用于在电机驱动器的电源功率损失期间跟踪电机转子的方位的跟踪电路和方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于在电机驱动器的电源功率损失期间跟踪电机转子的方位的跟踪电路和方法。
【背景技术】
[0002]三相无传感器、同步、正弦波永磁电机驱动器是常用的电机驱动器。为了使三相驱动器被正确地计时，即被正确地换向，使用这种类型的电机驱动器需要使得该驱动器知悉(永磁体所安装至的)转子的位置。当电机被供电时，使用驱动电压和驱动电流之间的相位关系，可以确定转子的位置。该关系通常被连续地监视和控制，转子一旦“开环”增加至合适速度，之后就变成自换向(self-commutating)。
[0003]然而，无传感器驱动器的特点是它们对驱动电源的变化敏感。驱动电源必须精确地匹配至电机特性，并且如果电源有扰动则电机很容易停止。这是因为电压和电流必须根据转子的方位施加至驱动器。在无传感器驱动器中，仅可以获得间接证据以显示转子位置。在转子的自换向运行过程中，电机驱动器具有这些信息，但是如果出现供电中断并且转子变慢，重新供电时驱动器就不知道转子在哪里。
[0004]如果电力恢复时电源的扰动使电机停止，那么在开始这些电机驱动器所需要的“开环”启动程序之前，必须等到转子停下来。
[0005]例如，对于飞机燃料泵的情况，期望提供“热重启”一一如果电力中断足够短，期望一旦重新供电电机就再次加速，而不是等到转子停止后再重启。
【发明内容】
[0006]根据本发明的第一方面，提供了一种用于在电机驱动器的电源功率损失期间跟踪电机的转子的方位的跟踪电路，该电路包括:
[0007]-用于在电源功率损失期间产生驱动信号的电能存储器；
[0008]-锁相环，其被配置为接收驱动信号和电源功率损失期间转子旋转时产生的感应信号作为输入，以使驱动信号的变化被锁定至感应信号的变化。
[0009]有利地，跟踪电路被配置为通过监视转子的连续旋转所产生的感应信号跟踪转子的方位。已知感应信号与转子的方位有关，因此通过根据感应信号的变化改变驱动信号，然后可以在其时施加所述驱动信号以用于“热重启”，即不需要首先等待转子停止旋转的对转子的驱动器的重启。
[0010]在一个实施例中，锁相环被配置为将驱动信号的频率锁定至感应信号的频率，而在另外的实施例中，锁相环被配置为或者进一步被配置为将驱动信号的相位锁定至感应信号的相位。
[0011]优选地，感应信号包括反电动势(EMF)信号。使用具有I型相位误差响应(即，具有恒定驱动频率，相位误差降为零)的锁相环(PLL)测量电机反EMF和驱动信号之间的相位关系。因此，当电机速度降低时，驱动信号以与速度衰减速率成比例的恒定相位误差或缓慢变化地相位误差跟随电机速度的降低。
[0012]所述电能存储器可以包括电容器，在一个实施例中，所述电能存储器或者电容器被配置为在驱动转子过程中存储电能。
[0013]根据本发明的第二方面，提供一种用于为电机的转子提供驱动的多相电机驱动装置，该装置包括:
[0014]-驱动电路，其可与电机电连接并且被配置为接收电源功率用于为转子提供旋转驱动；
[0015]-根据所述第一方面的用于在驱动电路的电源功率损失期间跟踪电机的转子方位的跟踪电路，跟踪电路可电连接至电机；以及，
[0016]-包括用于监视到达驱动电路的电源功率的监视器的转换电路，转换电路被配置为根据被监视的到达驱动电路的电源功率在驱动电路和跟踪电路之间切换电机的电连接。
[0017]在一个实施例中，转换电路被配置为监视到达驱动电路的电源功率水平并且当被监视的到达驱动电路的电源功率水平下降至低于阈值时将电机的电连接从驱动电路切换至跟踪电路。转换电路进一步被配置为当被监视的到达驱动电路的电源功率水平增加至一个阈值或者所述阈值之上时，将电机的电连接从跟踪电路切换至驱动电路。以此方式，转换电路被配置为监视供应至电机的电源功率以使在断电期间，跟踪电路能够跟踪转子的方位，因此当电力恢复时，驱动功率的驱动频率和相位可以与转子的方位合适地匹配以提供热重启。
[0018]在一个实施例中，驱动电路包括驱动分配器，用于将驱动功率分配成相位相差120°或/3弧度的三个驱动功率信号，从而为电机提供三相电源。
[0019]根据本发明的第三方面，提供了一种用于在电机驱动器的电源功率损失期间跟踪电机的转子的方位的方法，该方法包括如下步骤:
[0020]-在电源功率供应至电机驱动器期间将电能存储在电能存储器中；
[0021]-在电机驱动器的电源功率损失期间使用来自电能存储器的电能产生驱动信号；
[0022]-在电机驱动器的电源功率损失期间根据转子的旋转产生的感应信号改变驱动信号。
[0023]该方法优选地包括提供驱动信号和感应信号作为锁相环的输入，以使驱动信号的频率(且也可能是其相位)跟踪感应信号的频率(也可能跟踪其相位)。
[0024]根据本发明的第四方面，提供了一种驱动多相电机的转子的方法，该方法包括如下步骤:
[0025]-监视驱动电路的电源，该驱动电路被配置为驱动电机的转子；
[0026]-根据所监视的电源在驱动电路和跟踪电路之间切换电机的电连接，跟踪电路用于根据所述第二方面的方法在驱动电路的电源功率损失期间跟踪电机的转子的方位。
【附图说明】
[0027]现在参照附图仅通过示例的方式说明本发明的实施例，其中:
[0028]图1是根据本发明实施例的包含跟踪电路的多相电机驱动装置的示意图；
[0029]图2是示出与根据本发明实施例的驱动多相电机的转子的方法有关的步骤的流程图，该方法包括在电机驱动器的电源功率损失期间跟踪电机转子的方位的方法；
[0030]图3a是在包含电力中断的期间到达电机的驱动功率的相位变化的图示；
[0031]图3b是在包含电力中断的期间转子速度变化的图示；以及，
[0032]图3c是在包含电力中断的期间到达VCO的DC控制信号频率随时间的变化的图示;
【具体实施方式】
[0033]参照附图的图1，其示出了用于驱动多相电机11的转子(未示出)的多相电机驱动装置10的示意图。在所示的实施例中，电机11包括三相电机，正因为如此，驱动装置10包括三相驱动装置。装置10包括用于在电源功率供应至驱动电路期间驱动电机的驱动电路20，以及根据本发明实施例的用于在电源功率损失期间跟踪电机11的转子的方位的跟踪电路30，进而当电力恢复时，不必首先等待转子停止旋转就可以开始对转子的驱动。
[0034]驱动电路20包括相位比较器21，其被配置为于不同的输入通道12、13接收电机驱动电流和正交电流。比较器21测量这些信号的比值并且生成传至模块22的相位误差，模块22被配置为生成用于驱动压控振荡器23的电压控制信号。所述控制信号沿将所述模块与压控振荡器(VCO) 23电连接的电通路24传至压控振荡器(VCO) 23。通路24包括串联的电阻25和开关SI，开关SI被配置为选择性地将VCO 23连接至模块22。通路24还包括布置在开关SI下游、与通路24并联的电容器。在所示的实施例中，电容器26的一端耦合至通路24，而相对端耦合至电接地。
[0035]VCO 23被配置为响应于来自模块22的控制信号生成驱动频率信号并且该驱动频率信号传至驱动分配器27，驱动分配器27被配置为将驱动频率信号分成沿三个不同通道“a”、“b”和“c”的驱动电压信号，每个信号的相位相差120°或/3弧度。驱动功率信号用作功率放大器28的种子输入(seed input)，功率放大器28随后将驱动电压信号放大以经由三个高功率通道A、B和C驱动三相电机11。
[0036]跟踪电路30包括锁相环31，锁相环31被配置为接收沿第一通道32的感应信号(即成比例的反电动势)作为输入，感应信号是在驱动电路20的功率损失期间通过转子的旋转产生的。锁相环31还被配置为接收沿第二通道33的驱动电压信号，例如来自驱动分配器27的沿通道“a”的信号，作为输入。锁相环31的输出通过另一电阻34和开关S2的串联在开关SI的下游所通过的位置电耦合至与驱动电路20关联的通路24。
[0037]驱动装置10还包括转换电路40，转换电路40包括用于监视沿通道A、B和C的输入功率信号的传感器41并且被配置为根据所监视的输入功率水平选择性地切换开关SI和S2的状态。
[0038]该装置还包括电能存储器50，电能存储器50被配置为在电机1