一种无位置传感器电机驱动器的制造方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种适用于隔膜往复式压气机的无位置传感器电机驱动器。
【背景技术】
[0002]空间站需要完成长期在轨补加的任务，压气机作为完成在轨补加任务的关键单机，需要满足长寿命、高可靠性的要求，而压气机电机内的位置霍尔位置传感器存在长期在轨失效的风险，不满足长寿命的要求。基于这个需求，研制一种无位置传感器电机驱动器驱动压气机工作，在位置霍尔传感器失效的情况下，仍旧可以完成在轨补加任务。
【实用新型内容】
[0003]本实用新型的目的在于提供一种无位置传感器电机驱动器，能够解决电机内位置霍尔传感器不满足长寿命要求，在位置霍尔传感器失效的情况下，仍旧能够驱动压气机电机工作，完成在轨补加任务。
[0004]本实用新型的目的通过以下技术方案来实现:一种无位置传感器电机驱动器，包括CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块和功率电路模块，
[0005]所述CPU控制模块包括
[0006]电机启动模块，用于在无位置传感器提供转子位置信号的前提下通过高频注入电流的方法寻找转子当前位置，并切换不同相序绕组通电启动电机；
[0007]启动运行切换模块，用于由启动控制模式切换到根据不通电相反电势信号进行换相的运行控制模式；
[0008]惯量控制模块，用于根据压气机本身的惯性，优化电机的控制策略，减少系统的损耗；
[0009 ]转速电流控制模块，用于控制电机的实时输出转矩和转速；
[0010]所述数字电路模块包括
[0011]反电势过零检测数字电路模块，用于在所有的反电势过零点信号中提取有效的反电势过零点信号；
[0012]换相模块，用于根据有效的反电势过零点信号输出不同相绕组通电的切换控制信号；
[0013]转速测量模块，用于根据有效的反电势过零点测量电机转速；
[0014]所述信号采集与调理模拟电路模块包括
[0015]反电势信号调理电路模块，用于对每一相上的反电势模拟信号进行放大滤波调理；
[0016]相电流信号采集电路模块，用于采集电机不同相绕组上的电流；
[0017]反电势过零检测模拟电路模块，用于检测每一相绕组的反电势过零点；
[0018]所述功率驱动模块包括功率驱动IPM模块、储能电容模块、过流过热保护模块和元器件锁定保护模块;功率驱动IPM模块用于切换电机不同相绕组通电。
[0019]转速电流控制模块与转速测量模块、相电流信号采集电路模块相连，转速测量模块与换相模块、反电势信号调理电路模块相连，反电势信号调理电路模块与反电势信号调理电路模块相连，换相模块与功率驱动IPM模块相连，反电势信号调理电路模块与反电势过零检测模拟电路模块相连。
[0020]与现有技术相比，本实用新型具有以下优点:
[0021]通过CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块、功率电路模块，能够在无位置传感器的情况下，可靠地控制直流无刷电机带动隔膜往复式压气机启停。
【附图说明】
[0022]图1是本实用新型实施例的隔膜往复式压气机无位置传感器电机驱动器的原理图；
[0023]图2是本实用新型实施例的交变重载启动控制原理图；
[0024]图3是本实用新型实施例的反电势过零点消影滤波模块的原理图；
[0025]图4是本实用新型实施例的启动运行模式可靠切换模块的原理图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合具体实施例对本实用新型进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本实用新型，但不以任何形式限制本实用新型。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型构思的前提下，还可以做出若干变形和改进。这些都属于本实用新型的保护范围。
[0027]如图1所示，本实用新型提供一种压气机无感电机驱动器，包括CPU控制模块100、数字电路模块200、信号采集与调理模拟电路模块300、功率电路模块400，具体的，
[0028]所述CPU控制模块100包括电机启动模块1、启动一运行切换模块2、惯量控制模块
3、转速电流控制模块4。
[0029]所述电机启动模块I用于在无位置传感器提供转子位置信号的前提下通过高频注入电流的方法寻找转子当前位置，并切换不同相序绕组通电启动电机；
[0030]所述启动一运行切换模块2用于由启动控制模式切换到根据不通电相反电势信号进行换相的运行控制模式；
[0031]所述惯量控制模块3用于根据压气机本身的惯性，优化电机的控制策略，减少系统的损耗；
[0032]所述转速电流控制模块4用于控制电机的实时输出转矩和转速。
[0033 ]所述数字电路模块200包括反电势过零检测数字电路模块7、换相模块6、转速测量模块5，具体的，
[0034]所述反电势过零检测数字电路模块7用于在所有的反电势过零点信号中提取有效的反电势过零点信号；
[0035]所述换相模块6用于根据有效的反电势过零点信号输出不同相绕组通电的切换控制信号；
[0036]所述转速测量模块5用于根据有效的反电势过零点测量电机转速。
[0037]所述信号采集与调理模拟电路模块300包括反电势信号调理电路11、相电流信号采集电路模块10、反电势过零过零检测模拟电路模块9，具体的，
[0038]所述反电势信号调理电路模块11用于对每一相上的反电势模拟信号进行放大滤波调理；
[0039]所述相电流信号采集电路模块10用于采集电机不同相绕组上的电流；
[0040]所述反电势过零检测模拟电路模块9用于检测每一相绕组的反电势过零点。
[0041 ] 所述功率驱动模块400包括功率驱动IPM模块12。
[0042]图2为交变重载启动控制的原理图，该启动控制包括高频注入电流预测转子位置并换相1、加速3两个步骤。第一步，低速启动，高频注入电流2预测转子位置，将预测的转子位置信息代替位置传感器信息，换相切换不同绕组通电，在这个过程中，按照设定电流曲线4闭环控制电机通电相绕组电流。
[0043]第二步，稳步加速，按照设定电流曲线5、6、7闭环控制电机不同相绕组电流，逐渐减少换相时间，电机能够在定子相位不会过多超前转子相位的前提下稳步加速。
[0044]图3为反电势过零检测原理图，包括反电势过零检测模拟电路和反电势过零检测数字电路。反电势过零检测模拟电路具备检测有效的反电势过零点的功能，包括相电压检测电路3、8、13、中点电压检测电路、相电压与中点电压差值电路4、9、14、比较电路5、10、15、提取有效过零点的电路6、11、16。反电势过零检测数字电路具备提取有效过零点7、12、17的功能，将所有的过零点信号与消影后占空比相与7、12、17，提取在功率管上管通的时刻并且消除功率管开关动作的前后时间内的过零点信号，并判断过零点的变化方向。检测过零点的相并判断过零点的方向，再延迟30度电角度，切换到下一相。
[0045]图4为启动模式I与运行模式4之间可靠切换的原理图。启动一运行模式切换模块具备在启动模式与运行模式之间可靠切换的功能，一旦满足每一相反电势正确过零点2并且电机的实际转速与设定的转速3保持一致这两个条件，由启动模式切换到运行模式。
[0046]本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
[0047]专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本实用新型的范围。
[0048]以上对本实用新型的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本实用新型并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本实用新型的实质内容。
【主权项】
1.一种无位置传感器电机驱动器，其特征在于，包括CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块和功率电路模块，所述CPU控制模块包括电机启动模块、启动运行切换模块、惯量控制模块和转速电流控制模块;所述数字电路模块包括反电势过零检测数字电路模块、换相模块和转速测量模块;所述信号采集与调理模拟电路模块包括反电势信号调理电路模块、相电流信号采集电路模块和反电势过零检测模拟电路模块;所述功率驱动模块包括功率驱动IPM模块、储能电容模块、过流过热保护模块和元器件锁定保护模块；转速电流控制模块与转速测量模块、相电流信号采集电路模块相连，转速测量模块与换相模块、反电势信号调理电路模块相连，反电势信号调理电路模块与反电势信号调理电路模块相连，换相模块与功率驱动IPM模块相连，反电势信号调理电路模块与反电势过零检测模拟电路模块相连。
【专利摘要】本实用新型公开了一种无位置传感器电机驱动器，包括CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块和功率电路模块，所述CPU控制模块包括电机启动模块、启动运行切换模块、惯量控制模块和转速电流控制模块；所述数字电路模块包括反电势过零检测数字电路模块、换相模块和转速测量模块；所述信号采集与调理模拟电路模块包括反电势信号调理电路模块、相电流信号采集电路模块和反电势过零检测模拟电路模块。本实用新型通过CPU控制模块、数字电路模块、信号采集与调理模拟电路模块、功率电路模块，能够在无位置传感器的情况下，可靠地控制直流无刷电机带动隔膜往复式压气机启停。
【IPC分类】H02P6/182
【公开号】CN205377728
【申请号】CN201521107011
【发明人】戴晖, 吴越媛, 汤建华, 朱皓
【申请人】上海空间推进研究所
【公开日】2016年7月6日
【申请日】2015年12月25日