专利名称：三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路及检测方法
技术领域：
本发明涉及直流无刷电机的反电动势检测技术，具体是指三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路及检测方法。
背景技术：
无刷电机传统的位置检测方法是在电机内安装霍尔传感器直接检测转子位置信号，但存在着安装困难、信号连线多、对温度比较敏感等缺点，这些缺点在一定程度上限制了无刷直流电机的推广和使用。针对这一点，人们提出了无位置传感器的控制方式。目前， 无传感器直流无刷电机控制最成熟也最常用的方法是反电动势过零点检测方法。通过检测悬空相的反电动势过零点，获取到转子的位置。在现有的实现方法中，由于电机采用PWM斩波调速，因此相电压都是开关波形，包含大量的高次谐波，因此普遍采用加电阻和电容构成低通滤波器对相电压进行滤波后，再检测反电动势的过零点。但是低通滤波相移、延时计算误差、电枢反应等因素导致位置信号产生相位误差，影响电机的运行性能，特别是在电机低速运行状态下，位置信号误差容易造成换相失败，导致电机停转或堵转，启动失败。
发明内容
为了解决现有的反电动势过零检测电路中存在的灵敏度低、附加相移和易受干扰的缺点，本发明提出了三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路及检测方法，它不仅在电机低速状态下能准确的检测到反电动势的过零点，而且抗干扰性能好，不会带来附加相移。本发明通过下述技术方案实现三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路，特点在于包括恒流二极管、电压比较器，所述恒流二极管包括第一恒流二极管、第二恒流二极管、第三恒流二极管、第四恒流二极管、第五恒流二极管、第六恒流二极管、第一保护二极管、第二保护二极管；三相直流无刷电机相绕组第一端与第一恒流二极管的正极、第二恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第二端与第三恒流二极管的正极、第四恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第三端与第五恒流二极管的正极、第六恒流二极管的负极相连；第一恒流二极管的负极、第二恒流二极管的正极、第三恒流二极管的负极、第四恒流二极管的正极、第五恒流二极管的负极、第六恒流二极管的正极与电压比较器的同相输入端相连接；电压比较器的反相输入端接地电平GND ；第一保护二极管的正极接电压比较器的同相输入端，保护二极管的负极接电压比较器的反相输入端；
第二保护二极管的正极接电压比较器的反相输入端，保护二极管的负极接电压比较器的同相输入端。所述电压比较的同相和反相输入端电压为负0. 7V 正0. 7V之间。当恒流二极管两端电压超过恒流二极管的起始电压时，恒流二极管进入恒流区， 内阻变大，使恒流二极管工作在恒流状态；当恒流二极管两端电压小于起始电压时，恒流二极管工作在线性电阻区，其动态阻抗值小且维持不变，这时恒流二极管交流阻抗小，三相直流无刷电机相绕组端三相绕组相电压通过恒流二极管叠加在一起之后与地电平做比较 ，过零点就是悬空相的反电动势过零点。与现有技术相比，本发明的有益效果是采用这种方法检测反电动势的过零点，不需要对相电压进行低通滤波，不会带来相位滞后的问题，灵敏度高，拓展了反电动势法的检测范围；本发明安全可靠，成本低，技术手段简便易行，采用六个恒流二极管和一个电压比较器就可以实现。
图1是本发明三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路，是低速状态下的反电动势过零检测电路原理图。
具体实施例方式下面对本发明的具体实施方式
作进一步详细的说明，但本发明的实施方式不限于此。如图1所示，本发明三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路，包括恒流二极管、电压比较器，所述恒流二极管包括第一恒流二极管1、第二恒流二极管10、第三恒流二极管2、第四恒流二极管11、第五恒流二极管3、第六恒流二极管12、第一保护二极管4、第二保护二极管5 ；三相直流无刷电机相绕组第一端7与第一恒流二极管1的正极、第二恒流二极管 10的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第二端8与第三恒流二极管2的正极、第四恒流二极管11的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第三端9与第五恒流二极管3的正极、第六恒流二极管 12的负极相连；第一恒流二极管1的负极、第二恒流二极管10的正极、第三恒流二极管2的负极、 第四恒流二极管11的正极、第五恒流二极管3的负极、第六恒流二极管12的正极与电压比较器6的同相输入端相连接；电压比较器6的反相输入端接地电平GND ；第一保护二极管4的正极接电压比较器6的同相输入端，保护二极管4的负极接电压比较器6的反相输入端；第二保护二极管5的正极接电压比较器6的反相输入端，保护二极管5的负极接电压比较器6的同相输入端。针对现有的直流无刷电机PWM斩波调速方式，在电机低速运行状态下，这个时候大部分时间下是导通两相都是通过场效应管接地电平，此时共模噪声比较小、干扰信号很难耦合进来，这个时候对悬空相的反电动势过零点进行检测是最有利的。同时，我们充分利用恒流二极管的工作特性，恒流二极管(CRD)属于两端结型场效应恒流器件，当恒流二极管两端电压超过恒流二极管的起始电压时，恒流二极管进入恒流区，内阻变大，使恒流二极管工作在恒流状态；当恒流二极管两端电压小于起始电压时，恒流二极管工作在线性电阻区，其动态阻抗值小且维持不变，因此在悬空相反电动势过零点附近，三相绕组的相电压都非常小，恒流二级管工作于线性电阻区，这个时候恒流二极管交流阻抗小，因此三相直流无刷电机相绕组第一、第二、第三端7、8、9三相绕组相电压通过恒流二极管叠加在一起之后与地电平做比较，过零点就是悬空相的反电动势过零点。由于恒流二极管具有单向导通的特点，因此需要采用两个反向并联，才能保证可以实现双向限流。采用恒流二极管代替功率电阻，具有噪声小、体积小、限流特性好等优点，因此给反电动势 过零点检测带来了很多好处，包括低噪声、灵敏度高等。由于电压比较器6是工作在开环状态，易因差模电压过大而导致电压比较器6阻塞而无法正常工作，因此为了防止差模电压过大，在电压比较6的同相和反相输入端加了第一保护二极管4和第二保护二极管5，确保差模电压大小在负0. 7V 正0. 7V之间。本专利电路具有抗干扰能力强，检测灵敏度高的优点。
如上所述，便可较好地实现本发明，上述实施例仅为本发明的较佳实施例，并非用来限定本发明的实施范围；即凡依本发明内容所作的均等变化与修饰，都为本发明权利要求所要求保护的范围所涵盖。
权利要求
1.三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路，其特征在于包括恒流二极管、电压比较器，所述恒流二极管包括第一恒流二极管、第二恒流二极管、第三恒流二极管、第四恒流二极管、第五恒流二极管、第六恒流二极管、第一保护二极管、第二保护二极管；三相直流无刷电机相绕组第一端与第一恒流二极管的正极、第二恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第二端与第三恒流二极管的正极、第四恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第三端与第五恒流二极管的正极、第六恒流二极管的负极相连；第一恒流二极管的负极、第二恒流二极管的正极、第三恒流二极管的负极、第四恒流二极管的正极、第五恒流二极管的负极、第六恒流二极管的正极与电压比较器的同相输入端相连接；电压比较器的反相输入端接地电平GND ；第一保护二极管的正极接电压比较器的同相输入端，保护二极管的负极接电压比较器的反相输入端；第二保护二极管的正极接电压比较器的反相输入端，保护二极管的负极接电压比较器的同相输入端。
2.权利要求1所述三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路的检测方法，其特征在于如下步骤当恒流二极管两端电压超过恒流二极管的起始电压时，恒流二极管进入恒流区，内阻变大，使恒流二极管工作在恒流状态；当恒流二极管两端电压小于起始电压时， 恒流二极管工作在线性电阻区，其动态阻抗值小且维持不变，这时恒流二极管交流阻抗小， 三相直流无刷电机相绕组端三相绕组相电压通过恒流二极管叠加在一起之后与地电平做比较，过零点就是悬空相的反电动势过零点。
3.根据权利要求2所述的三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路的检测方法， 其特征在于所述电压比较的同相和反相输入端电压为负0. 7V 正0. 7V之间。
全文摘要
本发明公开了三相直流无刷电机的反电动势过零点检测电路及检测方法，包括恒流二极管、电压比较器，所述恒流二极管包括第一恒流二极管、第二恒流二极管、第三恒流二极管、第四恒流二极管、第五恒流二极管、第六恒流二极管、第一保护二极管、第二保护二极管；电机相绕组第一端与第一恒流二极管的正极、第二恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第二端与第三恒流二极管的正极、第四恒流二极管的负极相连；三相直流无刷电机相绕组第三端与第五恒流二极管的正极、第六恒流二极管的负极相连；本专利具有低噪声、灵敏度高、抗干扰性能好的特点；本发明电路无需阻容低通滤波电路，在宽速度范围内对反电动势过零点信号具有无相移的精确检测。
文档编号H02P6/18GK102355184SQ20111033220
公开日2012年2月15日 申请日期2011年10月27日 优先权日2011年10月27日
发明者林东轩, 王剑, 田联房 申请人:华南理工大学