一种无位置传感器无刷直流电机的反电动势过零检测法
【专利摘要】本发明公开了一种无位置传感器无刷直流电机的反电动势过零检测法，步骤为：硬件上，去除九电阻过零检测电路的三个滤波电容；软件上，在过零检测的过程中，每个PWM的上升沿和下降沿附近不检测比较器的翻转信号，即过零信号，避免了PWM调制的边沿位置对过零信号判断准确性造成的干扰；设置最大换相时间定时器，若未检测到准确的过零信号时，就定时强制换相，保证了电机的平稳运行。本发明所提供的方法，一方面解决了硬件过零检测电路滤波电容带来的相移问题；另一方面，避免了PWM的边沿信号影响过零信号检测的准确性。从而提高了转子位置检测的准确性。
【专利说明】
一种无位置传感器无刷直流电机的反电动势过零检测法
技术领域
[0001]本发明涉及电机控制领域，具体涉及一种无位置传感器无刷直流电机的反电动势过零检测法。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机利用电子换相器取代了机械电刷和机械换相器，既保留了直流电机良好的线性机械特性，又避免了有刷直流电机机械换相造成的噪声、火花、结构复杂、可靠性差以及寿命短等一系列缺点。与其它种类的电机相比它具有鲜明的特征:调速范围宽、启动转矩大、机械特性好、节能、低噪声、体积小、寿命长等优点。无刷直流电机分为位置传感器控制和无位置传感器控制，但是位置传感器都有相应的缺点，体现在元件成本高、体积较大、增加线路复杂度等不同方面，不仅限制了电机在某些场合的应用，而且增加了故障率。因此，无位置传感器无刷直流电机的转子位置检测算法成为了研究的热点。
[0003]对于无位置传感器无刷直流电机的控制，必须通过一定的方法检测转子位置信号才能实现准确的换相。目前常用的无位置传感器的转子位置检测算法包括反电动势过零检测法和定子三次谐波检测法。定子三次谐波法需要低通滤波器滤除大于三次谐波的高频信号，这样当电机转速较高时，低通滤波器有可能滤除高频的PWM信号，导致电机无法正常工作，这种方法无法很好的适用于高速运行阶段的位置检测。而反电动势过零检测法不仅控制简单、方法成熟，而且可以很好的适应高速运行阶段的位置检测，但是由于传统的反电动势过零检测电路存在滤波电容带来的相移问题，同时传统的过零检测算法没有考虑到过零点检测的最佳时机，从而导致不能准确检测到转子的位置。
【发明内容】
[0004]针对传统的反电动势过零检测法存在以上的技术缺陷，本发明实现了一种反电势过零检测法，该方法不仅能够准确的检测转子的位置信号，同时能够适应高速、带载能力强的电机平稳运转。
[0005]本发明的技术方案时这样实现的:
一种无位置传感器电机的反电动势过零检测法，其特征在在于:
通过改变现有的反电动势过零检测电路提高过零信号检测的准确性；
通过选择最合适PWM时期采样过零信号避免PWM调制的边沿位置对过零信号准确性的判断存在的干扰；
通过设置最大换相时间保证未检测到过零信号时进行强制换相。
[0006]所述的过零检测电路是采用无滤波电容的九电阻过零检测电路，通过软件处理相应的滤波操作，避免相移的产生和软件相位补偿的不准确性。
[0007]所述的最合适PWM时期采样过零信号时期为避开PWM的上升沿和下降沿附近时期对过零信号进行检测，避免电机运行过程中PWM调制的边沿信号对过零信号的干扰，保证了过零信号检测的准确性。
[0008]所述的设置最大换相定时器中断时间约为稳定运行时四次换相时间间隔之和。不仅保证正常换相可以有序进行，同时保证电机偶尔受到干扰的情况下也可以换相，提高了抗干扰能力和带载能力。
[0009]根据上述方案，首先，对硬件电路的过零检测电路做出优化，去除三个滤波电容，然后在软件中加入相应的滤波处理;其次，在软件上，设置一个定时器并且允许中断，设置最大换相时间来保证未检测到过零的情况进行强制换相，一般设置最大换相时间的值为近四次稳定运行的换相时间间隔之和；最后，在实现过零检测算法过程中，通过设置合理的PffM计数区间作为判别条件，并以此为依据判断是否进行过零点检测。
[0010]本发明的其他特征和优点将在随后的【具体实施方式】部分予以详细的说明。
【附图说明】
[0011]图1为本发明的反电动势过零检测法的控制流程图；
图2为本发明的反电动势过零检测电路原理图；
图3为本发明的换相定时器流程图；
图4为本发明的PffM计数周期中过零检测最佳时机选择示意图；
图5为本发明反电动势过零检测法测试结果。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图，对本发明进行详细说明:
(I)过零检测电路的设计
图2为本发明设计的反电动势过零检测电路，传统的过零检测电路都会在电阻R2两端并联滤波电容，组成一阶低通滤波电路，这样不仅会产生相移，同时会导致软件相位补偿的不准确性。本发明去除九电阻过零检测电路的滤波电容，通过软件处理相应的滤波操作，不仅避免了避免相移的产生和软件相位补偿的不准确性，而且节省了控制器的成本。
[0013](2)过零检测算法的设计
图1为本发明的反电动势过零检测法的控制流程图。
[0014]首先，设置连续检测过零信号的次数，一般取值为6次?10次；
其次，判断检测的时间是否超出了最大换相时间T，T一般取值为近四次的换相时间间隔之和，若超出最大换相时间T则进入定时器中断执行相应的操作，否则，在判断比较器输出信号之前，先对PWM的边沿进行滤波，因为PWM的边沿对比较器输出的过零信号存在干扰。本发明针对PWM边沿的滤波操作详细步骤是:
如图4所示，避开PffM的上升沿和下降沿附近一定区间对过零信号进行检测，避免PffM调制的边沿信号对过零信号准确性的判断造成干扰。具体的在启动阶段，由于HVM占空比较小，即高电平的时间很短，低电平比例很大，采用的过零点检测方式是高电平不检测，仅在低电平且避开t2?t3(本实施例约占整个周期的2.5%)和t4?t5(本实施例约占整个周期的2.5%)的边沿区间，即在t3?t4区间进行检测；在稳定运行阶段，P丽的占空比在不断变大，直至加满。意味着高电平的比例在不断变大，此时过零点检测选择在避开tl?t3(本实施例约占整个周期的5%)、t4?t6 (本实施例约占整个周期的5%)的FffM区间进行检测。本领域技术人员可以根据本发明教导，合理设置需要避开的PWM上升沿和下降沿附近区间。
[0015]最后，若连续检测设定次数比较器的输出电平都与设定的电平相一致，则设置成功检测到过零检测标志位，进入定时器中断中执行相应的换相操作。
[0016]图3为本发明的换相定时器流程图。检测上述过零检测算法中的成功检测过零信号标志是否置位，若该标志置位，则计算换相时间，进行正常的定时换相;否则，更新最大定时时间T为近四次换相时间之和，并以此时间进行强制换相，从而保证了电机的平稳运行。
[0017](3)反电动势过零检测法测试结果
图5为本发明反电动势过零检测法测试结果，测试波形中显示的分别是A、B、C三相的相电压，从图中可以看出相电压波形为非常标准的梯形波，无任何干扰，且高速性能非常稳定。
【主权项】
1.一种无位置传感器电机的反电动势过零检测法，其特征在在于: 采用无滤波电容的九电阻过零检测电路进行过零检测； 选择合适的PWM时期采样过零信号，即避开PWM的上升沿和下降沿附近对过零信号进行检测，避免PffM调制的边沿信号对过零信号准确性的判断造成干扰； 设置最大换相时间保证未检测到过零信号时进行强制换相。2.根据权利要求1所述的反电动过零检测法，其特征在于:所述的最大换相时间为电机稳定运行时四次换相时间间隔之和。
【文档编号】H02P6/182GK105958877SQ201610489212
【公开日】2016年9月21日
【申请日】2016年6月29日
【发明人】彭辉波, 鹿纯祯
【申请人】苏州联芯威电子有限公司