专利名称：无刷直流电机反电动势过零点检测电路的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种反电动势过零点检测电路，特别是涉及一种能适应各种 PWM调制策略控制的无刷直流电机反电动势过零点统一精确检测电路。
背景技术：
无位置传感器无刷直流电机检测转子位置最简单、实用的方法是通过检测反 电动势过零点來确定，由于绕组的反电动势是难以直接测量的物理量，目前主要
有两种方法 一是通过检测电机端电压信号，进行比较后间接获取绕组反电动势 信号的过零点，该方法的不足是:在检测电路中需要用电容滤掉端电压中的PWM 调制波，会产生相移，而且随着电机转速的变化而变化，使换相不准确，尤其是
当系统调速范围很宽时，电机运行在高频时相移过大，不能实施正确换相；二是 在PWM斩波关断或导通期间对电机的端电压进行采样，直接获取反电势信号的 过零点，该种方法虽然克服了第一种方法存在的不足，但针对不同的PWM调制 策略需要采用不同的采样方法，增加了生产制造成木，不利于组织生产，同时受 逆变器开关管和二极管压降的影响，限制了电机低速工作时对反电动势过零点的 正确检测。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种不需要滤波电容，不出现相移，不 受逆变器开关管和二极管压降的影响，能适应各种PWM调制技术控制的无刷直 流电机反电动势过零点统一检测电路。
本发明所采用的技术方案是
包括线电压差检测电路、PWM调制噪声消除电路、过零点比较电路、虚假
零点屏蔽电路，线电压差检测电路接口 A、 B、 C分别与无刷直流电机的三相线 连接，PWM调制噪声消除电路与线电压差检测电路连接，过零点比较电路与 PWM调制噪声消除电路连接，虚假零点屏蔽电路与过零点比较电路连接，六个 未经过PWM调制的换相信号S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别与PWM调制噪声
消除电路和虚假零点屏蔽电路连接。
所述的线电压差检测电路包括电阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，运算放大器U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F， R1A、 R1B、 R1C的 一端分别与电机三相线A、 B、 C连接，R1A的另一端与R2A的一端、R3C的--'端、UA的TH相端、U1C 的反相端汇接，R1B的另一端与R2B的一端、R3A的一端、U1B的TH相端、 U1A的反相端汇接，R1C的另一端与R2C的一端、R3B的一端、U1C的正相端、 U1B的反相端汇接，R4A的一端、R3A的另一端、U1A输出端汇接，R4B的一 端、R3B的另一端、U1B输出端汇接，R4C的一端、R3C的另一端、U1C输出 端汇接，R4A的另一端、R5A的一端、U1D的反相端、U1E的正相端汇接，R4B 的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、U1F的[H相端汇接，R4C的另一端、 R5C的一端、U1E的反相端、U1D的^相端汇接。
所述的PWM调制噪声消除电路包括运算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D， 双端输入模拟丌关U3A、 U3B、 U3C，或门U4A、 U4B、 U4C，电阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的iH相输入端分别与线电压差检测电路的U1D、 U1E、 U1F的输出端相连接，还分别与IBA、 U3B、 U3C的一个输入端连接， U2A、 U2B、 U2C的输出端分别与各自的反相端连接，还分别与U3A、 U3B、 U3C的另一输入端连接；U3A、 U3B、 U3C输出端分别与三个电阻R6A、 R6B、 R6C的一端连接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分别与U4A、 U4B、 U4C的输出 端连接，U4A两个输入端分别与换相信号S1、 S2连接，U4B两个输入端分别与 换相信号S3、 S4连接、U4C两个输入端分别与换相信号S5、 S6连接，三个电 阻R6A、 R6B、 R6C的另一端与U2D的正相输入端连接，U2D的反相输入端经 过电阻R7与输出端连接，U2D的输出端、二极管D1的下端、二极管D2上端 汇接，二极管Dl的上端连接+15V电源，二极管D2下端连接-15V电源。
所述的过零点比较电路运算放大器U5正相端接地，运算放大器U5的反相 端与PWM调制噪声消除电路运算放大器U2D的输出端连接。
所述的虚假零点屏蔽电路包括非门U6、异或门U7与UIO、与门U8与Ull、 或非门U9、 D触发器U12、电阻Rdl与Rd2、电容Cdl与Cd2，过零点比较电 路运算放大器U5的输出端、电阻Rdl的一端、U10的一个输入端、U12的D端 汇接，Rdl的另一端、电容Cdl的一端、U10的另一个输入端汇接，U10的输出 端与Ull的一个输入端连接，Ull的输出端与U12的时钟触发端C连接，U12的输出端输出反电动势过零方波信号，六个未经过PWM调制的换相信号Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别对应连接各自的电阻Rd2—端、各自的U6输入端、 各自的U7—个输入端，各自的电阻Rd2另一端、各自的电容Cd2的一端、各自 的U7的另一个输入端汇接，各自的U6输出端、各自的U7输出端与各自U8的 输入端连接，六个U8的输出端与U9的六个输入端连接，U9的输出端与Ull 的另一个输入端连接。
本发明的无刷直流电机反电动势过零点精确检测电路，应用模拟开关消除了 PWM调制噪声并得到了放大四倍的平滑非导通相反电势信号，应用简单的数字 电路消除了换相时刻因为电机三相绕组同时导通出现的虛假过零点，与背景技术 相比实现了不受PWM调制技术和逆变器丌关管与二极管压降的影响，无需滤波 电容，在更低的速度下实现对反电动势过零点信号无相移精确检测的目的。
图l是本发明的方框示意图。
图2是本发明的一个实施例的电路连接图。
图中1、线电压差检测电路，2、 PWM调制噪声消除电路，3、过零点比 较电路，4、虚假零点屏蔽电路。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一歩说明。
如图1所示，本发明的一种无刷直流电机反电动势过零点检测电路，包括线 电压差检测电路(1)、 PWM调制噪声消除电路(2)、过零点比较电路(3)、虚 假零点屏蔽电路(4)，线电压差检测电路(1)接口A、 B、 C分别与无刷直流电 机的三相线连接，PWM调制噪声消除电路(2)与线电压差检测电路(1)连接， 过零点比较电路(3)与PWM调制噪声消除电路(2)连接，虚假零点屏蔽电路 (4)与过零点比较电路(3)连接，六个未经过PWM调制的换相信号Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别与PWM调制噪声消除电路(2)和虚假零点屏蔽电路(4)连接。
如图2所示，线电压差检测电路(1)包括电阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、 R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，运 算放大器U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F， R1A、 R1B、 R1C的一端分别 与电机三相线A、 B、 C连接，R1A的另一端与R2A的一端、R3C的一端、U1A 的正相端、U1C的反相端汇接，R1B的另一端与R2B的一端、R3A的一端、U1B的正相端、U1A的反相端汇接，R1C的另一端与R2C的一端、R3B的一端、 U1C的正相端、U1B的反相端汇接，R4A的一端、R3A的另一端、U1A输出端 汇接，R4B的一端、R3B的另一端、U1B输出端汇接，R4C的一端、R3C的另 一端、U1C输出端汇接，R4A的另一端、R5A的一端U1D的反相端、U1E的正 相端汇接，R4B的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、U1F的IH相端汇接， R4C的另一端、R5C的一端、U1E的反相端、U1D的TH相端汇接；PWM调制噪 声消除电路(2)包括运算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D，双端输入模拟开关 U3A、 U3B、 U3C，或门U4A、 U4B、 U4C，电阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的正相输入端分别与线电压差检测电路(1)的U1D、 U1E、 U1F的 输出端相连接，还分别与U3A、 U3B、 U3C的 -个输入端连接，U2A、 U2B、 U2C的输出端分别与各自的反相端连接，还分别与U3A、 U3B、 U3C的另一输 入端连接；U3A、 U3B、 U3C输出端分别与三个电阻R6A、 R6B、 R6C的一端连 接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分别与U4A、 U4B、 U4C的输出端连接，U4A 两个输入端分别与换相信号S1、 S2连接，U4B两个输入端分别与换相信号S3、 S4连接、U4C两个输入端分别与换相信号S5、 S6连接，三个电阻R6A、 R6B、 R6C的另一端与U2D的正相输入端连接，U2D的反相输入端经过电阻R7与输 出端连接，U2D的输出端、二极管Dl的下端、二极管D2上端汇接，二极管 Dl的上端连接+15V电源，二极管D2下端连接-15V电源；过零点比较电路(3) 运算放大器U5正相端接地，运算放大器U5的反相端与PWM调制噪声消除电 路(2)运算放大器U2D的输出端连接；虚假零点屏蔽电路(4)包括非门U6、异 或门U7与U10、与门U8与U11、或非门U9、 D触发器U12、电阻Rdl与Rd2、 电容Cdl与Cd2，过零点比较电路(3)运算放大器U5的输出端、电阻Rdl的 一端、U10的一个输入端、U12的D端汇接，Rdl的另一端、电容Cdl的一端、 U10的另一个输入端汇接，U10的输出端与Ull的一个输入端连接，Ull的输出 端与U12的时钟触发端C连接，U12的输出端输出反电动势过零方波信号，六 个未经过PWM调制的换相信号Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别对应连接各自的 电阻Rd2—端、各自的U6输入端、各自的U7—个输入端，各自的电阻Rd2另 一端、各自的电容Cd2的一端、各自的U7的另一个输入端汇接，各自的U6输 出端、各自的U7输出端与各自U8的输入端连接，六个U8的输出端与U9的六个输入端连接，U9的输出端与U11的另一个输入端连接。
本发明的U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F采用一片集成芯片NJM2116M， U2A、 U2B、 U2C、 U2D采用一片集成芯片LM324， U3A、 U3B、 U3C采用三 片集成芯片MAX4669, U4A、 U4B、 U4C采用一片集成芯片CD4001 ， U5采用 一片集成芯片NJM2406F。
本发明的工程过程是
如图3所示，含有PWM调制波的无刷直流电机三相端电压经过线电压差检 测电路和PWM调制噪声消除电路处理后输出放大四倍不含PWM调制波的平滑
非导通相反电势信号VABC， VABC经限幅电路限幅、过零点比较电路比较后得到
含有换相时刻虚假零点的反电动势过零点信号ZABC, ZABC经虚假零点屏蔽电路 去除虚假零点输出只有反电动势过零点的方波信号ZABCO。
上述具体实施方式
用来解释本发明，而不是对本发明进行限制，在本发明的 精神和权利要求的保护范围内，对本发明做出的任何修改和改变，都落入本发明 的保护范围内。
权利要求
1、无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于包括线电压差检测电路(1)、PWM调制噪声消除电路(2)、过零点比较电路(3)、虚假零点屏蔽电路(4)，线电压差检测电路(1)接口A、B、C分别与无刷直流电机的三相线连接，PWM调制噪声消除电路(2)与线电压差检测电路(1)连接，过零点比较电路(3)与PWM调制噪声消除电路(2)连接，虚假零点屏蔽电路(4)与过零点比较电路(3)连接，六个未经过PWM调制的换相信号S1、S2、S3、S4、S5、S6分别与PWM调制噪声消除电路(2)和虚假零点屏蔽电路(4)连接。
2、 根据权利要求1所述的无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于 所述的线电压差检测电路(1)包括电阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、 R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，运算放大器 U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F, R1A、 R1B、 R1C的一端分别与电机 三相线A、 B、 C连接，R1A的另一端与R2A的一端、R3C的一端、U1A 的正相端、U1C的反相端汇接，R1B的另一端与R2B的一端、R3A的一端、 UlB的if.相端、U1A的反相端汇接，R1C的另一端与R2C的一端、R3B的 一端、U1C的FH相端、U1B的反相端汇接，R4A的一端、R3A的另一端、 U1A输出端汇接，R4B的一端、R3B的另一端、U1B输出端汇接，R4C的一 端、R3C的另一端、U1C输出端汇接，R4A的另一端、R5A的一端、U1D 的反相端、U1E的正相端汇接，R4B的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、 U1F的正相端汇接，R4C的另一端、R5C的一端、U1E的反相端、U1D的正 相端汇接。
3、 根据权利要求1所述的无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于 所述的PWM调制噪声消除电路(2)包括运算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D， 双端输入模拟丌关U3A、 U3B、 U3C,或门U4A、 U4B、 U4C，电阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的iH相输入端分别与线电压差检测电路(1)的U1D、 U1E、 U1F的输出端相连接，还分别与U3A、 U3B、 U3C的 一个输入端连接，U2A、 U2B、 U2C的输出端分别与各自的反相端连接，还 分别与U3A、 U3B、 U3C的另一输入端连接；U3A、 U3B、 U3C输出端分别 与三个电阻R6A、 R6B、 R6C的一端连接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分别与U4A、 U4B、 U4C的输出端连接，U4A两个输入端分别与换相信号Sl、 S2连接，U4B两个输入端分别与换相信号S3、 S4连接、U4C两个输入端分 别与换相信号S5、 S6连接，三个电阻R6A、 R6B、 R6C的另一端与U2D 的正相输入端连接，U2D的反相输入端经过电阻R7与输出端连接，U2D的 输出端、二极管D1的下端、二极管D2上端汇接，二极管D1的上端连接+15V 电源，二极管D2下端连接-15V电源。
4、 根据权利要求1所述的无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于-. 所述的过零点比较电路(3)运算放大器U5正相端接地，运算放大器U5的 反相端与PWM调制噪声消除电路(2)运算放大器U2D的输出端连接。
5、 根据权利要求1所述的无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于 虚假零点屏蔽电路(4)包括非门U6、异或门U7与U10、与门U8与U11、或 非门U9、 D触发器U12、电阻Rdl与Rd2、电容Cdl与Cd2，过零点比较电 路(3)运算放大器U5的输出端、电阻Rdl的一端、U10的一个输入端、U12 的D端汇接，Rdl的另一端、电容Cdl的一端、U10的另一个输入端汇接， U10的输出端与Ull的一个输入端连接，Ull的输出端与U12的时钟触发端 C连接，U12的输出端输出反电动势过零方波信号，六个未经过PWM调制 的换相信号S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分别对应连接各自的电阻Rd2—端、 各自的U6输入端、各自的U7—个输入端，各自的电阻Rd2另一端、各自的 电容Cd2的一端、各自的U7的另一个输入端汇接，各自的U6输出端、各自 的U7输出端与各自U8的输入端连接，六个U8的输出端与U9的六个输入 端连接，U9的输出端与Ull的另 一个输入端连接。
6、 根据权利要求1所述的无刷直流电机反电动势过零点检测电路，其特征在于 U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F采用一片集成芯片NJM2116M， U2A、 U2B、 U2C、 U2D采用一片集成芯片LM324， U3A、 U3B、 U3C采用三片集 成芯片MAX4669, U4A、 U4B、 U4C采用一片集成芯片CD4001， U5采用 一片集成芯片NJM2406F。
全文摘要
本发明公开了一种无刷直流电机反电动势过零点检测电路，包括线电压差检测电路、PWM调制噪声消除电路、过零点比较电路、虚假零点屏蔽电路。使用中，含有PWM调制波的电机三相端电压送入线电压差检测电路和PWM调制噪声消除电路处理后输出放大四倍不含PWM调制波的平滑非导通相反电势信号，经过零点比较电路比较后得到含有换相时刻的反电动势过零点信号，再经虚假零点屏蔽电路去除虚假零点后输出精确的反电动势过零点信号。本发明的无刷直流电机反电动势过零点检测电路无需滤波电路，能适应各种PWM调制技术控制的无刷直流电机，在0.5％至100％额定转速的宽速度范围内对反电动势过零点信号无相移的精确检测。
文档编号G01R31/34GK101581765SQ20091014756
公开日2009年11月18日 申请日期2009年6月15日 优先权日2009年6月15日
发明者倩 时, 薛晓明 申请人:薛晓明