專利名稱：無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制電路及其方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)(下面簡稱為無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī))，它可應(yīng)用于高溫高濕或機(jī)內(nèi)難以安裝傳感器的環(huán)境與場所，特別是涉及一種能很有效地濾去噪聲干擾的無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制裝置與方法，它具有一由兩個(gè)計(jì)數(shù)器組成的數(shù)字移相器，在根據(jù)測得的相電壓所形成的換向信號的一定區(qū)間，對每相進(jìn)行計(jì)數(shù)而濾去噪聲干擾。
根據(jù)電子工業(yè)器件小型化的要求，直流電動(dòng)機(jī)最基本的一個(gè)問題無刷化的研究已在穩(wěn)步地進(jìn)行，并開發(fā)了一種控制向直流電動(dòng)機(jī)正常供電的無刷電動(dòng)機(jī)，在無刷電動(dòng)機(jī)中最基本的問題是準(zhǔn)確測定為供給正確電壓所要求的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)子的位置。然而由于高溫或高濕，位置測定裝置的傳感器很難正常工作，或又由于如壓縮機(jī)這類裝置，更不可能安置位置測定裝置，這樣就使得準(zhǔn)確測定位置極為困難。此外，由于位置測定裝置在BLDC電動(dòng)機(jī)中所占據(jù)的空間很大，所以無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)也就應(yīng)運(yùn)而生。
無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)控制向定子繞組的供電是基于在轉(zhuǎn)子沒有位置傳感器的情況下定子繞組端點(diǎn)的感應(yīng)電壓。
通過測定一個(gè)比較輸出量波形的邊緣來產(chǎn)生個(gè)邊緣測定信號，該比較輸出量是由沿轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向分布的定子多個(gè)繞組的每一個(gè)端點(diǎn)處產(chǎn)生的感應(yīng)電壓與一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電位(0伏)比較而得的。
同時(shí)為了消除當(dāng)電源通斷時(shí)形成的尖峰電壓Vs引起的輸出量的變化，對比較輸出量進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化處理。根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)化后的比較輸出量，就能實(shí)現(xiàn)對每一個(gè)定子繞組電源供電的控制，即實(shí)現(xiàn)換向。
然而，即使定子繞組不是處于電源通斷狀態(tài)，同樣也能產(chǎn)生邊緣信號，這就使得系統(tǒng)不能正確的工作。換句話說，這就使得定子繞組的換向時(shí)間變得不準(zhǔn)確，因而電動(dòng)機(jī)也就不能平穩(wěn)地運(yùn)轉(zhuǎn)。
為了解決上述問題，提出了很多改進(jìn)的辦法。其中之一就是由日本公開專利No.4-317585(1992)所公開的改進(jìn)技術(shù)，下面將詳盡予以介紹。


圖1是常規(guī)的無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)控制電路的方框圖。圖2是說明圖1系統(tǒng)中各部分工作時(shí)的波形圖。參照圖1和圖2，Lu，Lv與Lw每一個(gè)符號代表根據(jù)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)方向安排的每一相定子繞組。標(biāo)號1是換向信號發(fā)生電路。標(biāo)號2，3和4分別表示多相驅(qū)動(dòng)電路，零電位比較電路和邊緣測定電路。標(biāo)號5，6和7又分別代表時(shí)間控制電路，邊緣測定控制電路和起動(dòng)振蕩電路。標(biāo)號8和9則是時(shí)鐘轉(zhuǎn)換電路和控制單元。
根據(jù)時(shí)鐘CK的信號，換向信號發(fā)生電路1發(fā)出多相控制信號，也就是換向信號，以此來控制每相定子繞組Lu，Lv和Lw上的電源供電。根據(jù)基于換向信號的相位，多相驅(qū)動(dòng)電路2就向定子繞組Lu，Lv和Lw供電以實(shí)現(xiàn)驅(qū)動(dòng)。零電位比較電路3分別將在定子繞組Lu，Lv和Lw每一個(gè)端點(diǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U-N，V-N和W-N與零伏標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較。在本系統(tǒng)中，采用了具有預(yù)定輸入值的磁滯比較電路來作為零電位比較電路3。根據(jù)它們的相位，邊緣測定電路4測定比較電路3的輸出波形的邊緣，并將之與每相邊緣測定脈沖進(jìn)行邏輯相加，從而產(chǎn)生換向信號發(fā)生電路1的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘CK2。時(shí)間控制電路5將由邊緣測定電路4產(chǎn)生的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK2延遲到預(yù)定時(shí)間t2，并將此延遲后的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK送往換向信號發(fā)生電路1以形成換向信號。
邊緣測定控制電路6包括延遲電路61和或邏輯門電路62，它的工作原理是當(dāng)定子繞組Lu，Lv和Lw已處于與電源接通或切斷時(shí)，根據(jù)顯示換向信號發(fā)生電路1的運(yùn)行狀態(tài)的狀態(tài)信號，來防止對每一相應(yīng)相的比較輸出波形進(jìn)行邊緣測定。當(dāng)電動(dòng)機(jī)開始驅(qū)動(dòng)時(shí)，振蕩電路7產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK1。開關(guān)電路8接受來自振蕩電路7的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK1，通過時(shí)間控制電路5將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK送往換向信號發(fā)生電路1。當(dāng)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)后，開關(guān)電路8從邊緣測定電路4中接受標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK2，通過時(shí)間控制電路5來將標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK送往換向信號發(fā)生電路1?？刂茊卧?則根據(jù)由邊緣測定電路4輸出的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK2來控制開關(guān)電路8。
下面繼續(xù)對上述結(jié)構(gòu)的控制電路的工作進(jìn)行說明。上面所述的無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)的驅(qū)動(dòng)電路根據(jù)將定子繞組Lu，Lv和Lw的每一個(gè)端點(diǎn)產(chǎn)生的感應(yīng)電壓U-N，V-N和W-N與每一個(gè)零伏標(biāo)準(zhǔn)電位進(jìn)行比較，以及根據(jù)比較后輸出量的相位對其每一個(gè)波形邊緣進(jìn)行測定，而得到用以進(jìn)行換向的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)鐘信號CK。
與此同時(shí)，根據(jù)每相定子繞組Lu，Lv和Lw與電源的切換，用比較電路3來測定感應(yīng)電壓上所產(chǎn)生的尖峰電壓Vs的影響，這樣就可以在邊緣測定電路4進(jìn)行測定之前，通過邊緣測定控制電路6來加以有選擇地排除。
但是基于控制的實(shí)際情況，即使當(dāng)定子繞組電源未處于接通或斷開的條件下，在過渡過程時(shí)或處于重載情況下測得的相電壓，仍然會(huì)產(chǎn)生對邊緣測定有影響的噪聲。因此即使令感應(yīng)電壓能通過零電壓線時(shí)中止邊緣測定，準(zhǔn)確的換向信號的獲得仍然會(huì)受到干擾。
因此本發(fā)明的目的是提供一種不易受到外部環(huán)境影響的裝置和方法，使之無論在過渡過程和重載情況下都能得到穩(wěn)定的供電。
本發(fā)明的第一方面是無傳感器無刷直流(BLDC)電動(dòng)機(jī)的控制電路，藉助于來自換向單元的供電信號控制多個(gè)定子繞組的磁化。它包括以下一些單元測量定子繞組端電壓的每相電壓的相電壓測量單元；測定由所述相電壓測量單元測得的相電壓的極性的相電壓極性測定單元；產(chǎn)生延遲信號的數(shù)字移相器，它藉助于所述相電壓極性測定單元的信號使所產(chǎn)生的信號比所述相電壓滯后達(dá)90°，并將此延遲信號送向所述換向單元。
此外，數(shù)字移相器中還包含一個(gè)第一計(jì)數(shù)器，它對由相電壓極性測定單元測定的信號的設(shè)定時(shí)間值進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；一個(gè)第二計(jì)數(shù)器，它對由相電壓極性測定單元測定的信號的清零時(shí)間值進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；一個(gè)比較單元，它比較第一和第二計(jì)數(shù)器中一個(gè)計(jì)數(shù)器的值是否等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半值；一個(gè)清零單元，根據(jù)比較單元的比較結(jié)果，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jì)數(shù)器中一個(gè)計(jì)數(shù)器的值等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半值時(shí)，就將另一個(gè)計(jì)數(shù)器中的半值清零，以及一個(gè)延遲信號發(fā)生單元，當(dāng)由清零單元將第一計(jì)數(shù)器清零時(shí)，它產(chǎn)生清零信號，而當(dāng)?shù)诙?jì)數(shù)器清零時(shí)，它產(chǎn)生設(shè)定信號。
此外，數(shù)字移相器中最好還包含一個(gè)設(shè)定值比較單元，它將第一和第二計(jì)數(shù)器的每一個(gè)累積值與一預(yù)先選定值進(jìn)行比較；一個(gè)設(shè)定值保持單元，根據(jù)設(shè)定值比較單元比較的結(jié)果，當(dāng)每一個(gè)累積值大于該預(yù)先選定值時(shí)，就將該累積值作為預(yù)先選定值予以保持。
本發(fā)明的另一個(gè)方面是無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)控制多個(gè)定子繞組磁化的控制方法，是由換向單元供給的電源信號來對多個(gè)定子繞組的磁化進(jìn)行控制的，控制步驟有從每相定子繞組端電壓來測量每相電壓；由測量相電壓步驟中得到的信號來測定相電壓的極性；進(jìn)行數(shù)字移相，以產(chǎn)生一個(gè)比來自所述相電壓極性測定步驟所得的相電壓信號滯后達(dá)90°的信號，同時(shí)將此滯后信號送往換向單元。
而在數(shù)字移相步驟中，最好還包括以下步驟第一計(jì)數(shù)，對由相電壓極性測定步驟中所得的正電壓區(qū)域內(nèi)的時(shí)間進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；第二計(jì)數(shù)，對由相電壓極性測定步驟中所得的負(fù)電壓區(qū)域內(nèi)的時(shí)間進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；將這兩個(gè)累積值進(jìn)行比較，確定在第一和第二計(jì)數(shù)步驟時(shí)，其中某一個(gè)計(jì)數(shù)值是否等于另一個(gè)計(jì)數(shù)的半值；根據(jù)累積計(jì)數(shù)值比較步驟的比較結(jié)果進(jìn)計(jì)數(shù)值清零，即當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jì)數(shù)器的某一個(gè)累積計(jì)數(shù)值等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半值時(shí)，就將該另一個(gè)計(jì)數(shù)器的值清零；在計(jì)數(shù)器值清零過程中，如果是將第一計(jì)數(shù)器清零，則產(chǎn)生一個(gè)延遲信號來形成一清零信號，如果是將第二計(jì)數(shù)器清零，則產(chǎn)生一個(gè)設(shè)定信號。
有時(shí)，數(shù)字移相工作步驟也還包含有固定上述累積值的步驟，即將兩個(gè)計(jì)數(shù)器的累積值每個(gè)都與預(yù)先選定值進(jìn)行比較，看哪一個(gè)累積值比該預(yù)先選定值為大，當(dāng)該累積值比該預(yù)定值大時(shí)將此累積值作為一預(yù)定值保持下來。
本發(fā)明的再一個(gè)方面是無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)的控制電路，它包括；階躍信號發(fā)生單元，當(dāng)電動(dòng)機(jī)由零起動(dòng)，其轉(zhuǎn)速達(dá)到某一預(yù)定值時(shí)，發(fā)出一個(gè)階躍信號；相電壓測量單元，它測量電動(dòng)機(jī)定子繞組每相的電壓；相電壓極性測定單元，它測定由相電壓測量單元測得的相電壓的極性；數(shù)字移相器，它輸出一個(gè)相位比由相電壓極性測定單元所測得的信號相電壓的相位滯后90°的信號；模式選擇單元，通過比較由階躍信號發(fā)生單元產(chǎn)生的信號與由數(shù)字移相器產(chǎn)生的信號來選擇一個(gè)信號；換向單元，輸出該由模式選擇單元選取的信號作為定子繞組的電源信號；逆變器，根據(jù)該換向單元的電源信號向電動(dòng)機(jī)的定子繞組供給電源。
數(shù)字移相器還可以包括兩個(gè)積分單元，分別對相電壓極性測定單元的不同極性的區(qū)域進(jìn)行積分，并將此兩個(gè)積分單元中的一個(gè)積分單元的值與另一個(gè)積分單元的半值進(jìn)行比較，確定其是否相等；當(dāng)一個(gè)積分單元的值等于另一個(gè)積分單元的值時(shí)，就由延遲信號發(fā)生單元發(fā)出一個(gè)延遲信號。
本發(fā)明的上述目的與優(yōu)點(diǎn)還可以通過附圖與其相應(yīng)的說明得到更清晰的了解圖1是說明常規(guī)無傳感器BLDC電動(dòng)機(jī)的控制電路的方框圖；圖2是說明圖1中各部分運(yùn)行狀態(tài)的波形圖；圖3是用于本發(fā)明一實(shí)施例中的控制電路的方框圖4是說明圖3方框圖中各部分的波形圖；圖5是進(jìn)一步說明圖4的數(shù)字移相器的電路圖；圖6是說明由數(shù)字移相器形成的信號滯后90°過程的流程圖；圖7是說明信號H1，H2和H3以及開關(guān)元件上下限的驅(qū)動(dòng)信號的波形圖。
通過附圖以及各優(yōu)選實(shí)施例的說明可以更清楚地對本發(fā)明的目的，特征及優(yōu)點(diǎn)有所了解。
圖3是應(yīng)用于本發(fā)明一實(shí)施例的控制電路的方框圖。圖4是圖3方框圖中各個(gè)部分的波形圖。為了簡略，與圖1中作用相同的部分就不再重復(fù)了。
圖3中，標(biāo)號110表示起動(dòng)信號發(fā)生單元，它產(chǎn)生階躍信號H1′，H2′和H3′直到電動(dòng)機(jī)170由起動(dòng)達(dá)到預(yù)定的速度。120表示相電壓測量單元，它用以從每一個(gè)端點(diǎn)電壓Va，Vb及Vc計(jì)算相電壓，同時(shí)測定每一個(gè)相電壓的極性。130則是一個(gè)數(shù)字移相器，它產(chǎn)生一個(gè)比由相電壓測量單元測得的相電壓的輸入波形相位滯后90°的信號。140是模式選擇單元，用以確定在起動(dòng)階段中電動(dòng)機(jī)170是否達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速。150是換向單元，它根據(jù)來自數(shù)字移相器130的信號或來自起動(dòng)信號發(fā)生單元110的信號提供電源供電信號。160則是一個(gè)逆變器，它根據(jù)數(shù)字移相器130提供的轉(zhuǎn)速信息與脈沖寬度調(diào)制器來的電壓指令來加速電動(dòng)機(jī)170。170則是由逆變器指令控制的無傳感器BLCD電動(dòng)機(jī)。此外，100表示一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，它包括了起動(dòng)信號發(fā)生單元110，模式選擇單元140，換向單元150以及數(shù)字移相器130。
相電壓測定單元120從由電動(dòng)機(jī)170定子端點(diǎn)得到的端點(diǎn)電壓Va，Vb及Vc來測取線間電壓，如下式所示Vab＝Va-Vb，Vbc＝Vb-Vc，以及Vca＝Vc-Va利用公式Vn＝(Va+Vb+Vc)/3，由中點(diǎn)電壓Vn可以求得如下式所示的各相電壓。
Van＝Va-Vn＝(2Va-Vb-Vc)/3＝(2Vab+Vbc)/3Vbn＝Vb-Vn＝(2Vb-Vc-Va)/3＝(2Vbc+Vca)/3及Vcn＝Vc-Vn＝-Van-Vbn相電壓極性Sa，Sb及Sc通過用一個(gè)低通濾波器(LPF)從相電壓Van，Vbn及Vcn中降低脈寬調(diào)制頻率分量后，用磁滯比較器來獲取。
如圖4所示，相電壓Van描述了通過低通濾波器后的輸出波形，該輸出通過一個(gè)運(yùn)算單元完成上述公式的運(yùn)算。所述相電壓通過磁滯比較器后，它的極性以Sa示于圖中。當(dāng)感應(yīng)電壓Van值高于電壓零線時(shí)，相電壓極性信號Sa呈許多直邊區(qū)段狀。
數(shù)字移相器130根據(jù)通過正值計(jì)數(shù)器和負(fù)值計(jì)數(shù)器中的每一個(gè)符號，在每一次取樣周期內(nèi)，計(jì)算由相電壓測量單元120測取的相電壓的極性。
與此同時(shí)，無論正值還是負(fù)值計(jì)數(shù)器，當(dāng)一個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)達(dá)到另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半數(shù)時(shí)，該另一個(gè)計(jì)數(shù)器就被清零。兩個(gè)計(jì)數(shù)器交替清零。如此操作，輸出量處于設(shè)定值或復(fù)位值，從而產(chǎn)生了前述的相位比基波相位滯后多達(dá)90°的輸出信號。
圖5是進(jìn)一步說明圖4數(shù)字移相器130的電路圖。數(shù)字移相器130由第一數(shù)字移相器130a，第二數(shù)字移相器130b和第三數(shù)字移相器130c組成。每一個(gè)數(shù)字移相器通過接受分別來自相電壓測定單元120的相電壓極性信號Sa，Sb及Sc而產(chǎn)生一信號相移。在這些數(shù)字移相器中，除了信號輸入和輸出外，都具有相同的產(chǎn)生信號相移的處理過程，因此我們僅以第一數(shù)字移相器130a為例來詳盡進(jìn)行說明。
當(dāng)a相相電壓極性信號Sa是正值時(shí)，正值計(jì)數(shù)器(以下簡稱Pa計(jì)數(shù)器)131a進(jìn)行計(jì)數(shù)。相反，當(dāng)a相相電壓信號Sa是負(fù)值時(shí)，負(fù)值計(jì)數(shù)器(以下簡稱Na計(jì)數(shù)器)132a進(jìn)行計(jì)數(shù)。
正值極性比較器134a將Pa計(jì)數(shù)器131a的數(shù)值與通過第一除法器133a除以2以后的Na計(jì)數(shù)器132a的數(shù)值進(jìn)行比較，比較結(jié)果，當(dāng)Pa計(jì)數(shù)器131a的數(shù)值與相應(yīng)于Na計(jì)數(shù)器132a的一半數(shù)值的第一除法器133a的輸出數(shù)值相同時(shí)，Na計(jì)數(shù)器132a的數(shù)值被清零。邏輯低電位的輸出就轉(zhuǎn)換成邏輯高電位。該邏輯高電位的輸出一直保持到Pa計(jì)數(shù)器131a的數(shù)值小于第一除法器133a的輸出值，或者它由Na計(jì)數(shù)器132a的值來清零。
相反，負(fù)值極性比較器136a將Na計(jì)數(shù)器132a的數(shù)值與通過第二除法器135a除以2以后的Pa計(jì)數(shù)器131a的數(shù)值進(jìn)行比較，比較結(jié)果，當(dāng)Na計(jì)數(shù)器132a的值與相應(yīng)于Pa計(jì)數(shù)器131a的一半數(shù)值的第二除法器135a的輸出數(shù)值相同時(shí)，Pa計(jì)數(shù)器131a的數(shù)值被清零。以上過程請參見圖4。
圖6是說明由數(shù)字移相器130形成一相位最大延遲90°的信號的過程流程圖。
首先確定a相相電壓Sa是否1(S1)。如果相電壓Sa是1，具有起始值為零的Pa計(jì)數(shù)器的值就增加1(S2)，如果相電壓Sa不是1，具有起始值為零的Na計(jì)數(shù)器的值就增加1(S3)。然后確定計(jì)數(shù)器Pa和Na的每一次數(shù)值是否小于預(yù)定值M(S4與S5)。預(yù)定值M是一個(gè)非常大的數(shù)值，因而它可防止每一個(gè)計(jì)數(shù)器數(shù)值的溢出。當(dāng)執(zhí)行到確定步驟S4時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器Pa的值小于預(yù)定值M時(shí)，則確定計(jì)數(shù)器Pa的值是否等于計(jì)數(shù)器Na的半值(S7)。當(dāng)計(jì)數(shù)器Pa的值大于預(yù)定值M時(shí)，就把計(jì)數(shù)器Pa的數(shù)值設(shè)定為M值(Sb)，然后再確定計(jì)數(shù)器Pa的數(shù)值與是否相當(dāng)于計(jì)數(shù)器Na的半值(S7)。在步驟S7中，當(dāng)計(jì)數(shù)器Pa的數(shù)值等于計(jì)數(shù)器Na的半值時(shí)，計(jì)數(shù)器Na恢復(fù)為零值，同時(shí)移相器輸出Sao設(shè)定為1。在步驟S7中，如果計(jì)數(shù)器Pa的值不等于計(jì)數(shù)器Na的半值，工作結(jié)束。此外，在確定計(jì)數(shù)器Na的值是否小于預(yù)定值M的步驟S5中，當(dāng)計(jì)數(shù)器Na的值小于預(yù)定值M，那就進(jìn)一步確定計(jì)數(shù)器Na的值是否等于計(jì)數(shù)器Pa的半值(S8)。當(dāng)計(jì)數(shù)器Na的值不是小于預(yù)定值M，計(jì)數(shù)器Na的數(shù)值就被設(shè)定為預(yù)定值M，然后再確定計(jì)數(shù)器Na的值是否等于計(jì)數(shù)器Pa的半值(S8)。在確定步驟S8中，當(dāng)計(jì)數(shù)器Na的值等于計(jì)數(shù)器Pa的半值，計(jì)數(shù)器Pa的值被初始化為零，同時(shí)移相器輸出Sao清除為0。在確定步驟S8中，當(dāng)計(jì)數(shù)器Na的值不等于計(jì)數(shù)器Pa的半值，工作結(jié)束。
如圖所示(參見圖4)，在t0到t6區(qū)間內(nèi)，當(dāng)相電壓Van是正值(+)，a相相電壓極性信號Sa具有1值。t6區(qū)間以后，根據(jù)電流的快速變化，相電壓進(jìn)入負(fù)值(-)區(qū)域，同時(shí)在t5到t5峰值電壓Vs區(qū)間內(nèi)其值為零。同樣，在t6到t12區(qū)間內(nèi)，當(dāng)相電壓是負(fù)值時(shí)，相電壓極性信號Sa具有0值。但由于電流快速變化而產(chǎn)生峰值電壓Vs，因而相電壓極性信號在相電壓的值在正值區(qū)域時(shí)變?yōu)?。
如上所述，根據(jù)相電壓極性信號Sa，在Sa的值為1的區(qū)域內(nèi)，計(jì)數(shù)器Pa的值線性增加，而在Sa的值為0的區(qū)域內(nèi)，計(jì)數(shù)器Na的值線性增加。同時(shí)，比較器比較某一計(jì)數(shù)器的值是否等于另一計(jì)數(shù)器的半值。當(dāng)某一計(jì)數(shù)器的值達(dá)到另一計(jì)數(shù)器的半值，另一計(jì)數(shù)器的值就被清零。例如計(jì)數(shù)器Pa的值由零起始，當(dāng)在t3時(shí)，其值達(dá)到計(jì)數(shù)器Na的半值，此時(shí)，計(jì)數(shù)器Na被清零。同樣，當(dāng)計(jì)數(shù)器Na在t5時(shí)其值由零線性增加，當(dāng)在t9時(shí)，其值達(dá)到計(jì)數(shù)器Pa的半值。因而計(jì)數(shù)器Pa的值被清為零。在t3時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器Pa的值等于計(jì)數(shù)器Na的半值時(shí)，移相器輸出Sao被設(shè)定為1，而當(dāng)在t9時(shí)，當(dāng)計(jì)數(shù)器Na的值等于計(jì)數(shù)器Pa的半值時(shí)，它又被清為零。同時(shí)，Sao輸出波形比信號Sa的波形相位滯后達(dá)90°。利用上述方法，也可以求得移相輸出的其它兩相Sbo與Sco的波形。將上述信號反向，形成了換向信號H1，H2和H3。
圖7展示了信號H1，H2與H3以及開關(guān)元件上下限的驅(qū)動(dòng)信號的波形圖。換向信號H1，H2與H3分別相應(yīng)于與相移信號Sbo，Sco及Sao反向的信號。相應(yīng)地引入了開關(guān)元件上下限的驅(qū)動(dòng)信號。同時(shí)，換向信號H1與H2之間形成120°的相位差，同理，H2與H3之間也存在在120°的相位差。圖7中顯示的波形A+，B+，C+，A-，B-與C-都加到逆變器160的開關(guān)元件上下限上，這樣就接通了電源。
如上所述，數(shù)字移相器累積了各測定的相電壓信號并濾去在測量相電壓過程中噪聲的影響。因而獲得了不受過載或任何外部噪聲影響的非常穩(wěn)定和準(zhǔn)確的換向信號。此外即使在重載情況下，這個(gè)系統(tǒng)也能使電流的過渡時(shí)間導(dǎo)前于換向時(shí)間，同時(shí)補(bǔ)償電流滯后響應(yīng)，因而提高了系統(tǒng)的效率。
雖然為了說明本發(fā)明我們公開了上述本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員清楚地了解，在不超出和不違背由權(quán)利要求所限定的本發(fā)明的范圍和精神實(shí)質(zhì)的情況下，是可以進(jìn)行修改，補(bǔ)充和替代的。
權(quán)利要求
1.無傳感器無刷直流(BLDC)電動(dòng)機(jī)的控制電路，利用換向單元供給的電源信號對多個(gè)定子繞組的磁化進(jìn)行控制，該電路包括以下部分測量所述各相定子繞組端電壓的每相電壓的相電壓測量單元；測定由所述相電壓測量單元測量所得的相電壓極性的相電壓極性測定單元；產(chǎn)生滯后信號并將該滯后信號送至所述換向單元的數(shù)字移相器，該滯后信號比由所述相電壓極性測定單元所測定的相電壓相位滯后多達(dá)90°。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的電路，其中所述數(shù)字移相器包括第一計(jì)數(shù)器，累積由所述相電壓極性測定單元測定的信號設(shè)定時(shí)間值；第二計(jì)數(shù)器，累積由所述相電壓極性測定單元測定的信號清除時(shí)間值；比較裝置，用以比較第一和第二計(jì)數(shù)器中的一個(gè)計(jì)數(shù)器的值是否等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半數(shù)值；清零裝置，根據(jù)所述比較裝置的比較結(jié)果，當(dāng)?shù)谝缓偷诙?jì)數(shù)器中的一個(gè)計(jì)數(shù)器的值等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半數(shù)值時(shí)，該清零裝置清除該另一個(gè)計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)值；滯后信號發(fā)生裝置，當(dāng)由所述清零裝置對所述第一計(jì)數(shù)器清零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)清零信號；而當(dāng)所述第二計(jì)數(shù)器清零時(shí)，產(chǎn)生一個(gè)設(shè)定信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的電路，其中所述數(shù)字移相器包括設(shè)定值比較裝置，它將所述第一和第二計(jì)數(shù)器的每一個(gè)累積值與一預(yù)先設(shè)定值進(jìn)行比較；設(shè)定值保持裝置，當(dāng)每一個(gè)累積值大于所述預(yù)先設(shè)定值，根據(jù)所述設(shè)定值比較裝置的比較結(jié)果，該設(shè)定值保持裝置將每個(gè)已累積值作為預(yù)先設(shè)定值來保持。
4.無傳感器無刷(BLDC)電動(dòng)機(jī)的控制方法，利用換向單元提供的電源供電信號對多個(gè)定子繞組的磁化進(jìn)行控制，包括下述步驟從定子每相端電壓測量每相電壓；由所述測量相電壓步驟中測量得到的信號來測定相電壓的極性；進(jìn)行數(shù)字相移以產(chǎn)生一滯后信號，該滯后信號比由所述的相電壓極性測定步驟中所得的相電壓信號的相位滯后多達(dá)90°，同時(shí)向所述換向單元輸出該滯后信號。
5.如權(quán)利要求4所述的方法，其中所述數(shù)字相移步驟還包括以下步驟第一累積計(jì)數(shù)，對來自所述相電壓極性測定步驟的正電壓區(qū)間的時(shí)間進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；第二累計(jì)數(shù)，對來自所述相電壓極性測定步驟的負(fù)電壓區(qū)間的時(shí)間進(jìn)行累積計(jì)數(shù)；比較所述累積值，用以確定所述第一和第二計(jì)數(shù)步驟中的一個(gè)計(jì)數(shù)步驟中的值是否等于另一個(gè)計(jì)數(shù)步驟所得的半值；清除計(jì)數(shù)器的數(shù)值，根據(jù)所述比較累積值步驟的比較結(jié)果，當(dāng)所述第一和第二計(jì)數(shù)器中的一個(gè)計(jì)數(shù)器的累積值等于另一個(gè)計(jì)數(shù)器的半值時(shí)，將該另一個(gè)計(jì)數(shù)器的值清零；以及產(chǎn)生一個(gè)滯后信號，當(dāng)在所述清除計(jì)數(shù)器數(shù)值的步驟中將所述第一計(jì)數(shù)器清零時(shí)產(chǎn)生一清零信號，而當(dāng)所述第二計(jì)數(shù)器清零時(shí)產(chǎn)生一設(shè)定信號。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其中所述數(shù)字相移步驟還包括以下步驟固定累積值，用于比較所述計(jì)數(shù)器的每一個(gè)累積值是否大于一預(yù)先選定值，并當(dāng)每一個(gè)累積值大于該預(yù)先選定值時(shí)，將此累積值作為一預(yù)定值予以保持。
7.無傳感器無刷直流(BLDC)電動(dòng)機(jī)的控制裝置，包括以下部分階躍信號發(fā)生單元，當(dāng)電機(jī)由起動(dòng)達(dá)到預(yù)定轉(zhuǎn)速時(shí)產(chǎn)生一個(gè)階躍信號；相電壓測量單元，用以測量所述電機(jī)每相定子繞組的電壓；相電壓極性測定單元，用以測定由上述相電壓測量單元測量的相電壓的極性；數(shù)字移相器，輸出一個(gè)比由所述相電壓極性測定單元測定的相電壓信號的相位滯后達(dá)90°的信號；模式選擇單元，通過比較從所述階躍信號發(fā)生單元產(chǎn)生的信號與從所述數(shù)字移相器產(chǎn)生的信號，來選取一個(gè)信號；換向單元，用于輸出該由所述模式選擇單元選定的信號，將其作為定子繞組的電源供電信號；逆變器，根據(jù)所述換向單元的電源供電信號向所述電動(dòng)機(jī)的定子繞組輸送電功率。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的裝置，其中所述數(shù)字移相器包括兩個(gè)積分單元，用于對所述相電壓極性測定單元的具有不同極性的區(qū)間進(jìn)行積分；比較器，用以比較所述兩個(gè)積分單元中的一個(gè)積分單元的值是否等于另一個(gè)積分單元的半數(shù)；以及滯后信號發(fā)生裝置，用于當(dāng)一個(gè)積分單元的值與另一個(gè)積分單元的相當(dāng)時(shí)發(fā)出一個(gè)滯后信號。
全文摘要
一種無傳感器無刷直流電動(dòng)機(jī)的控制裝置與方法,可有效地濾去噪聲干擾。該裝置包括測量定子繞組的每相端電壓的相電壓測量單元、測定所述相電壓的極性的相電壓極性測定單元和產(chǎn)生比所述相電壓極性測定單元所產(chǎn)生的相電壓信號滯后90°的信號的數(shù)字移相器,該滯后信號用以控制換向單元,數(shù)字移相器具有兩個(gè)計(jì)數(shù)器,對根據(jù)所測相電壓形成的換向區(qū)間進(jìn)行計(jì)數(shù)。
文檔編號H02P6/14GK1190282SQ9712264
公開日1998年8月12日 申請日期1997年11月26日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月6日
發(fā)明者鄭圣基, 河仁重, 鄭斗熙 申請人:三星電子株式會(huì)社