无刷直流电机无位置控制系统及其换向点捕捉方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及无刷直流电机技术领域，特别是涉及一种无刷直流电机无位置控制系 统及其换向点捕捉方法。
【背景技术】
[0002] 当前无刷直流电机无位置控制策略中换向点的捕捉方法，有反电动势检测法、磁 链估计法、基于观测器的方法、电感测量法、涡流效应检测法、人工智能法。其中，反电动势 检测法是目前各种无位置传感器控制方法中应用最为广泛、技术最成熟的方法就。此检测 法主要包括反电动势过零检测法、反电动势三次谐波积分检测法、续流二极管检测法以及 反电动势积分法。反电动势检测法中反电动势过零点检测法是应用最广泛、技术最成熟的 方法。
[0003] 反电动势过零点检测法通过无刷直流电机的相电压与无刷直流电机的虚拟中性 点通过比较电路得出反电动势过零点，并通过估算反电动势过零点之后30度电角度所需 的时间而得到无刷直流电机的理想换向点，即反电动势过零点后30度电角度的位置。
[0004] 此种方法的缺点如下：
[0005] (1)由于无刷直流电机的换向点位于反电动势过零点后30度电角度的位置，所以 通过硬件比较电路得到的反电动势过零点不是电路的直接换向点，还需要通过进一步的软 件计算才能得到换向点，即软件根据反电动势过零点前30度电角度所需的时间估算出反 电动势过零点之后通过30度电角度所需的时间。
[0006] (2)软件估算环节不仅增加了软件部分的负担，而且由于估算导致最终得到的换 向点有一部分的误差。
[0007] (3)与直接检测直流无刷电机的换向点相比较，该方法多了一个软件估算的环节， 控制过程较复杂。
【发明内容】
[0008] 为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种无刷直流电机无位 置控制系统及其换向点捕捉方法，以弥补现有的反电动势过零点检测法的不足之处。
[0009] 为达上述及其它目的，本发明提出一种无刷直流电机无位置控制系统，包括：
[0010] 换向点检测电路，检测到各相换向点后向该控制中心报告，该换向点检测电路通 过比较无刷直流电机的相反电动势得到各相换向点；
[0011] 控制中心，对换向点经过处理和驱动向逆变电路输出控制信号；
[0012] 逆变电路，在控制信号的控制下完成各向输出电压的换向并传送至无刷直流电 机；
[0013] 无刷直流电机，在逆变电路输出的电压控制下相应将电能向机械能转换。
[0014] 进一步地，该换向点检测电路将该无刷直流电机的某一相电压和其后一相电压一 起输入比较器进行比较，该比较器的输出方波，该方波的跳变位置则是此相的换向点。
[0015] 进一步地，该换向点检测电路包括：
[0016] 低通滤波器，用于滤除各相相电压的高频杂波；
[0017] A相换向点检测电路，用于将A相相电压和C相相电压进行比较并输出A相相电压 换向点控制信号；
[0018] B相换向点检测电路，用于将B相相电压和A相相电压进行比较并输出B相相电压 换向点控制信号；
[0019] C相换向点检测电路，用于将C相相电压和B相相电压进行比较并输出C相相电压 换向点控制信号。
[0020] 进一步地，该A相换向点检测电路包括电阻（R1A)、电阻（R2A)、电容（C1A)和比较 器（CMP1A)，该比较器（CMP1A)的同向输入端和电阻（R1A)的一端接经低通滤波器的A相电 压，电阻（R1A)另一端接地，C相电压经过电容（C1C)耦合至比较器（CMP1B)的反相输入端， 电阻（R2A)将反相输入端接地以维持和同相输入端具有相同的共模电压，比较器（CMP1A) 的输出端连接至该控制中心输出控制电压（A0)。
[0021] 进一步地，该B相换向点检测电路包括电阻（R1B)、电阻（R2B)、电容（C1B)和比较 器（CMP1B)，该比较器（CMP1B)的同相输入端和电阻（R1B)的一端接经低通滤波器的B相电 压，电阻（R1B)另一端接地，A相电压经过电容（C1A)耦合至比较器（CMP1B)的反相输入端， 电阻（R2B)将反相输入端接地以维持和同相输入端具有相同的共模电压，比较器（CMP1B) 的输出端连接至该控制中心输出控制电压（B0)。
[0022] 进一步地，该C相换向点检测电路包括电阻（R1C)、电阻（R2C)、电容（C1C)和比较 器（CMP1C)，该比较器（CMP1C)的同相输入端和电阻（R1C)的一端接经低通滤波器的C相电 压，电阻（R1C)另一端接地，B相电压经过电容（C1B)耦合至比较器（CMP1C)的反相输入端， 电阻（R2C)将反相输入端接地以维持和同相输入端具有相同的共模电压，比较器（CMP1C) 的输出端连接至该控制中心输出控制电压（C0)
[0023] 进一步地，该低通滤波器为有源滤波器。
[0024] 为达到上述目的，本发明还提供一种无刷直流电机无位置控制系统的换向点捕捉 方法，包括如下步骤：
[0025] 步骤一，利用换向点检测电路检测到各相换向点后向控制中心报告；
[0026] 步骤二，控制中心根据换向点的位置，给逆变电路输出驱动信号；
[0027] 步骤三，逆变电路在控制信号的控制下完成各向输出电压的换向并传送至无刷直 流电机；
[0028] 步骤四，无刷直流电机在逆变电路输出的电压控制下相应将电能向机械能转换。
[0029] 进一步地，于步骤一中，该换向点检测电路通过比较无刷直流电机的相反电动势 即可得到其换向点。
[0030] 进一步地，于步骤一中，该换向点检测电路将无刷直流电机的某一相电压和其后 一相电压一起输入比较器进行比较，比较器的输出是方波，该方波的跳变位置便是此相的 换向点。
[0031] 与现有技术相比，本发明一种无刷直流电机无位置控制系统及其换向点捕捉方法 通过采用相反电动势比较的方法直接得到无刷直流电机的换向点，克服了反电动势过零点 检测法不能直接捕捉换向点的不足之处，同时，本发明直接捕捉换向点，省略了反电动势过 零点检测法中的软件估算环节，既避免了估算环节造成的误差，又简化了无刷直流电机无 位置控制系统的结构
【附图说明】
[0032] 图1为本发明一种无刷直流电机无位置控制系统的系统架构图；
[0033] 图2为本发明中A、C两相反电动势比较图；
[0034] 图3为本发明较佳实施例之换向点检测电路10的电路示意图；
[0035] 图4为本发明一种无刷直流电机无位置控制系统的换向点捕捉方法的步骤流程 图。
【具体实施方式】
[0036] 以下通过特定的具体实例并结合【附图说明】本发明的实施方式，本领域技术人员可 由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同 的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离 本发明的精神下进行各种修饰与变更。
[0037] 图1为本发明一种无刷直流电机无位置控制系统的系统架构图。如图1所示，本 发明一种无刷直流电机无位置控制系统，包括：换向点检测电路10、控制中心20、逆变电路 30以及无刷直流电机40。
[0038] 其中，换向点检测电路10检测到各相换向点后向控制中心20报告，控制中心20 经过处理和驱动向逆变电路30输出控制信号，逆变电路30在控制信号的控制下完成各向 输出电压的换向并传送至无刷直流电机40,无刷直流电机40在逆变电路输出的电压控制 下相应将电能向机械能转换。
[0039] 本发明是一种基于相反电动势比较的换向点捕捉方法。由无刷直流电机的理论分 析可知，电机某一相的反电动势和其前一相比较时，二者相等的位置与换向点的位置恰好 重合。所以通过比较无刷直流电机的相反电动势即可得到其换向点。具体分析如下：
[0040] 为了得到A相的换向点，将C相反电动势与A相反电动势比较，如图2所示。两相 反电动势的交点即为理论的最佳换向点。
[0041] 在交点位置，即理论最佳换向点，
[0042] ea= e c
[0043] ia= ic
[0044] 由公式
[0046] Ua= U c
[0047] 由于电机定子绕组的相反电动势不能直接测量，由以上分析可知，可以通过测量 定子绕组的相电压来直接捕捉换向点，即两相电压相等的时刻。
[0048] 图3为本发明较佳实施例之换向点检测电路10的电路示意图。如图3所示，换向 点检测电路10包括低通滤波器101、A相换向点检测电路102、B相换向点检测电路103、C 相换向点检测电路104,低通滤波器101 -般为有源滤波器，用于滤除各相相电压的高频杂 波，A相换向点检测电路102包括电阻R1-2A、电容C1A和比较器CMP1A，用于将A相相电压 和C相相电压进行比较并输出A相相电压换向点控制信号，B相换向点检测电路103包括电 阻R1-2B、电容C1B和比较器CMP1B，用于将B相相电压和A相相电压进行比较并输出B相相 电压换向点控制信号，C相换向点检测电路104包括电阻R