无刷直流电机的反电动势过零检测方法、电路以及换相信号输出方法、电路的制作方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及电子领域，尤其涉及一种无刷直流电机的反电动势过零检测方法、电路以及换相信号输出方法、电路。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机是利用电子开关管构成的电路而代替电刷以及换向器的一种直流电机。
[0003]参见图1所示，电机系统主要包括功率级电路101以及三次谐波检测电路，功率级电路101由三组级联开关电路103和三相无刷直流电机10组成，每组级联开关电路103包括两个串联的开关管，每组级联开关电路103的第一端接收母线电压Vm，第二端接地，每组级联开关电路103的两开关管之间的公共节点与三相无刷直流电机10连接，通过控制每组级联开关电路103而控制电机10的各相，从而控制电机10的转子。三次谐波检测电路包括中性点模拟电路104，反电动势过零检测电路105以及开关控制电路106。
[0004]中性点模拟电路104用于模拟电机1内部的中性点，以中性点模拟电路104中的模拟中性点NE的电压VNE而模拟电机10内部中性点的电压VN，其中，中性点的电压VN以及模拟中性点NE的电压信号均为三次谐波电压信号。反电动势过零检测电路105根据中性点的三次谐波电压信号生成电机10的反电动势过零信号V_zero_crossing,电机的开关控制电路106根据反电动势过零信号V_zero_crossing,生成换相信号V_change_phase以控制各级联开关电路103的开关管，而控制电机10的各相的工作。
[0005]参见图2所示，现有技术将在模拟中性点NE处得到的三次谐波信号VNE、电机母线电压Vm的分压分别输入至作为反电动势过零检测电路105的比较器1051，比较器1051比较三次谐波电压信号VNE、电机母线电压Vm的分压，得到电机的反电动势过零信号V_Zeix)_crossing。
[0006]但是，本发明人在进行本发明的研发过程中发现图2所示现有技术至少存在以下缺点:
[0007]图2所示技术方案对比较器1051的输出抗干扰能力要求高，一旦在比较器1051的输入端发生错误信号，则比较器1051后续的逻辑将被打乱，导致反电动势过零检测的鲁棒性差。且采用图2所示技术方案，需要接入母线电压Vm的分压以供比较器1051比较而输出电机的反电动势过零信号V_zero_crossing,图2所示电路的外围电路复杂,不利于系统小型化。
[0008]参见图3所示，为了降低图2所示电路的干扰，提高电路的鲁棒性，图3在比较器1051前连接一低通滤波器201，以对输入至比较器1051的三次谐波电压信号进行滤波，滤除干扰。
[0009]但是，本发明人在进行本发明的研发过程中发现图3所示现有技术至少存在以下缺点:
[0010]滤波器的引入虽然提高了检测的精确性，但是滤波器的引入会造成反电动势过零信号V_zero_crossing存在相位延时(所加的滤波器为低通滤波器,相位延时约为90° ),电机在变速运动和负载变化时会由于相位滞后而带来滞后反应，会造成反电动势过零检测误差，另外，低通滤波器201需要由较大储能元件构成，不利于系统集成。
【发明内容】
[0011]本发明实施例目的之一在于提供一种无刷直流电机的反电动势过零检测方法、电路以及换相信号输出方法、电路。应用该技术方案能提高对电机的功率级电路中的功率管的开关控制精确性，且本实施例技术方案无需滤波器、母线电压采样电路，有利于实现电路的小型化以及电路集成化。
[0012]第一方面，本发明实施例提供的一种无刷直流电机的反电动势过零检测方法，包括:
[0013]采样模拟中性点的电压的下包络，获取下包络信号；
[0014]在所述下包络信号的电压等于根据所述电机的功率级电路预设的第一基准电压，并且当前时刻不为电机换相时刻时，输出反电动势过零信号，所述反电动势过零信号用于表征所述电机的反电动势过零。
[0015]结合第一方面，在第一种实现方式下，所述第一基准电压根据所述功率级电路中各相的级联开关电路的下开关管的反并联二极管的压降、下开关管的导通压降设定。
[0016]结合第一方面，在第一种实现方式下，在所述下包络信号的电压等于根据所述电机的功率级电路预设的第一基准电压，并且当前时刻不为电机换相时刻时，输出反电动势过零信号，包括，
[0017]将所述下包络信号、所述第一基准电压分别输入至比较电路的第一输入端、第二输入端，使在所述电机换相时刻，所述比较电路处于输出保持状态，保持上一时刻的电平信号，在非电机换相时刻，所述比较电路比较所述下包络信号的电压、第一基准电压，根据比较结果输出第一比较电平信号，在所述第一比较电平信号的跳变沿时刻，输出所述反电动势过零信号；
[0018]结合第一方面，在第一种实现方式下，在所述下包络信号的电压等于根据所述电机的功率级电路预设的第一基准电压，并且当前时刻不为电机换相时刻时，输出反电动势过零信号，包括，
[0019]根据所述下包络信号的电压与所述第一基准电压比较结果，输出第二比较电平信号，如果当前所述第二比较电平信号的跳变沿时刻不为所述电机换相时刻，则在当前所述第二比较电平信号的跳变沿时刻，输出所述反电动势过零信号，如果当前所述第二比较电平信号的跳变沿时刻为所述电机换相时刻，则不输出所述反电动势过零信号。
[0020]第二方面,本发明实施例提供的一种无刷直流电机的换相信号的输出方法，包括:
[0021]采样模拟中性点的电压的下包络，获取下包络信号；
[0022]将所述下包络信号、第二基准电压分别输入至比较电路的第一输入端、第二输入端，使在电机换相时刻，所述比较电路处于输出保持状态，保持上一时刻的电平信号，在非电机换相时刻，所述比较电路比较所述下包络信号的电压与预定的第二基准电压，根据比较结果输出比较电平信号；
[0023]根据所述比较电平信号，生成并且输出换相信号，所述换相信号用于触发所述电机换相。
[0024]结合第二方面，在第一种实现方式下，根据所述比较电平信号，输出换相信号，包括:
[0025]当所述第一输入端为正相输入端时，在所述比较电平信号的正半周的中点时刻，输出所述换相信号，
[0026]当所述第一输入端为反相输入端时，在所述比较电平信号的负半周的中点时刻，输出所述换相信号。
[0027]第三方面，本发明实施例提供的一种无刷直流电机的反电动势过零检测电路，包括:
[0028]采样电路，用于采样模拟中性点的电压的下包络，获取下包络信号；
[0029]反电动势过零信号生成电路，用于在所述下包络信号的电压等于根据所述电机的功率级电路预设的第一基准电压，并且当前时刻不为电机换相时刻时，输出反电动势过零信号，所述反电动势过零信号用于表征当前所述电机的反电动势过零。
[0030]结合第三方面，在第一种实现方式下，所述采样电路，具体用于在所述功率级电路中工作于PWM模式的开关管处于关断状态时，采样所述模拟中性点的电压，得到的电压信号即为所述下包络信号。
[0031]结合第三方面，在第一种实现方式下，所述第一基准电压根据所述功率级电路中各相的级联开关电路的下开关管的反并联二极管的压降、下开关管的导通压降设定。
[0032]结合第三方面，在第一种实现方式下，所述反电动势过零信号生成电路包括:
[0033]第一干扰筛选电路，用于使第一比较器在所述电机换相时刻，处于输出保持状态，保持上一时刻的电平信号输出，使所述第一比较电路在非电机换相时刻根据所述下包络信号、第一基准电压输出所述比较电平信号，
[0034]所述第一比较电路，第一输入端输入所述下包络信号，第二输入端输入所述第一基准电压，用于在非电机换相时刻，比较所述下包络信号、第一基准电压，输出所述第一比较电平信号，以供所述电机的开关控制电路在所述第一比较电平信号的跳变沿时刻，输出所述反电动势过零信号；
[0035]结合第三方面，在第一种实现方式下，所述反电动势过零信号生成电路包括:
[0036]第二比较电路，用于比较所述下包络信号的电压与所述第一基准电压，根据比较结果输出第二比较电平信号，
[0037]第二干扰筛选电路，用于根据所述第二比较电平信号，输出所述反电动势过零信号，如果当前所述第二比较电平信号的跳变沿时刻不为所述电机换相时刻，则在所述跳变沿时刻输出所述反电动势过零信号，如果当前所述第二比较电平信号的跳变沿时刻为所述电机换相时刻，则不输出所述反电动势过零信号。
[0038]第四方面，本发明实施例提供的一种无刷直流电机的换相信号的生成电路，其特征是，包括:
[0039]采样电路，用于采样模拟中性点的电压的下包络，获取下包络信号；
[0040]干扰筛除电路，用于控制所述比较电路，使所述比较电路在电机换相时刻处于输出保持状态，保持上一时刻的电平信号；
[0041]所述比较电路的第一输入端、第二输入端分别输入所述下包络信号、预定的第二基准电压，所述比较电路在所述干扰筛除电路的控制下工作，用于非电机换相时刻根据所述下包络信号的电压与预定的第二基准电压的比较结果输出比较电平信号，在所述电机换相时刻，所述比较电路处于输出保持状态，保持上一时刻的电平信号；
[0042]换相信号生成电路，用于根据所述比较电平信号，输出换相信号，所述换相信号用于触发所述电机换相。
[0043]结合第四方面，在第一种实现方式下，所述采样电路，具体用于在所述电机的功率级电路中工作于PWM模式的开关管处于关断状态时，采样所述模拟中性点的电压，得到的电压信号即为所述下包络信号。
[0044]结合第四方面，在第一种实现方式下，当所述第二基准电压根据所述功率级电路中各相的级联开关电路的下开关管的反并联二极管的压降、下开关管的导通压降设定时，
[0045]所述换相信号生成电路，具体用于将所述比较电平信号的跳变沿延迟30度，作为所述换相信号，输出所述换相信号。
[0046]结合第四方面，在第一种实现方式下，所述换相信号生成电路，具体用于:
[0047]当所述第一输入端为正相输入端时，在所述比较电平信号的正半周的中点时