專利名稱：：永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置及方法
技術(shù)領(lǐng)域：
：本發(fā)明涉及一種永磁式同步馬達(dá)(PermanentMagnetSynchronousMotor；PMSM)，具體地說，是一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置及方法。
背景技術(shù)：
：圖1顯示已知的2極式(2_pole)PMSM10，其包括轉(zhuǎn)子(rotor)12及定子(stator)14，要準(zhǔn)確地控制馬達(dá)扭矩(motortorque)需要絕對轉(zhuǎn)子位置信息，已知的方法通常使用解角器(resolver)、譯碼器(encoder)及霍爾傳感器(hallsensor)來感測轉(zhuǎn)子位置信息。然而，這些傳感器將增加馬達(dá)的機(jī)構(gòu)尺寸及成本，并且降低系統(tǒng)的穩(wěn)定性。目前已有很多方法可以達(dá)成位置及速度無傳感器控制，例如P.P.Acarnley及J.F.Watson提出的無刷永磁式機(jī)械的無位置傳感器操作的探討(IEEETrans.Ind.Electron.，vol.53，no.2,pp352-362，2006年4月)，但是，在停止(standstill)狀態(tài)下檢測轉(zhuǎn)子位置時，這些方法大部分都碰到相同的困難，如果在停止?fàn)顟B(tài)下初始轉(zhuǎn)子位置無法準(zhǔn)確檢測到，這可能導(dǎo)致馬達(dá)的啟動扭矩減少以及在啟動時發(fā)生暫時的反轉(zhuǎn)，這些情況在某些應(yīng)用上是不允許的，例如硬盤。目前也已經(jīng)提出很多方法可以在不校準(zhǔn)的情況下檢測初始轉(zhuǎn)子位置。圖2用以說明初始角度檢測的原理，根據(jù)轉(zhuǎn)子磁場與定子線圈感應(yīng)場的方向，定子電感將稍微的增加或減少，其中定子電感為轉(zhuǎn)子磁通量及定子電流的函數(shù)。圖3顯示已知的PMSM20，換流器(inverter)22用以驅(qū)動PMSM20，換流器22包括6個功率開關(guān)S1-S6，切換所述6個功率開關(guān)S1-S6可以產(chǎn)生多個電壓向量(voltageVector)給馬達(dá)20，如圖4顯示的十二個電壓向量，其具有30度分辨率(resolution)，分流電阻Rdc連接換流器22，直流鏈電流idc通過分流電阻Rdc，其為通過馬達(dá)20的馬達(dá)電流的函數(shù)。檢測在停止?fàn)顟B(tài)下初始轉(zhuǎn)子位置的方法約可分為量測峰值電流、量測上升時間及檢測端電壓三種。量測峰值電流的方法是根據(jù)因磁飽和而產(chǎn)生的電感變化來判斷初始轉(zhuǎn)子位置。圖5用以說明量測峰值電流的方法。參照圖3及圖5，不同電壓向量在一預(yù)設(shè)的電壓向量導(dǎo)通時間區(qū)間ts中作用在PMSM20所產(chǎn)生的相電流或直流鏈電流可以用來判斷初始轉(zhuǎn)子位置，為了得到最大峰值電流差，最佳的時間區(qū)間ts為定子線圈的平均時間常數(shù)，PMSM20的等效電感越小，直流鏈電流idc在時間區(qū)間結(jié)束時的峰值電流越大，由于定子線圈的電感為轉(zhuǎn)子磁通量的函數(shù)，因此轉(zhuǎn)子位置與直流鏈電流idc的峰值電流有關(guān)，故轉(zhuǎn)子及定子之間的相對位置可以由不同電壓向量所產(chǎn)生的峰值電流響應(yīng)來決定。S.Nakashima,Y.Inagaki及I.Miki提出的表面永磁式同步馬達(dá)的無傳感器初始轉(zhuǎn)子位置估計(IEEETrans.Ind.Applicat.，vol.36，no.6，pp.1598-1603，2000年11月/12月)，W.J.Lee及S.KiSul提出的一種無位置傳感器的BLDC馬達(dá)的新啟動方法(IEEETrans.Ind.Applicat.，vol.42，no.6，pp.1532-1538,2006年11月/12月)，Y.C.Chang及Y.Y.Tzou提出的一種無逆轉(zhuǎn)的無刷直流馬達(dá)的新無傳感器啟動方法(IEEEPESCConf.Pp.619-624，2007年6月)，Y.C.Chang及Y.Y.Tzou在美國專利號第7，334，854號提出的驅(qū)動無刷直流馬達(dá)的無傳感器啟動方法，以及P.B.Schmidt、M.L.Gasperi及T.A.Nondahl在美國專利號第6，172，498號提出的檢測轉(zhuǎn)子角度的方法及裝置都屬于量測峰值電流的方法。然而，此種方法在馬達(dá)電流上升的期間，可能造成轉(zhuǎn)子輕微的轉(zhuǎn)動，也可能造成過電流的情況，并且需要根據(jù)不同馬達(dá)定子電感調(diào)整時間區(qū)間ts，此外，量測峰值電流的方法也需要高分辨率的模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(analog-to-digitalconverter；ADC)來估算峰值電流差以達(dá)到準(zhǔn)確初始角度檢測。量測上升時間的方法同樣是根據(jù)電感變化來判斷初始轉(zhuǎn)子位置，但是其并不是直接量測峰值電流，此方法系設(shè)定一臨界電流Ith，檢測直流鏈電流idc上升至所述臨界電流Ith所需的時間，藉以判斷初始轉(zhuǎn)子位置。J.C.Dunfield在美國專利號第5，028，852號提出的利用時間差方法達(dá)成不具有霍爾效應(yīng)組件的無刷直流馬達(dá)的位置檢測即屬于此種方法，其使用一個比較器取代ADC，所述比較器比較直流鏈電流及臨界值來控制感應(yīng)電壓的脈寬，并且利用三組相反方向的電壓向量所造成的上升時間差來決定轉(zhuǎn)子位置，然而，如果轉(zhuǎn)子正交于其中一個電壓向量時，上升時間差可能模糊不清，此外，美國專利號第5，028，852號所提出的馬達(dá)只能同時導(dǎo)通兩相，因此只有6個電壓向量。為了改善模糊不清的問題，J.C.Dunfield又在美國專利號第5，569，990號提出無刷直流馬達(dá)的初始馬達(dá)位置檢測，其結(jié)合上升時間差或上升時間的大小及一查詢表(look-uptables)來判斷轉(zhuǎn)子位置，并且藉由讓第三相為高或低準(zhǔn)位以使所有三相可以同時導(dǎo)通，進(jìn)而解決轉(zhuǎn)子位置模糊不清的問題。C.Verremara、P.Menegoli及M.Brambilla在美國專利號第6，229，274號提出統(tǒng)計的相位檢測及開始啟動算法，其量測6個電壓向量所造成的直流鏈電流idc的電流上升時間，所有測試電流的上升時間中的最短時間被用來判斷轉(zhuǎn)子位置。量測上升時間的方法的準(zhǔn)確度依靠用以計數(shù)上升時間的定時器，可得到比用ADC量測更精確的準(zhǔn)確度，而且上升時間差只與電感變化量有關(guān)，與電感值無關(guān)。檢測端電壓的方法則是量測根據(jù)電流飛輪(free-wheeling)周期來判斷轉(zhuǎn)子位置角度。Y.S.Lai、F.S.Shyu及S.S.Tseng提出的無位置及電流傳感器的三相無刷直流馬達(dá)的新初始位置檢測技術(shù)(IEEETrans.Ind.Applicat.，vol.39，no.2，pp.485-491，2003年3月/4月)便屬于檢測端電壓的方法，檢測端電壓的方法雖然不用電流傳感器及ADC，但需要三個比較器來比較端電壓準(zhǔn)位，如圖3的端點a、b及c的電壓準(zhǔn)位，而且轉(zhuǎn)子位置檢測的準(zhǔn)確度可能因端電壓受噪聲的影響而降低，此外，此方法只能達(dá)到60度分辨率。在量測上升時間的方法中，為了避免出現(xiàn)錯誤，因此必須在馬達(dá)上的電流下降至0后才能切換至下一個電壓向量。在停止?fàn)顟B(tài)下，由于逆電動勢電壓為0，因此在不同電壓向量下的直流鏈電流<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>其中，Vdc為直流鏈電壓，Req為各電壓向量下馬達(dá)的等效阻值，L為各電壓向量下馬達(dá)的等效電感。在忽略飛輪二極管的壓降下，直流鏈電流idc上升至臨界電流Ith的上升時間<formula>formulaseeoriginaldocumentpage7</formula>而由臨界電流Ith下降至0的下降時間0012]<formula>formulaseeoriginaldocumentpage8</formula>由公式2及3可知，上升時間tr及下降時間tf都正比于電感L。然而，目前的量測上升時間方法都是利用單端放大電路來檢測通過馬達(dá)的電流，因此只能檢測到電流的上升時間，而無法檢測電流的下降時間，也因此無法準(zhǔn)確的得知電流下降至0的時間，由公式3可知，在不同的電壓向量下，電流下降至0的時間可能不同，因此在電流上升至臨界值后，需要設(shè)定一較長的延遲時間以確保在切換電壓向量時馬達(dá)上的電流為0，這將使得馬達(dá)在啟動時需要較長的檢測時間。因此已知的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置及方法存在著上述種種不便和問題。
發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明的目的，在于提出一種可檢測通過馬達(dá)的馬達(dá)電流下降時間的永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置及方法。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)解決方案是一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括一感測組件，一檢測電路和一感測電路，其特征在于所述感測組件，用以感測所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流，且產(chǎn)生一感測信號；所述檢測電路，用以將多個電壓向量依序作用至所述永磁式同步馬達(dá)；所述感測電路，連接所述感測組件，根據(jù)所述感測信號產(chǎn)生一過電流信號和一零電流信號給所述檢測電路；其中，所述檢測電路根據(jù)所述過電流信號和零電流信號計數(shù)在各電壓向量下通過所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間，據(jù)以判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述感測組件包括一分流電阻。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述檢測電路包括一初始檢測向量產(chǎn)生器，連接所述感測電路，根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號；一脈寬調(diào)變產(chǎn)生器，連接所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及狀態(tài)信號決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；—計數(shù)緩存器，連接所述感測電路及所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及零電流信號分別計數(shù)所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間，以得到所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間；一初始角度檢測器，連接所述計數(shù)緩存器，根據(jù)所述計數(shù)緩存器的輸出判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器將目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間與已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間比較，若目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間小于已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間，以目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間取代已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器在計數(shù)完各電壓向量下的總導(dǎo)通時間后，將其所儲存的總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器儲存各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上電流的總導(dǎo)通時間，并將其中最小總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述感測電路包括一雙端放大電路，連接所述感測組件，放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；一第一比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第一臨界值產(chǎn)生所述過電流信號；一第二比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第二臨界值產(chǎn)生所述零電流信號。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述雙端放大電路包括一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，所述非反相輸入及反相輸入分別經(jīng)所述第一及第二電流連接所述感測組件的兩端；一第三電阻，連接在所述運算放大器的反相輸入及輸出之間；一第四電阻，連接在一電壓源及所述運算放大器的非反相輸入之間，所述電壓源提供所述偏移電壓。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述感測電路更包括一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟依序?qū)⒍鄠€電壓向量作用在所述永磁式同步馬達(dá)；第二步驟檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間，所述總導(dǎo)通時間包括所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間；第三步驟根據(jù)最小總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。本發(fā)明的轉(zhuǎn)子位置檢測方法還可以采用以下的技術(shù)措施來進(jìn)一步實現(xiàn)。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其中所述檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間的步驟包括第一步驟感測在目前電壓向量下的所述馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；第二步驟放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；第三步驟比較所述放大信號及一第一臨界值以產(chǎn)生一過電流信號；第四步驟比較所述放大信號及一第二臨界值以產(chǎn)生一零電流信號；第五步驟根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號，所述致能信號及狀態(tài)信號用以決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；第六步驟根據(jù)所述致能信號及零電流信號分別計數(shù)所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間，以得到在目前電壓向量下所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其中更包括根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括一感測組件，一檢測電路和一感測電路，其特征在于所述感測組件，用以感測所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；所述檢測電路，用以將多個電壓向量依序作用至所述永磁式同步馬達(dá)；一感測電路，連接所述感測組件，感測所述感測信號產(chǎn)生所述過電流信號及一零電流信號給所述檢測電路；其中，所述檢測電路根據(jù)所述零電流信號計數(shù)在各電壓向量下所述馬達(dá)電流的下降時間，據(jù)以判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述感測組件包括一分流電阻。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述檢測電路包括一初始檢測向量產(chǎn)生器，連接所述感測電路，根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號；一脈寬調(diào)變產(chǎn)生器，連接所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及狀態(tài)信號決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；一計數(shù)緩存器，連接所述感測電路，根據(jù)所述零電流信號計數(shù)所述馬達(dá)電流的下降時間；一初始角度檢測器，連接所述計數(shù)緩存器，根據(jù)所述計數(shù)緩存器的輸出判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器將目前計數(shù)得到的下降時間與已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間比較，若目前計數(shù)得到的下降時間小于已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間，以目前計數(shù)得到的下降時間取代已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器在計數(shù)完各電壓向量下的下降時間后，將其所儲存的下降時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述計數(shù)緩存器儲存各電壓向量下所述馬達(dá)電流的下降時間，并將其中最小下降時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述感測電路包括一雙端放大電路，連接所述感測組件，放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；—第一比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第一臨界值產(chǎn)生所述過電流信號；—第二比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述雙端放大電路的輸出及一第二臨界值產(chǎn)生所述零電流信號。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中所述雙端放大電路包括一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，所述非反相輸入及反相輸入分別經(jīng)所述第一及第二電流連接所述感測組件的兩端；—第三電阻，連接在所述運算放大器的反相輸入及輸出之間；—第四電阻，連接在一電壓源及所述運算放大器的非反相輸入之間，所述電壓源提供所述偏移電壓。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其中更包括一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟依序?qū)⒍鄠€電壓向量作用在所述永磁式同步馬達(dá)；第二步驟檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流的下降時間；第三步驟根據(jù)最小下降時間所對應(yīng)的電壓向量判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其中所述檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流的下降時間的步驟包括第一步驟感測在目前電壓向量下的所述馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；第二步驟放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；第三步驟比較所述放大信號及一第一臨界值以產(chǎn)生一過電流信號；第四步驟比較所述放大信號及一第二臨界值以產(chǎn)生一零電流信號；第五步驟根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號，所述致能信號及狀態(tài)信號用以決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；第六步驟根據(jù)所述零電流信號計數(shù)所述馬達(dá)電流的下降時間。前述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其中更包括根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。采用上述技術(shù)方案后，本發(fā)明的永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置及方法具有以下優(yōu)點1.對噪聲的敏感度較高，對PMSM的等效電感的敏感度較低。2.在初始角度檢測上可以達(dá)到30度的分辨率，進(jìn)而達(dá)成較平穩(wěn)的啟動效能。3.可快速切換下一個電壓向量給PMSM，能縮短檢測時間。圖1為已知的二極式PMSM示意圖；圖2為初始角度檢測的原理示意圖；圖3為已知的PMSM示意圖；圖4為十二個電壓向量示意圖；圖5為量測峰值電流的方法示意圖；圖6為本發(fā)明的第一實施例示意圖；圖7為圖6中的信號波形圖8為電壓Vth的波形圖；圖9顯示本發(fā)明的第二實施例示意圖；圖10顯示本發(fā)明的第三實施例示意圖；圖11顯示本發(fā)明的第四實施例示意圖。具體實施例方式以下結(jié)合實施例及其附圖對本發(fā)明作更進(jìn)一步說明?，F(xiàn)請參閱圖6，圖6顯示本發(fā)明的第一實施例，其中驅(qū)動器34根據(jù)來自檢測電路46的信號PWM_TEST切換換流器32中的功率開關(guān)M1-M6以將不同的電壓向量作用至PMSM30，與PMSM30上的馬達(dá)電流相關(guān)的直流鏈電流idc通過分流電阻Rdc產(chǎn)生感測信號Vs，感測電路36根據(jù)感測信號Vs產(chǎn)生過電流信號OC及零電流信號ZC，檢測電路46根據(jù)過電流信號OC及零電流信號ZC產(chǎn)生信號PWM_TEST。圖7顯示圖6中的信號波形。參照圖6及圖7，當(dāng)PMSM30由停止?fàn)顟B(tài)啟動時，提供啟動信號INI_ST致能檢測電路46中的初始檢測向量產(chǎn)生器48及PWM產(chǎn)生器52，如波形60所示，接著初始檢測向量產(chǎn)生器48提供高準(zhǔn)位的致能信號PWM_EN以及對應(yīng)電壓向量Sl的狀態(tài)信號STATE給PWM產(chǎn)生器52，如波形62及時間tl所示，PWM產(chǎn)生器52根據(jù)致能信號PWM_EN及狀態(tài)信號STATE產(chǎn)生信號PWM_TEST給驅(qū)動器34以切換功率開關(guān)M1-M6，進(jìn)而產(chǎn)生電壓向量Sl作用在PMSM30上。在電壓向量Sl作用在PMSM30上后，PMSM30上的馬達(dá)電流開始上升，故通過分流電阻Rds的直流鏈電流idc也開始上升，感測電路36中的雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs并加入一偏移電壓Vcm以產(chǎn)生放大信號Idc_amp，如波形64所示。雙端放大電路38包括運算放大器39以及電阻R1-R4，運算放大器39的非反相輸入分別經(jīng)電阻Rl及R2連接分流電阻Rdc的一端及提供偏移電壓Vcm的電壓源，運算放大器39的反相輸入分別經(jīng)電阻R3及R4分別連接分流電阻Rdc的另一端及運算放大器39的輸出。感測電路36中還包括比較器42及44，其中比較器42比較來自數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器(Digital-to-AnalogyConverter；DAC)40的電壓Vth及放大信號Idc_amp產(chǎn)生過電流信號0C，如波形66所示，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產(chǎn)生零電流信號ZC，如波形68所示。電壓Vth及Vz各象征臨界電流Ith及零電流。當(dāng)放大信號Idc_amp大于電壓Vth時，過電流信號OC轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位，如時間t2所示，因而使致能信號PWM_EN也轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位，此時PWM產(chǎn)生器52停止提供信號PWM_TEST，因此換流器32進(jìn)入飛輪狀態(tài)，即功率開關(guān)M1-M6均關(guān)閉(turnoff)，此時PMSM30上的馬達(dá)電流開始下降，而感測信號Vs將變?yōu)樨?fù)值，進(jìn)而使放大信號Idc_amp也變?yōu)樨?fù)值，同時零電流信號ZC轉(zhuǎn)為高準(zhǔn)位。接著，當(dāng)放大信號Idc_amp大于零時，如時間t3，零電流信號ZC轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位，這表示PMSM30上的馬達(dá)電流下降至0，初始檢測向量產(chǎn)生器46在零電流信號ZC由高準(zhǔn)位轉(zhuǎn)為低準(zhǔn)位后，很快的送出高準(zhǔn)位的致能信號PWM_EN以及對應(yīng)電壓向量S2的狀態(tài)信號STATE給PWM產(chǎn)生器52，進(jìn)而讓電壓向量S2作用在PMSM30上。計數(shù)緩存器50根據(jù)過電流信號OC及零電流信號ZC分別計數(shù)直流鏈電流idc的上升時間及下降時間，進(jìn)而得到在電壓向量Sl下，PMSM30上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間CNT_Si，計數(shù)緩存器50將儲存總導(dǎo)通時間CNT_S1及其對應(yīng)的電壓向量Si。同樣的，當(dāng)電壓向量S2作用在PMSM30上后，計數(shù)緩存器50再以電流信號OC及零電流信號ZC取得在電壓向量S2下，PMSM上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間CNT_S2，接著將總導(dǎo)通時間CNT_S2與已儲存在計數(shù)緩存器50中的總導(dǎo)通時間CNT_S1比較，若總導(dǎo)通時間CNT_S2小于總導(dǎo)通時間CNT_Si，則儲存電壓向量S2及總導(dǎo)通時間CNT_S2以取代電壓向量Sl及總導(dǎo)通時間CNT_S1，反之則保留電壓向量Sl及總導(dǎo)通時間CNT_S1。在所有電壓向量S1-S12都測試完后，計數(shù)緩存器50送出信號MIN_STATE告知初始角度檢測器54具有最小總導(dǎo)通時間的電壓向量，例如為電壓向量S8,同時也送出信號INI_END告知初始角度檢測器54結(jié)束測試，初始角度檢測器54根據(jù)具有最小總導(dǎo)通時間的電壓向量S8判斷PMSM30的轉(zhuǎn)子位置。在其它實施例中，計數(shù)緩存器50也可以儲存所有電壓向量及其所對應(yīng)的總導(dǎo)通時間，并從中找出具有最小總導(dǎo)通時間的電壓向量告知初始角度檢測器54。圖8顯示電壓Vth的波形。由于不同的電壓向量可能使PMSM30的等效電感不同，由公式2及3可知，PMSM30的等效電感將影響總導(dǎo)通時間，因此初始檢測向量產(chǎn)生器48將根據(jù)作用在PMSM30的電壓向量提供信號給DAC40來調(diào)節(jié)電壓Vth，如波形72所示，進(jìn)而使所有電壓向量的總導(dǎo)通時間能在相同的基礎(chǔ)上比較。圖9顯示本發(fā)明的第二實施例，其同樣包括PMSM30、換流器32、驅(qū)動器34、分流電阻Rdc以及感測電路36，在此實施例中，檢測電路80包括初始檢測向量產(chǎn)生器48根據(jù)過電流信號OC及零電流信號ZC提供信號PWM_EN及狀態(tài)信號STATE，PWM產(chǎn)生器52根據(jù)信號PWM_EN及STATE產(chǎn)生信號PWM_TEST以切換作用在PMSM30的電壓向量，計數(shù)緩存器82檢測零電流信號ZC以計數(shù)在各電壓向量下，PMSM30上馬達(dá)電流的下降時間，在得到目前電壓向量下的下降時間后，將其與已儲存在計數(shù)緩存器82中的下降時間做比較，若目前電壓向量下的下降時間小于已儲存在計數(shù)緩存器82中的下降時間，則將目前得到的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量取代儲存在計數(shù)緩存器82中的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量，反之則保留已儲存在計數(shù)緩存器82中的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量，在所有電壓向量都測試完后，計數(shù)緩存器82送出信號MIN_STATE告知初始角度檢測器54具有最小下降時間的電壓向量，同時也送出信號INI_END告知初始角度檢測器54結(jié)束測試，最后，初始角度檢測器54根據(jù)具有最小下降時間的電壓向量判斷PMSM30的轉(zhuǎn)子位置。在其它實施例中，計數(shù)緩存器82也可以儲存所有電壓向量及其所對應(yīng)的下降時間，并從中找出具有最小下降時間的電壓向量。圖10顯示本發(fā)明的第三實施例，其同樣包括PMSM30、換流器32、驅(qū)動器34、分流電阻Rdc以及檢測電路46，在此實施例中，感測電路90包括雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs并加入一偏移電壓Vcm以產(chǎn)生放大信號Idc_amp，比較器42比較電壓Vth及放大信號Idc_amp產(chǎn)生過電流信號0C，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產(chǎn)生零電流信號ZC，其中電壓Vth為定值。檢測電路46同樣包括初始檢測向量產(chǎn)生器48、計數(shù)緩存器50、PWM產(chǎn)生器52及初始角度檢測器54，由于電壓Vth為定值，因此為了使所有電壓向量的總導(dǎo)通時間能在相同的基礎(chǔ)上比較，利用一數(shù)字算法修正計數(shù)緩存器50所計數(shù)的總導(dǎo)通時間。圖11顯示本發(fā)明的第四實施例，其同樣包括PMSM30、換流器32、驅(qū)動器34及分流電阻Rdc，在此實施例中，感測電路100包括雙端放大電路38放大分流電阻Rdc上的感測信號Vs并加入一偏移電壓Vcm以產(chǎn)生放大信號Idc_amp，比較器42比較電壓Vth及放大信號Idc_amp產(chǎn)生過電流信號0C，比較器44比較放大信號Idc_amp及電壓Vz產(chǎn)生零電流信號ZC，其中電壓Vth為定值。檢測電路102包括初始檢測向量產(chǎn)生器48根據(jù)過電流信號OC及零電流信號ZC提供信號PWM_EN及狀態(tài)信號STATE，PWM產(chǎn)生器52根據(jù)信號PWM_EN及STATE產(chǎn)生信號PWM_TEST以切換作用在PMSM30的電壓向量，計數(shù)緩存器104檢測零電流信號ZC以計數(shù)在各電壓向量下，PMSM30上馬達(dá)電流的下降時間，由于電壓Vth為定值，為了使所有電壓向量的下降時間能在相同的基礎(chǔ)上比較，利用一數(shù)字算法修正計數(shù)緩存器104所計數(shù)的下降時間。在得到目前電壓向量下的下降時間后，將其與已儲存在計數(shù)緩存器104中的下降時間做比較，若目前電壓向量下的下降時間小于已儲存在計數(shù)緩存器104中的下降時間，則將目前得到的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量取代儲存在計數(shù)緩存器104中的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量，反之則保留已儲存在計數(shù)緩存器104中的下降時間及其對應(yīng)的電壓向量。計數(shù)緩存器104也可以儲存所有電壓向量及其所對應(yīng)的下降時間，并從中找出具有最小下降時間的電壓向量。在本發(fā)明中，無需ADC來量測電流，而且除了檢測PMSM30上馬達(dá)電流的上升時間夕卜，也檢測所述馬達(dá)電流的下降時間，并利用下降時間或上升時間及下降時間來判斷在停止?fàn)顟B(tài)下PMSM30的轉(zhuǎn)子位置，因此對噪聲的敏感度較高，對PMSM的等效電感的敏感度較低。再者本發(fā)明可以產(chǎn)生十二個電壓向量，故在初始角度檢測上可以達(dá)到30度的分辨率，進(jìn)而達(dá)成較平穩(wěn)的啟動效能。由于本發(fā)明可以檢測PMSM30上電流的下降時間，因此可以在PMSM30上電流下降至0后，快速的切換下一個電壓向量給PMSM30，故能縮短檢測時間。以上實施例僅供說明本發(fā)明之用，而非對本發(fā)明的限制，有關(guān)
技術(shù)領(lǐng)域：
的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，還可以作出各種變換或變化。因此，所有等同的技術(shù)方案也應(yīng)該屬于本發(fā)明的范疇，應(yīng)由各權(quán)利要求限定。組件符號說明10PMSM12轉(zhuǎn)子14定子20PMSM22換流器30PMSM32換流器34驅(qū)動器36感測電路38放大電路39運算放大器40DAC42比較器44比較器46檢測電路48初始檢測向量產(chǎn)生器50計數(shù)緩存器52PWM產(chǎn)生器54初始角度檢測器60啟動信號INI_ST的波形62信號PWM_EN的波形64放大信號Idc_amp的波形66過電流信號OC的波形68零電流信號ZC的波形70信號INI_END的波形72電壓Vth的波形80檢測電路82計數(shù)緩存器90感測電路100感測電路102檢測電路104計數(shù)緩存器.權(quán)利要求一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括一感測組件，一檢測電路和一感測電路，其特征在于所述感測組件，用以感測所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流，且產(chǎn)生一感測信號；所述檢測電路，用以將多個電壓向量依序作用至所述永磁式同步馬達(dá)；所述感測電路，連接所述感測組件，根據(jù)所述感測信號產(chǎn)生一過電流信號和一零電流信號給所述檢測電路；其中，所述檢測電路根據(jù)所述過電流信號和零電流信號計數(shù)在各電壓向量下通過所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間，據(jù)以判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述感測組件包括一分流電阻。3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述檢測電路包括一初始檢測向量產(chǎn)生器，連接所述感測電路，根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號；一脈寬調(diào)變產(chǎn)生器，連接所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及狀態(tài)信號決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；一計數(shù)緩存器，連接所述感測電路及所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及零電流信號分別計數(shù)所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間，以得到所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間；一初始角度檢測器，連接所述計數(shù)緩存器，根據(jù)所述計數(shù)緩存器的輸出判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器將目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間與已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間比較，若目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間小于已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間，以目前計數(shù)得到的總導(dǎo)通時間取代已儲存在所述計數(shù)緩存器的總導(dǎo)通時間。5.如權(quán)利要求4所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器在計數(shù)完各電壓向量下的總導(dǎo)通時間后，將其所儲存的總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。6.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器儲存各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上電流的總導(dǎo)通時間，并將其中最小總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述感測電路包括一雙端放大電路，連接所述感測組件，放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；一第一比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第一臨界值產(chǎn)生所述過電流信號；一第二比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第二臨界值產(chǎn)生所述零電流信號。8.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述雙端放大電路包括一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，所述非反相輸入及反相輸入分別經(jīng)所述第一及第二電流連接所述感測組件的兩端；一第三電阻，連接在所述運算放大器的反相輸入及輸出之間；一第四電阻，連接在一電壓源及所述運算放大器的非反相輸入之間，所述電壓源提供所述偏移電壓。9.如權(quán)利要求7所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述感測電路更包括一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。10.一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟依序?qū)⒍鄠€電壓向量作用在所述永磁式同步馬達(dá)；第二步驟檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間，所述總導(dǎo)通時間包括所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間；第三步驟根據(jù)最小總導(dǎo)通時間所對應(yīng)的電壓向量判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。11.如權(quán)利要求10所述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于，所述檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間的步驟包括第一步驟感測在目前電壓向量下的所述馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；第二步驟放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；第三步驟比較所述放大信號及一第一臨界值以產(chǎn)生一過電流信號；第四步驟比較所述放大信號及一第二臨界值以產(chǎn)生一零電流信號；第五步驟根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號，所述致能信號及狀態(tài)信號用以決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；第六步驟根據(jù)所述致能信號及零電流信號分別計數(shù)所述馬達(dá)電流的上升時間及下降時間，以得到在目前電壓向量下所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間。12.如權(quán)利要求11所述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于，更包括根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。13.一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括一感測組件，一檢測電路和一感測電路，其特征在于所述感測組件，用以感測所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；所述檢測電路，用以將多個電壓向量依序作用至所述永磁式同步馬達(dá)；一感測電路，連接所述感測組件，感測所述感測信號產(chǎn)生所述過電流信號及一零電流信號給所述檢測電路；其中，所述檢測電路根據(jù)所述零電流信號計數(shù)在各電壓向量下所述馬達(dá)電流的下降時間，據(jù)以判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。14.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述感測組件包括一分流電阻。15.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述檢測電路包括一初始檢測向量產(chǎn)生器，連接所述感測電路，根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號；一脈寬調(diào)變產(chǎn)生器，連接所述初始檢測向量產(chǎn)生器，根據(jù)所述致能信號及狀態(tài)信號決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；一計數(shù)緩存器，連接所述感測電路，根據(jù)所述零電流信號計數(shù)所述馬達(dá)電流的下降時間；一初始角度檢測器，連接所述計數(shù)緩存器，根據(jù)所述計數(shù)緩存器的輸出判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。16.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器將目前計數(shù)得到的下降時間與已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間比較，若目前計數(shù)得到的下降時間小于已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間，以目前計數(shù)得到的下降時間取代已儲存在所述計數(shù)緩存器的下降時間。17.如權(quán)利要求16所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器在計數(shù)完各電壓向量下的下降時間后，將其所儲存的下降時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。18.如權(quán)利要求15所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述計數(shù)緩存器儲存各電壓向量下所述馬達(dá)電流的下降時間，并將其中最小下降時間所對應(yīng)的電壓向量告知所述初始角度檢測器。19.如權(quán)利要求13所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述感測電路包括一雙端放大電路，連接所述感測組件，放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；一第一比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述放大信號及一第一臨界值產(chǎn)生所述過電流信號；一第二比較器，連接所述雙端放大電路，比較所述雙端放大電路的輸出及一第二臨界值產(chǎn)生所述零電流信號。20.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，所述雙端放大電路包括一第一電阻；一第二電阻；一運算放大器，具有一非反相輸入、一反相輸入及一輸出，所述非反相輸入及反相輸入分別經(jīng)所述第一及第二電流連接所述感測組件的兩端；一第三電阻，連接在所述運算放大器的反相輸入及輸出之間；一第四電阻，連接在一電壓源及所述運算放大器的非反相輸入之間，所述電壓源提供所述偏移電壓。21.如權(quán)利要求19所述的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，其特征在于，更包括一數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換器根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。22.—種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于包括下列步驟第一步驟依序?qū)⒍鄠€電壓向量作用在所述永磁式同步馬達(dá)；第二步驟檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流的下降時間；第三步驟根據(jù)最小下降時間所對應(yīng)的電壓向量判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。23.如權(quán)利要求22所述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于，所述檢測在各電壓向量下所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流的下降時間的步驟包括第一步驟感測在目前電壓向量下的所述馬達(dá)電流產(chǎn)生一感測信號；第二步驟放大所述感測信號并加入一偏移電壓產(chǎn)生一放大信號；第三步驟比較所述放大信號及一第一臨界值以產(chǎn)生一過電流信號；第四步驟比較所述放大信號及一第二臨界值以產(chǎn)生一零電流信號；第五步驟根據(jù)所述過電流信號及零電流信號提供一致能信號及一狀態(tài)信號，所述致能信號及狀態(tài)信號用以決定作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量；第六步驟根據(jù)所述零電流信號計數(shù)所述馬達(dá)電流的下降時間。24.如權(quán)利要求23所述的轉(zhuǎn)子位置檢測方法，其特征在于，更包括根據(jù)作用在所述永磁式同步馬達(dá)的電壓向量調(diào)節(jié)所述第一臨界值。全文摘要一種永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置檢測裝置，包括一感測組件，一檢測電路和一感測電路，其特征在于所述感測組件，用以感測所述永磁式同步馬達(dá)上的馬達(dá)電流，且產(chǎn)生一感測信號；所述檢測電路，用以將多個電壓向量依序作用至所述永磁式同步馬達(dá)；所述感測電路，連接所述感測組件，根據(jù)所述感測信號產(chǎn)生一過電流信號和一零電流信號給所述檢測電路；其中，所述檢測電路根據(jù)所述過電流信號和零電流信號計數(shù)在各電壓向量下通過所述馬達(dá)電流的總導(dǎo)通時間，據(jù)以判斷所述永磁式同步馬達(dá)的轉(zhuǎn)子位置。文檔編號H02P6/16GK101800509SQ20091000732公開日2010年8月11日申請日期2009年2月10日優(yōu)先權(quán)日2009年2月10日發(fā)明者鄭光耀申請人:立锜科技股份有限公司