本實(shí)用新型實(shí)施例涉及電機(jī)控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種電機(jī)的位置檢測電路。

背景技術(shù)：

目前由于無位置傳感器永磁無刷直流電機(jī)具有裝配簡單、運(yùn)用場合廣、可靠性高并且成本低等優(yōu)勢，得到了越來越廣泛的運(yùn)用。但由于其運(yùn)用場合較為復(fù)雜，且該方案起動(dòng)前不能直接獲取電機(jī)位置信號，起動(dòng)控制難度較高，在各種外界干擾下往往容易出現(xiàn)起動(dòng)失敗的情況。例如，在受外力影響的情況下，直流風(fēng)機(jī)起動(dòng)前可能處于正向或逆向旋轉(zhuǎn)狀態(tài)，而且其轉(zhuǎn)速也可能存在較大差異，這種情況下就需要控制器使用恰當(dāng)?shù)奈恢脵z測方法來檢測當(dāng)前風(fēng)機(jī)所處狀態(tài)，才能保證風(fēng)機(jī)的可靠起動(dòng)。

為了解決這樣的問題，現(xiàn)有技術(shù)提供了一種位置及轉(zhuǎn)速檢測方法。該檢測方法通過處理器產(chǎn)生50％的PWM波控制3相橋臂6只IGBT有序?qū)?，并將由電機(jī)反電動(dòng)勢在3相繞組中產(chǎn)生的3相電流采入控制器，然后通過軟件將檢測到的電流信號進(jìn)行閾值處理后得出電流過零點(diǎn)區(qū)域，進(jìn)一步獲取電機(jī)轉(zhuǎn)子位置和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)速信息。

此檢測方法中反電動(dòng)勢所產(chǎn)生電流在IGBT及其所并聯(lián)續(xù)流二極管內(nèi)部循環(huán)流動(dòng)時(shí)，由于IGBT內(nèi)部并聯(lián)的二級管存在固定的導(dǎo)通壓降，當(dāng)反電動(dòng)勢壓降小于二極管導(dǎo)通電壓時(shí)，二極管截止，導(dǎo)致相電流在過零點(diǎn)時(shí)存在零電流鉗位 現(xiàn)象。參見圖1，在過零點(diǎn)處會(huì)有一段保持原值趨勢而形成的平臺(tái)11。并且，電機(jī)反電動(dòng)勢越小、轉(zhuǎn)速越低，此平臺(tái)現(xiàn)象越明顯、平臺(tái)時(shí)間越長。同時(shí)，6只IGBT順序切換導(dǎo)通的過程中也將造成過零點(diǎn)位置附近電流發(fā)生振蕩畸變，使得過零點(diǎn)檢測難度增加，準(zhǔn)確性較差。而且，同時(shí)檢測一個(gè)電氣周期內(nèi)3相電流的6處過零點(diǎn)，由于兩過零點(diǎn)間只有1/6周期，檢測時(shí)間區(qū)域較小，且受到過零點(diǎn)平臺(tái)及過零點(diǎn)閾值區(qū)間的影響，電機(jī)轉(zhuǎn)速越高，所能檢測的時(shí)間區(qū)域越小，精度誤差越大，嚴(yán)重影響電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速及角度計(jì)算的準(zhǔn)確性。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型實(shí)施例提出一種電機(jī)的位置檢測電路和方法，以提高對電機(jī)的當(dāng)前位置檢測的準(zhǔn)確性。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供了一種電機(jī)的位置檢測電路，所述電路包括：運(yùn)算放大器及過零點(diǎn)檢測器，所述運(yùn)算放大器的同相輸入端與所述電機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)信號中的一路連接，所述運(yùn)算放大器的反相輸入端與所述電機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)信號中的另一路連接，并且所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述反相輸入端之間跨接有反饋電阻，所述運(yùn)算放大器用于將所述電機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)信號中的一路與另一路作差，以得到重構(gòu)信號；所述運(yùn)算放大器的輸出端與所述過零點(diǎn)檢測器的輸入端相連接，所述零點(diǎn)檢測器用于通過檢測所述重構(gòu)信號的相位，判定所述電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)向和當(dāng)前位置。

本實(shí)用新型實(shí)施例提供的電機(jī)的位置檢測電路，利用運(yùn)算放大器計(jì)算電機(jī)的三相驅(qū)動(dòng)信號中任意兩項(xiàng)之間的差信號，并將所述差信號作為位置檢測的重構(gòu)信號，再通過識別所述重構(gòu)信號的相位判定電機(jī)的當(dāng)前轉(zhuǎn)向和當(dāng)前位置，避 免了現(xiàn)有的位置檢測方法中的零電流鉗位現(xiàn)象，提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)向和位置檢測的準(zhǔn)確性。

附圖說明

通過閱讀參照以下附圖所作的對非限制性實(shí)施例所作的詳細(xì)描述，本實(shí)用新型的其它特征、目的和優(yōu)點(diǎn)將會(huì)變得更明顯：

圖1是現(xiàn)有技術(shù)中零電流鉗位現(xiàn)象的示意圖；

圖2是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的電機(jī)的位置檢測電路的電路結(jié)構(gòu)框圖；

圖3是本實(shí)用新型第一實(shí)施例提供的電機(jī)的位置檢測電路的重構(gòu)信號的信號波形圖；

圖4是本實(shí)用新型第二實(shí)施例提供的電機(jī)的位置檢測電路的電路結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的詳細(xì)說明?？梢岳斫獾氖牵颂幩枋龅木唧w實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，而非對本實(shí)用新型的限定。另外還需要說明的是，為了便于描述，附圖中僅示出了與本實(shí)用新型相關(guān)的部分而非全部內(nèi)容。

第一實(shí)施例

本實(shí)施例提供了電機(jī)的位置檢測電路的一種技術(shù)方案。參見圖2，在該技術(shù)方案中，所述電機(jī)的位置檢測電路包括：運(yùn)算放大器21及過零點(diǎn)檢測器22。

在本實(shí)用新型中，所述電機(jī)特指永磁無刷直流電機(jī)?？梢岳斫獾氖?，直接 驅(qū)動(dòng)所述永磁無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)的信號是由所述永磁無刷直流電機(jī)的逆變器輸出的三相驅(qū)動(dòng)信號。由于逆變器中通常包含IGBT元件，而IGBT元件的導(dǎo)通通常需要一定的電壓降。因此，導(dǎo)致所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的每一相在過零點(diǎn)位置附近都會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)現(xiàn)象，也就是過零點(diǎn)鉗位現(xiàn)象。

在本實(shí)施例中，將所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的一路信號與所述運(yùn)算放大器的同相輸入端相連接，而將所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的另一路信號與所述運(yùn)算放大器的反相輸入端相連接。具體的，與所述同相輸入端相連接的一路信號通過與所述同相輸入端相串聯(lián)的同相輸入電阻R_i2接入至所述運(yùn)算放大器的同相輸入端，而與所述反相輸入端相連接的另一路信號通過與所述反相輸入端相串聯(lián)的反相輸入電阻R_i1接入至所述運(yùn)算放大器的反相輸入端。而且，所述反相輸入端與所述運(yùn)算放大器的輸出端之間還跨接有反饋電阻R_f1。同時(shí)，所述正相輸入端還通過接地電阻R_f2接地。

假設(shè)，所述反饋電阻R_f1的阻值與所述接地電阻R_f2的阻值相同，均為R_f，并且，所述同相輸入電阻R_i2的阻值與所述反相輸入電阻R_i1的阻值也相同，均為R，則所述運(yùn)算放大器的輸入電壓，也即重構(gòu)信號u_o可以通過式(1)表示：

$u_o=\frac{R_F}{IR}\×(u_{i2}-u_{i1})---\left(1\right)$

其中，u_i2是由所述同相輸入端輸入的電壓信號，而u_i1是由所述反相輸入端輸入的電壓信號。

由于所述三相驅(qū)動(dòng)信號中每一相信號與其他兩相信號之間均存在2π/3的相位差，因此無論是由所述同相輸入端輸入的電壓信號u_i2的過零點(diǎn)時(shí)刻，還是有所述反相輸入端輸入的電壓信號u_i1的過零點(diǎn)時(shí)刻，在所述重構(gòu)信號中均不可能還是過零點(diǎn)時(shí)刻。也就是說，所述重構(gòu)信號的過零點(diǎn)時(shí)刻既不可能與由所述同 相輸入端輸入的電壓信號u_i2的過零點(diǎn)時(shí)刻相同，也不可能與有所述反相輸入端輸入的電壓信號u_i1的過零點(diǎn)時(shí)刻相同。因此，重構(gòu)信號在過零點(diǎn)處較為平滑，不會(huì)出現(xiàn)平臺(tái)現(xiàn)象。所以，依據(jù)重構(gòu)信號的過零點(diǎn)進(jìn)行電機(jī)的轉(zhuǎn)向和位置的檢測，其檢測準(zhǔn)確性相對于現(xiàn)有技術(shù)會(huì)明顯提高。

所述過零點(diǎn)檢測器22通過對所述重構(gòu)信號的相位檢測來判斷所述電機(jī)當(dāng)前的轉(zhuǎn)向及位置。

圖3示出了原始三相驅(qū)動(dòng)信號Ia、Ib、Ic及所述重構(gòu)信號Ia-Ib的信號波形。參見圖3，所述重構(gòu)信號Ia-Ib的周期與所述原始三相驅(qū)動(dòng)信號Ia、Ib、Ic的周期相同，并且相位相較于所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的被減數(shù)信號Ia超前1/12周期。因此，所述過零點(diǎn)檢測器22可以通過檢測所述重構(gòu)信號的連續(xù)兩個(gè)過零點(diǎn)來判定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)向及位置。

優(yōu)選的，所述過零點(diǎn)檢測器22通過檢測并記錄所述重構(gòu)信號的兩個(gè)連續(xù)的過零點(diǎn)的時(shí)刻，并通過式(2)計(jì)算所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速：

$n=\frac{60}{2\×(t_2-t_1)}---\left(2\right)$

其中，n為所述電機(jī)的轉(zhuǎn)速，其單位是轉(zhuǎn)/分鐘。t₁為檢測到連續(xù)兩個(gè)過零點(diǎn)中第一個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)間，t₂為檢測到連續(xù)兩個(gè)過零點(diǎn)中第二個(gè)過零點(diǎn)的時(shí)間。t₁及t₂的單位均是秒。

參見圖3，在用于構(gòu)建所述重構(gòu)信號的原始兩相信號相等時(shí)，所述第三相信號的取值的絕對值應(yīng)該是最大。所述過零點(diǎn)檢測器22通過判斷此時(shí)所述第三相信號的相位，可以判定所述電機(jī)的轉(zhuǎn)向。

另外，由于所述原始三相驅(qū)動(dòng)信號相對于所述重構(gòu)信號分別之后T/12、5T/12及-T/4，因此，可以通過識別所述重構(gòu)信號的相位判定所述電機(jī)當(dāng)前的 旋轉(zhuǎn)位置。

需要說明的是，在本實(shí)施例中，通過從三相驅(qū)動(dòng)信號中選擇兩相信號作差，并將作差的結(jié)果信號作為單一的重構(gòu)信號，根據(jù)所述單一的重構(gòu)信號識別所述電機(jī)的轉(zhuǎn)向及位置。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將所述三相驅(qū)動(dòng)信號兩兩分別作差，得到三相重構(gòu)信號，在根據(jù)所述三相重構(gòu)信號識別所述電機(jī)的轉(zhuǎn)向及位置。

本實(shí)施例通過一個(gè)運(yùn)算放大器對原始的三相驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行重構(gòu)，克服了直接識別原始驅(qū)動(dòng)信號的過零點(diǎn)造成的位置檢測的誤差，提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)向和位置檢測的準(zhǔn)確性。

第二實(shí)施例

本實(shí)施例提供了電機(jī)的位置檢測電路的另一種技術(shù)方案。在該技術(shù)方案中，所述電機(jī)的位置檢測電路包括：運(yùn)算放大電路41及過零點(diǎn)檢測其42。

具體的，參見圖4，所述運(yùn)算放大電路41包括第一運(yùn)算放大器A1及第二運(yùn)算放大器A2。所述第一運(yùn)算放大器A1的同相輸入端與所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的一相信號連接，而所述三相驅(qū)動(dòng)信號中的另一相信號與所述第二運(yùn)算放大器A2的同相輸入端相連接。所述第一運(yùn)算放大器A1的輸出端與所述第二運(yùn)算放大器A2的反相輸入端相連接。所述第一運(yùn)算放大器A1的反相輸入端通過接地電阻R1接地。并且，所述第一運(yùn)算放大器A1的輸出端與其反相輸入端之間跨接有第一反饋電阻R_f1。所述第二運(yùn)算放大器A2的輸出端與其反相輸入端之間跨接有第二反饋電阻R_f2。

通過上面的運(yùn)算放大電路的處理，其輸出電壓信號可以由式(3)給出：

$u_o=-\frac{R_{f2}}{R_3}(1+\frac{R_{f1}}{R_1})u_{i1}+(1+\frac{R_{f2}}{R_3})u_{i1}---\left(3\right)$

同樣，由于由所述第一運(yùn)算放大器的同相輸入端輸入的一相信號u_i1及由所述第二運(yùn)算放大器的同相輸入端輸入的另一相信號u_i2具有相同的周期，不同的相位，所述運(yùn)算放大電路輸入的電壓信號u_o不存在過零點(diǎn)鉗位現(xiàn)象。

本實(shí)施例通過兩個(gè)運(yùn)算放大器對原始的三相驅(qū)動(dòng)信號進(jìn)行重構(gòu)，克服了直接識別原始驅(qū)動(dòng)信號的過零點(diǎn)造成的位置檢測的誤差，提高了電機(jī)的轉(zhuǎn)向和位置檢測的準(zhǔn)確性。

本說明書中的各個(gè)實(shí)施例均采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間的相同或相似的部分互相參見即可。

可以理解，詞語“包括”和/或“包含”用在本說明書中時(shí)，表示所述特征、操作、元件和/或組件的存在，但不排除一個(gè)或多個(gè)其他特點(diǎn)、元件、組件和/或其組合的存在或添加。除非另有明確的規(guī)定或限定，術(shù)語“連接”是指電連接。具體的，它可以是直接電連接，也可以是通過其他元件的間接電連接。

以上所述僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選實(shí)施例，并不用于限制本實(shí)用新型，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言，本實(shí)用新型可以有各種改動(dòng)和變化。凡在本實(shí)用新型的精神和原理之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。