用于无刷电机的控制器的制造方法
【技术领域】
[0001 ]本发明涉及用于无刷电机的控制器。
【背景技术】
[0002]无刷电机的控制器通常包括处理器，用于响应于不同事件执行不同的软件例程。事件处理的一般方法为通过使用中断。响应于中断，处理器中断主代码的执行并且通过执行中断服务例程(ISR)来服务中断。当执行ISR时，处理器不能服务任何其它中断。因此，如果两个中断在同时发生，一个ISR的执行将被延迟。该延迟于是可以不利地影响电机的性能。例如，控制器可以使用计时器中断来控制电机的相绕组被换向的时间。在服务该中断中的任何延迟于是将很可能会影响电机的功率和/或效率。
【发明内容】
[0003]本发明提供了一种用于无刷电机的控制器，所述控制器包括配置为半桥模式或全桥模式的ΠΜ模块，其中pmi模块输出控制信号，用于控制电机的绕组的激励，且HVM模块的占空比和周期中的一个限定绕组被换向的时间点。
[0004]用于换向绕组的控制信号由此通过硬件而非软件产生，即通过外设而不是通过控制器的处理器。由此不需要为了换向绕组而产生中断。结果，中断冲突可被避免或最小化。
[0005]PWM模块的占空比和周期中的另一个可限定绕组被续流的时间点。这于是具有益处在于用于换向和续流绕组的控制信号通过硬件产生，而不需要软件中断。由于占空比和周期限定绕组被换向和续流的时间点，PWM模块的每个周期限定电机的电半周期的一个半部。每个PWM周期的两个脉冲由此限定时段，绕组在该时段上被激励和续流。
[0006]PWM模块的占空比和/或周期可在PWM模块的每个周期之后被更新。此外，占空比和/或周期可响应于电机速度的变化和用于激励绕组的电源电压的幅度的变化而更新。通过在每个PWM周期后更新占空比和/或周期，控制器能够正确地响应电机速度中的变化和/或电源电压中的变化。结果相对良好的控制可以针对电机的功率和/或效率实现。
[0007]控制器可将电机的每个电半周期分为传导时段和随后的续流时段，且PWM模块可输出控制信号用于在传导时段期间激励绕组，且在续流时段期间续流绕组。PWM模块的占空比于是限定传导时段或续流时段中的一个开始的时间点，且周期限定传导时段和续流时段中的另一个开始的时间点。
[0008]PWM模块可以示出控制信号，用于相对于反电动势中的过零点使绕组换向，或在由相时段限定的时间处升高在绕组中的电感。PWM模块的占空比或周期于是由相时段限定。电机的功率通常对相时段中的改变敏感。因此，通过改变占空比或时段，相对良好的控制可以针对电机的功率和/或效率实现。
[0009]控制器可以包括配置为半桥模式的第一PWM模块，以及配置为半桥模式的第二PWM模块。第一PWM模块于是在电机的电周期的一个半部期间调制控制信号，且第二PWM模块在电机的电周期的另一个半部上调制控制信号。配置为半桥模式的两个PWM模块具有益处在于控制信号可以被使用以在续流期间闭合逆变器的两个下侧开关。结果，电机的效率可被改善。两个PWM模块还具有益处在于模块可在不需要产生软件中断的情况下操作。特别地，第一 PWM模块可在第二 PWM模块的周期期间更新，第二 PWM模块可在第一 PWM模块的周期期间更新。结果，一个PWM模块可以在不中断另一个PWM模块的操作的情况下更新。此外，每个PWM模块可以在控制器的处理器方便的时刻更新。
[0010] 控制器可接收具有边缘的转子位置信号，且控制器可包括处理器，处理器响应于转子位置信号中的升高边缘更新第一 PWM模块，且处理器响应于转子位置信号中的下降边缘更新第二 PWM模块。两个PWM模块于是在不需要PWM模块去中断处理器的情况下被更新。控制器可以从转子位置信号的边缘之间的时段来确定电机的速度。响应于转子位置信号的边缘更新PWM模块于是还具有益处在于PWM模块可以立即更新以反映电机速度的变化。
[0011 ]控制器可以包括配置为全桥模式的PWM模块。PWM模块于是在每个PWM周期的终点处产生中断。控制器的处理器于是响应于该中断而更新PWM模块的占空比和/或周期。该方案的益处在于仅需要一个HVM模块，且由此可以使用更简单且潜在的更便宜的控制器。此夕卜，由PWM模块输出的控制信号在续流期间可以被用于仅闭合逆变器的一个低侧开关。这于是具有益处在于，如果逆变器的开关能够沿双方向导通，防止绕组中的电流在续流期间产生负扭矩。尽管通过PWM模块产生了中断，中断仅需要更新PWM模块。PWM模块仍产生控制信号，用于换向和续流绕组，而不需要中断。
[0012]本发明还公开了一种用于无刷电机的控制器，控制器包括配置为半桥模式或全桥模式的PWM模块，其中控制器将电机的每个电半周期分为传导时段和随后的续流时段，且PWM模块输出控制信号用于在传导时段期间激励电机的绕组，且在续流时段期间续流绕组，PWM模块的占空比限定传导时段或续流时段中的一个开始的时间点，且PWM模块的周期限定传导时段和续流时段中的另一个开始的时间点。
[0013]用于激励和续流绕组的控制信号由此通过硬件而非软件产生，即通过外设而不是通过控制器的处理器。由此不需要为了激励和续流绕组而产生中断。结果，中断冲突可被避免或最小化。由于电机的每个电半周期被分为传导时段和续流时段，每个PWM周期的两个脉冲限定绕组被激励和续流的时段。
[0014]本发明还公开了一种用于控制无刷电机的控制电路，所述控制电路包括逆变器和如前述任一段落中所述的控制器，其中逆变器包括联接到电机的绕组的全桥开关，控制器包括配置为全桥模式的单个PWM模块或配置为半桥模式的两个PWM模块，所述PWM模块输出控制信号，用于控制逆变器的开关。
[0015]本发明还提供了一种电机组件，包括永磁体电机，其具有单相绕组，和如前述段落中所述的控制电路。
【附图说明】
[0016]为了使本发明可能更容易理解，现在将通过示例参照附图描述本发明的实施例，附图中:
[0017]图1是根据本发明的电机组件的框图；
[0018]图2是电机组件的示意图；
[0019]图3详细说明了逆变器响应于由电机组件的控制器发出的控制信号的允许状态；
[0020]图4示出在加速模式中操作时的电机组件的各种波形；
[0021 ]图5示出在稳态模式中操作时的电机组件的各种波形；
[0022]图6示出了当在稳态模式中操作时由假想控制器产生的软件中断；
[0023]图7示出了在第一配置中的控制器，其中两个HVM模块每个都被配置在半桥模式中；
[0024]图8示出了每个PWM模块的部件；
[0025]图9示出了电机组件的各种波形和中断，包括由两个PWM模块产生的控制信号；
[0026]图10为类似于图8但是强调了在每个PWM模块中两个占空比寄存器的提供；以及
[0027]图11示出了在第二替代配置中的控制器，其中单个PWM模块被配置为全桥模式。
【具体实施方式】
[0028]图1和2的电机组件1由DC电源2供电，并且包括无刷电机3和控制电路4。
[0029]电机3包括四极永磁转子5，其相对于四极定子6旋转。围绕定子6缠绕的导线联接在一起以形成单相绕组7。
[0030]控制电路4包括滤波器8、逆变器9、门驱动器模块10、电流传感器11、电压传感器12、位置传感器13和控制器14。
[0031 ]滤波器8包括链电容C1，其平滑由于逆变器9切换造成的相对高频波动。
[0032]逆变器9包括将相绕组7联接电压轨的四个功率开关Q1-Q4的全桥。开关Q1-Q4中的每一个包括续流二极管。
[0033]门驱动器模块10响应于从控制器14接收的控制信号驱动开关Q1-Q4的断开和闭入口 ο
[0034]电流传感器11包括定位在逆变器和零电压轨之间的分流电阻器R1。跨电流传感器11的电压提供连接到电源2时相绕组7中的电流的测量值。跨电流传感器11的电压被作为信号I_PHASE输出至控制器14。
[0035]电压传感器12包括定位在DC电压轨和零电压轨之间的分压器R2、R3。电压传感器输出信