機l設(shè)置輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl，輸入輸出端口I02為低電平的輸出狀態(tài)，此時各相反電動勢經(jīng)過電阻分壓以后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn) 換端口。在PWM控制信號導通階段，檢測所述電機2浮空相的反電動勢VBEMF，當V服MF等于電機 驅(qū)動電壓VDC的l/2時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。因此所述運行過程5 能夠以100X占空比的PWM控制信號進行工作，具有效率高，發(fā)熱量小的有點。還包括，將電機2的B相連接至所述單片機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1的電阻R2，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換-端口AD1進行電壓嵌位的二極管D2和二極管D5，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1和所述單片 機l的輸入輸出端口IOl之間的電阻R5。 二極管D2的陽極接模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1 ，陰極接單片機l 的電源，將此處電壓的最大值控制在單片機1的電源電壓加上0.3V的范圍；二極管D5的陰極 接模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1，陽極接地，將此處電壓的最小值控制在單片機l的地電壓減去O. 3V的范 圍。
還包括，將電機2的C相連接至所述單片機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2的電阻R3，并將所述模數(shù) 轉(zhuǎn)換端口AD2進行電壓嵌位的二極管D3和二極管D6，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2和所述 單片機l的輸入輸出端口 102之間的電阻R6。 二極管D3的陽極接模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2，陰極接單 片機1的電源，將此處電壓的最大值控制在單片機1的電源電壓加上0.3V的范圍；二極管D6的 陰極接模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2，陽極接地，將此處電壓的最小值控制在單片機l的地電壓減去O. 3V 的范圍。
所述電機驅(qū)動電壓檢測電路包括，電阻R7—端連接電機驅(qū)動電壓VDC，另一端連接單片 機1的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD3和電阻R8，電阻R8另一端連接地，濾波電容C4與電阻R8并聯(lián)。
所述反電動勢檢測電路，分壓系數(shù)R4/(R1+R4) =R5/(R2+R5) =R6/(R3+R6)，并且與所述 驅(qū)動電壓檢測電路的分壓系數(shù)R8/ (R7+R8)相同。這四組分壓電阻將電機驅(qū)動電壓VDC和反電 動勢VBEMF按照相同的比例轉(zhuǎn)換到單片機l的電源電壓范圍，并進行模數(shù)轉(zhuǎn)換。
所述電機2的工作過程分為啟動過程4和運行過程5。所述電機2啟動以后，進入啟動過程 4;啟動以后，轉(zhuǎn)速不斷增加，當轉(zhuǎn)速超過規(guī)定值以后，進入運行過程5。
在所述電機2的啟動過程4中，所述單片機l設(shè)置輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl， 輸入輸出端口I02為高阻態(tài)，電機2的各相反電動勢VBEMF通過電阻R1，電阻R2，或者電阻R3直 接輸入到單片機l的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口。 P麗控制信號的關(guān)斷階段，檢測所述電機2浮空相的反電 動勢VBEMF，當Vbemf二O吋，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。比如，PWM控制信 號導通階段，A相連接電機驅(qū)動電壓VDC， B相接地，C相浮空；PWM控制信號進入關(guān)斷階段后 ，A相浮空，B相仍然接地，此時C相電壓正好為VBEMF，而反電動勢沒有經(jīng)過分壓，檢測精度 高，并且這樣的連接方式加快了電機繞組的退磁過程。因此所述啟動過程4具有啟動力矩大 的優(yōu)勢，但是開關(guān)管一直處于頻繁的開關(guān)狀態(tài)，效率低，發(fā)熱嚴重。
在所述電機2的運行過程5中，所述單片機l設(shè)置輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl， 輸入輸出端口I02為低電平的輸出狀態(tài)，此時各相反電動勢經(jīng)過電阻分壓以后輸入到模數(shù)轉(zhuǎn) 換端口。在PWM控制信號導通階段，檢測所述電機2浮空相的反電動勢VBEMF，當V服MF等于電機驅(qū)動電壓VDC的l/2時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。因此所述運行過程5 能夠以100X占空比的PWM控制信號進行工作，具有效率高，發(fā)熱量小的有點。
權(quán)利要求權(quán)利要求1無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路，包括執(zhí)行檢測算法的單片機(1)，反電動勢檢測電路，電機驅(qū)動電壓檢測電路，其特征在于所述的反電動勢檢測電路包括，將電機(2)的A相連接至所述單片機(1)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0的電阻R1，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0進行電壓嵌位的二極管D1和二極管D4，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD0和所述單片機(1)的輸入輸出端口IO0之間的電阻R4；還包括，將所述電機(2)的B相連接至所述單片機(1)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1的電阻R2，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1進行電壓嵌位的二極管D2和二極管D5，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD1和所述單片機(1)的輸入輸出端口IO1之間的電阻R5；還包括，將所述電機(2)的C相連接至所述單片機(1)的模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2的電阻R3，并將所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2進行電壓嵌位的二極管D3和二極管D6，以及連接在所述模數(shù)轉(zhuǎn)換端口AD2和所述單片機(1)的輸入輸出端口IO2之間的電阻R6；所述電機驅(qū)動電壓檢測電路包括，分壓的電阻R7，電阻R8和濾波電容C4。
2.如權(quán)利要求l所述的無傳感直流無刷電機的換相點檢測電路，其特 征在于所述反電動勢檢測電路，分壓系數(shù)R4/(R1+R4) = R5/(R2+R5) = R6/(R3+R6)， 并且與所述驅(qū)動電壓檢測電路的分壓比R8/ (R7+R8)相同。
3.如權(quán)利要求l所述的無傳感直流無刷電機的換相點檢測電路，其特 征在于所述電機(2)的工作過程分為啟動過程(4)和運行過程(5)。
4.如權(quán)利要求3所述的無傳感直流無刷電機的換相點檢測電路，其特 征在于所述啟動過程(4)為，所述單片機(1)的輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl， 輸入輸出端口I02為高阻態(tài)，在PWM控制信號的關(guān)斷階段，檢測電機(2)浮空相的反電動勢 VBEMF，當VBEMF4時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。
5.如權(quán)利要求3所述的無傳感直流無刷電機的換相點檢測電路，其特征在 于所述運行過程(5)為，所述單片機(1)的輸入輸出端口IOO，輸入輸出端口IOl，輸入 輸出端口I02為低電平的輸出狀態(tài)，在P1^M控制信號的導通階段，檢測所述電機(2)浮空相 的反電動勢VBEMF，當VBEMF等于電機驅(qū)動電壓VDC的l/2時，確定為過零點，延遲30度電角度 以后為換相點。
專利摘要本專利涉及一種無傳感無刷直流電機的換相點檢測電路，包括執(zhí)行檢測算法的單片機，反電動勢檢測電路，電機驅(qū)動電壓檢測電路。將電機驅(qū)動過程分為啟動過程和運行過程。所述啟動過程為，所述單片機的輸入輸出端口IO0，輸入輸出端口IO1，輸入輸出端口IO2為高阻態(tài)，在PWM控制信號截至階段，檢測所述電機浮空相的反電動勢V<sub>BEMF</sub>，當V<sub>BEMF</sub>＝0時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。所述運行過程為，所述單片機的輸入輸出端口IO0，輸入輸出端口IO1，輸入輸出端口IO2為低電平的輸出狀態(tài)，在PWM控制信號導通階段，檢測所述電機浮空相的反電動勢V<sub>BEMF</sub>，當V<sub>BEMF</sub>等于電機驅(qū)動電壓VDC的1/2時，確定為過零點，延遲30度電角度以后為換相點。本專利的實施可以實現(xiàn)重大改進，首先增強啟動力矩，其次降低運行過程中的功率損耗，降低溫升，同時具有電路結(jié)構(gòu)簡單，成本低的優(yōu)點。
文檔編號H02P6/18GK201307843SQ20082030227
公開日2009年9月9日 申請日期2008年9月27日 優(yōu)先權(quán)日2008年9月27日
發(fā)明者瑜 劉, 潘海鵬, 胡麗花 申請人:瑜 劉