一种采用单比较器检测BLDC反向电动势的系统及方法与流程

本发明涉及bldc(无刷直流电机)技术领域，尤其涉及一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统及方法。

背景技术：

随着无刷直流电机(本申请中统称为bldc)市场应用需求不断壮大发展，无刷电机控制系统反向电动势的检测是bldc控制系统的核心，直接影响bldc运行的状态，当前的bldc控制系统大多采用三个比较器来检测反向电动势，但该种检测方式需要用到三个比较器，元器件数目较多，占用体积较大，电路可靠性更容易受到影响，且成本较高。

由于市场对于低成本的要求也越来越高，且元器件数目越来越少，体积越来越小，可靠性越来越高，因此单比较器的控制系统相对于三个比较器来检测反向电动势具有更广泛的运用前景，也更能满足市场需求。

技术实现要素：

本发明提供一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统及方法，解决的技术问题是，采用单比较器代替原有的三比较器来检测bldc的三相反向电动势，使得电路更精简，运行更可靠，成本更低。

为解决以上技术问题，本发明提供一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统，设有mcu芯片及外围驱动电路；

所述控制mcu芯片内部集成有依次连接的控制模块、单比较器和切换电路；所述控制模块还连接所述外围驱动电路；

所述外围驱动电路用于外接bldc电机，在所述控制模块的控制下驱动所述bldc电机；

所述切换电路用于外接所述bldc电机，在所述控制模块的控制下切换所述bldc电机的u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端连接所述单比较器；

所述控制模块用于检测所述外围驱动电路的驱动换相时序，并根据所述驱动换相时序控制所述切换电路切换连接到所述u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端；

所述控制模块还用于检测所述单比较器连接下的所述u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端的反向电动势。

具体地，所述外围驱动电路设有驱动控制单元，以及相互连接的u相mos管上桥臂检测单元、u相mos管下桥臂检测单元，相互连接的v相mos管上桥臂检测单元、v相mos管下桥臂检测单元，相互连接的w相mos管上桥臂检测单元、w相mos管下桥臂检测单元；

所述u相mos管上桥臂检测单元、u相mos管下桥臂检测单元的公共连接端，所述v相mos管上桥臂检测单元、v相mos管下桥臂检测单元的公共连接端，所述w相mos管上桥臂检测单元、w相mos管下桥臂检测单元的公共连接端，独立连接所述驱动控制单元与所述bldc电机；

所述驱动控制单元用于将所述控制模块输出的驱动控制信号经过处理后发送对应的三相驱动信号到所述bldc电机和对应的所述u相mos管上桥臂检测单元、u相mos管下桥臂检测单元、v相mos管上桥臂检测单元、v相mos管下桥臂检测单元、w相mos管上桥臂检测单元、w相mos管下桥臂检测单元；

所述u相mos管上桥臂检测单元、u相mos管下桥臂检测单元、v相mos管上桥臂检测单元、v相mos管下桥臂检测单元、w相mos管上桥臂检测单元、w相mos管下桥臂检测单元还独立连接所述控制模块，分别用于供所述控制模块获取u相上桥臂驱动信号、u相下桥臂驱动信号、v相上桥臂驱动信号、v相下桥臂驱动信号、w相上桥臂驱动信号、w相下桥臂驱动信号并根据获取信号的高低电平控制所述切换电路切换连接到所述u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端。

在本发明提供的一优选实施例中，所述控制模块还用于在检测到所述v相上桥臂驱动信号为高电平、所述w相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述u相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述u相反向电动势检测端的u相反向电动势；

所述控制模块还用于在检测到所述u相上桥臂驱动信号为高电平、所述w相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述v相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述v相反向电动势检测端的v相反向电动势；

所述控制模块还用于在检测到所述v相上桥臂驱动信号为高电平、所述u相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述w相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述w相反向电动势检测端的w相反向电动势。

在本发明提供的一优选实施例中，所述控制模块还用于在检测到所述w相上桥臂驱动信号为高电平、所述v相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述u相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述u相反向电动势检测端的u相反向电动势；

所述控制模块还用于在检测到所述w相上桥臂驱动信号为高电平、所述u相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述v相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述v相反向电动势检测端的v相反向电动势。

所述控制模块还用于在检测到所述u相上桥臂驱动信号为高电平、所述v相下桥臂驱动信号为低电平时，控制所述切换电路切换连接到所述w相反向电动势检测端，从而通过所述单比较器检测所述w相反向电动势检测端的w相反向电动势。

优选地，所述mcu芯片采用pic16f1936。

本发明还提供一种采用单比较器检测bldc反向电动势的方法，应用于所述系统，包括步骤：

s1.检测bldc电机的驱动换相时序；

s2.根据所述驱动换相时序控制单比较器接通所述bldc电机的u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端；

s3.获取接通的所述u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端的反向电动势。

进一步地，所述步骤s2具体为：

当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端浮空时，控制单比较器接通所述bldc电机的u相反向电动势检测端；

当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端浮空时，控制所述单比较器接通所述bldc电机的v相反向电动势检测端；

当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端浮空时，控制所述单比较器接通所述bldc电机的w相反向电动势检测端。

作为本发明的一优选实施例，所述当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是v相上桥臂驱动信号为高电平、w相下桥臂驱动信号为低电平时；

所述当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是u相上桥臂驱动信号为高电平、w相下桥臂驱动信号为低电平时；

所述当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是u相上桥臂驱动信号为高电平、v相下桥臂驱动信号为低电平时。

作为本发明的另一优选实施例，所述当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是w相上桥臂驱动信号为高电平、v相下桥臂驱动信号为低电平时；

所述当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是w相上桥臂驱动信号为高电平、u相下桥臂驱动信号为低电平时；

所述当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是v相上桥臂驱动信号为高电平、u相下桥臂驱动信号为低电平时。

本发明提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统，通过mcu芯片内设的单比较器与切换电路，检测外围驱动电路的驱动换相时序，并根据该驱动换相时序切换单比较器与bldc的u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端相连，从而检测到相应的反向电动势，从而实现了采用一个比较器检测三相反向电动势，相比现有采用三个比较器的检测方式，本系统所用元器件数目更少，则成本更低，且体积也更小，可靠性更高，具有更广泛的运用前景，也更能满足市场需求。

本发明提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的方法，通过检测bldc电机的驱动换相时序来控制单比较器切换到bldc电机的u相反向电动势检测端、v相反向电动势检测端、w相反向电动势检测端中的其中一端，从而进行反向电动势的检测，为所述采用单比较器检测bldc反向电动势的系统提供理论支撑。

附图说明

图1是本发明实施例提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统的模块结构；

图2是本发明实施例提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的mcu芯片的电气连接图；

图3是本发明实施例提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的外围驱动电路的电气连接图；

图4是本发明实施例提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的方法的步骤流程图；

其中，mcu芯片1：控制模块11、单比较器12、切换电路13、u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w；

外围驱动电路2：驱动控制单元21，u相mos管上桥臂检测单元22、u相mos管下桥臂检测单元23(公共连接端u_vs)，v相mos管上桥臂检测单元24、v相mos管下桥臂检测单元25(公共连接端v_vs)，w相mos管上桥臂检测单元26、w相mos管下桥臂检测单元27(公共连接端w_vs)；

bldc电机3。

具体实施方式

下面结合附图具体阐明本发明的实施方式，实施例的给出仅仅是为了说明目的，并不能理解为对本发明的限定，包括元器件的选型和取值大小及附图仅为较佳实施例，仅供参考和说明使用，不构成对本发明专利保护范围的限制，因为在不脱离本发明精神和范围基础上，可以对本发明进行许多改变。

实施例1

发明实施例提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统，其模块结构关系如图1所示，部分电气连接关系如图2、图3所示。

在本实施例中，所述系统设有mcu芯片1及外围驱动电路2；所述mcu芯片1优选但不限于采用pic16f1936。

所述控制mcu芯片1内部集成有依次连接的控制模块11、单比较器12和切换电路13；所述控制模块11还连接所述外围驱动电路2；

所述外围驱动电路2外接bldc电机3，在所述控制模块11的控制下驱动所述bldc电机3；

所述切换电路13外接所述bldc电机3，在所述控制模块11的控制下切换所述bldc电机3的u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端连接所述单比较器12；

所述控制模块11检测所述外围驱动电路2的驱动换相时序，并根据所述驱动换相时序控制所述切换电路13切换连接到所述u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端；

所述控制模块11还检测所述单比较器12连接下的所述u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端的反向电动势并分析。

具体地，如图2所示，所述外围驱动电路2设有驱动控制单元21，以及相互连接的u相mos管上桥臂检测单元22、u相mos管下桥臂检测单元23，相互连接的v相mos管上桥臂检测单元24、v相mos管下桥臂检测单元25，相互连接的w相mos管上桥臂检测单元26、w相mos管下桥臂检测单元27；

所述u相mos管上桥臂检测单元22、u相mos管下桥臂检测单元23的公共连接端u_vs，所述v相mos管上桥臂检测单元24、v相mos管下桥臂检测单元25的公共连接端v_vs，所述w相mos管上桥臂检测单元26、w相mos管下桥臂检测单元27的公共连接端w_vs，独立连接所述驱动控制单元21与所述bldc电机3；

所述驱动控制单元21将所述控制模块11输出的驱动控制信号经过处理后发送对应的三相驱动信号到所述bldc电机3和对应的所述u相mos管上桥臂检测单元22、u相mos管下桥臂检测单元23、v相mos管上桥臂检测单元24、v相mos管下桥臂检测单元25、w相mos管上桥臂检测单元26、w相mos管下桥臂检测单元27；

所述u相mos管上桥臂检测单元22、u相mos管下桥臂检测单元23、v相mos管上桥臂检测单元24、v相mos管下桥臂检测单元25、w相mos管上桥臂检测单元26、w相mos管下桥臂检测单元27还独立连接所述控制模块11，分别供所述控制模块11获取u相上桥臂驱动信号uh、u相下桥臂驱动信号ul、v相上桥臂驱动信号vh、v相下桥臂驱动信号vl、w相上桥臂驱动信号wh、w相下桥臂驱动信号wl并根据获取信号的高低电平控制所述切换电路13切换连接到所述u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端。

所述控制模块11在检测到所述v相上桥臂驱动信号vh为高电平(vh＝1)、所述w相下桥臂驱动信号wl为低电平(wl＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述u相反向电动势检测端phase_u，从而通过所述单比较器12检测所述u相反向电动势检测端phase_u的u相反向电动势；

所述控制模块11在检测到所述u相上桥臂驱动信号uh为高电平(uh＝1)、所述w相下桥臂驱动信号wl为低电平(wl＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述v相反向电动势检测端phase_v，从而通过所述单比较器12检测所述v相反向电动势检测端phase_v的v相反向电动势；

所述控制模块11在检测到所述v相上桥臂驱动信号为高电平(vh＝1)、所述u相下桥臂驱动信号ul为低电平(ul＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述w相反向电动势检测端phase_w，从而通过所述单比较器12检测所述w相反向电动势检测端phase_w的w相反向电动势。

实施例2

本实施例与实施例1的不同之处在于：

所述控制模块11在检测到所述w相上桥臂驱动信号wh为高电平(wh＝1)、所述v相下桥臂驱动信号vl为低电平(vl＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述u相反向电动势检测端phase_u，从而通过所述单比较器12检测所述u相反向电动势检测端phase_u的u相反向电动势；

所述控制模块11在检测到所述w相上桥臂驱动信号wh为高电平(wh＝1)、所述u相下桥臂驱动信号ul为低电平(ul＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述v相反向电动势检测端phase_v，从而通过所述单比较器12检测所述v相反向电动势检测端phase_v的v相反向电动势。

所述控制模块11在检测到所述u相上桥臂驱动信号uh为高电平(uh＝1)、所述v相下桥臂驱动信号vl为低电平(vl＝0)时，控制所述切换电路13切换连接到所述w相反向电动势检测端phase_w，从而通过所述单比较器12检测所述w相反向电动势检测端phase_w的w相反向电动势。

本发明实施例1、2提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的系统，通过mcu芯片1内设的单比较器12与切换电路13，检测外围驱动电路2的驱动换相时序，并根据该驱动换相时序切换单比较器12与bldc的u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端相连，从而检测到相应的反向电动势，从而实现了采用一个比较器检测三相反向电动势，相比现有采用三个比较器的检测方式，本系统所用元器件数目更少，则成本更低，且体积也更小，可靠性更高，具有更广泛的运用前景，也更能满足市场需求。

实施例3

本发明还提供一种采用单比较器检测bldc反向电动势的方法，应用于所述系统，如图4所示，包括步骤：

s1.检测bldc电机3的驱动换相时序；

s2.根据所述驱动换相时序控制单比较器12接通所述bldc电机3的u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端；

s3.获取接通的所述u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端的反向电动势。

进一步地，所述步骤s2具体为：

当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端phase_u浮空时，控制单比较器12接通所述bldc电机3的u相反向电动势检测端phase_u；

当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端phase_v浮空时，控制所述单比较器12接通所述bldc电机3的v相反向电动势检测端phase_v；

当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端phase_w浮空时，控制所述单比较器12接通所述bldc电机3的w相反向电动势检测端phase_w。

在本实施例中，所述当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端phase_u浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是v相上桥臂驱动信号vh为高电平(vh＝1)、w相下桥臂驱动信号wl为低电平(wl＝0)时；

所述当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端phase_v浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是u相上桥臂驱动信号uh为高电平(uh＝1)、w相下桥臂驱动信号wl为低电平(wl＝0)时；

所述当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端phase_w浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是u相上桥臂驱动信号uh为高电平(uh＝1)、v相下桥臂驱动信号vl为低电平(vl＝0)时。

实施例4

作为本发明的另一优选实施例，本实施例与实施例3的不同之处在于：

所述当所述驱动换相时序为u相反向电动势检测端phase_u浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是w相上桥臂驱动信号wh为高电平(wh＝1)、v相下桥臂驱动信号vl为低电平(vl＝0)时；

所述当所述驱动换相时序为v相反向电动势检测端phase_v浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是w相上桥臂驱动信号wh为高电平(wh＝1)、u相下桥臂驱动信号ul为低电平(ul＝0)时；

所述当所述驱动换相时序为w相反向电动势检测端phase_w浮空时，具体指，当所述驱动换相时序是v相上桥臂驱动信号vh为高电平(vh＝1)、u相下桥臂驱动信号ul为低电平(ul＝0)时。

本发明实施例3、4提供的一种采用单比较器检测bldc反向电动势的方法，通过检测bldc电机3的驱动换相时序来控制单比较器12切换到bldc电机3的u相反向电动势检测端phase_u、v相反向电动势检测端phase_v、w相反向电动势检测端phase_w中的其中一端，从而进行反向电动势的检测，为所述采用单比较器检测bldc反向电动势的系统提供理论支撑。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。