专利名称：驱动无刷直流电机及增大其驱动速度的装置和方法
技术领域：
本发明涉及一种用于驱动无刷DC (BLDC)电机的装置和方法，更具体 地说，涉及一种可增大BLDC电机的最大驱动速度的用于驱动BLDC电机的 装置和方法。
背景技术：
通常，BLDC电机指使用半导体装置而不是电刷的DC电机。BLDC电 机利用磁或光传感器来检测转子的位置。另一种方案是，BLDC电机可利用 无传感器方法来^r测转子的位置。在韩国第1999-81167号未经实审的专利公开中公开了无传感器的BLDC 电机，其中，通过无传感器检测器以及驱动装置的控制器来检测转子的位置。即，在无传感器检测器中，多个比较器将BLDC电机的相电压与参考电 压进行比较，如图3所示。此时，在BLDC电机的非激励相的端电压为整流 器的输出电压的1/2时的时间点(图3中的过零(zero-cross)时间点)，每个 比较器的输出信号发生改变。然后，控制器通过检测比较器的输出信号的变 化来检测BLDC电机的转子的位置。同时，无传感器BLDC电机需要在额定速度或更高的速度下运行。此时， 通过将相位切换时间点提前，驱动装置的控制器允许BLDC电机的驱动速度 超过额定速度，其中，相位切换时间点是当电机按照额定速度被驱动时逆变 器(inverter)的电源开关被打开/关闭的时间点。这被称作"弱磁通控制(weak flux control )，，。但是，在用于驱动BLDC电机的传统装置中使用的弱磁通控制中，相位 切换时间点不能早于图3所示的过零时间点。因此，弱石兹通控制范围受到限 制，从而BLDC电机的速度不能显著增大。发明内容因此，本发明的一方面是提供一种用于驱动BLDC电机的装置和方法，其可增大弱磁通控制范围。本实施例的其它方面和/或优点的一部分将在以下描述中被阐述，并且另 一部分通过所述描述将变得清楚；或者可通过实施本发明而学习到。上述和/或其它方面可通过提供一种用于驱动无刷DC ( BLDC)电机的装 置来实现，所述装置包括整流器，将AC电压转换为DC电压；逆变器， 通过切换多个电源开关将DC电压转换为AC电压，并且将转换后的AC电压 供应到BLDC电机；微型计算机，当BLDC电机的驱动速度达到额定速度时， 在BLDC电机的端电压超过整流器的输出电压的1/2之前检测转子的位置， 并且执行相位切换。可利用双激励无传感器驱动方法来驱动BLDC电机，并且所述端电压可 以是BLDC电机的三相中的非激励相的端电压。微型计算机可包括检测BLDC电机的转子的位置的位置检测单元，所述 位置检测单元可通过检测在非激励相的端电压在O至整流器的输出电压的1/2 的范围内的时间段内的任何时间点来检测BLDC电机的转子的位置。当BLDC电机的驱动速度小于额定速度时，微型计算机可通过检测在非 激励相的端电压为整流器输出电压的1/2的时间点来检测转子的位置，并且 执行相位切换。在非激励相的端电压为整流器输出电压的1/2的时间点是当安装在转子 中的永久磁体的磁极经过非激励相的时间点。上述和/或其它方面可通过提供一种用于驱动无刷DC ( BLDC )电机的装 置来实现，所述装置包括整流器，用于将AC电压转换为DC电压；逆变 器，将DC电压转换为AC电压，并且将所迷AC电压供应到BLDC电机； 微型计算机，具有位置检测单元，当BLDC电机的驱动速度小于额定速度时， 所述位置^:测单元通过4企测在端电压为整流器的输出电压的1/2的时间点来 检测BLDC电机的转子的位置，并且当BLDC电机的驱动速度大于或等于额 定速度时，所述位置检测单元通过检测在端电压在O至整流器输出电压的1/2 的范围内的时间段内的任何时间点来检测BLDC电机的转子的位置。微型计算机可将转子的位置检测时间点和相位切换时间点提前，以增大 当BLDC电机的驱动速度大于或等于额定速度时的弱磁通控制范围。上述和/或其它方面可通过提供一种用于驱动无刷DC ( BLDC )电机的装 置来实现，所述装置包括整流器，将AC电压转换为DC电压；逆变器，通过切换多个电源开关将DC电压转换为AC电压，并且将转换后的AC电压 供应到BLDC电机；微型计算机，当BLDC电机被驱动时，在BLDC电机的 端电压超过整流器的输出电压的1/2之前检测转子的位置并且执行相位切换。上述和/或其它方面可通过提供一种用于驱动无刷DC ( BLDC )电机的方 法来实现，所述方法包括检查BLDC电机的驱动速度；当驱动速度达到额 定速度时，在BLDC电机的端电压超过整流器的输出电压的1/2之前检测转 子的位置并且执行相位切换。所述方法还可包括当驱动速度小于额定速度时，通过检测在端电压为整 流器的输出电压的1/2的时间点来检测转子的位置并且执行相位切换。所述方法还可包括确定驱动速度是否达到期望的驱动速度，并且当确定 驱动速度达到期望的驱动速度时，在保持施加到电机的相的电压、转子的位 置检测时间点和相位切换时间点不变的同时驱动BLDC电机，当确定驱动速 度没有达到期望的驱动速度时，确定驱动速度是否持续增大。在确定驱动速度是否持续增大时，如果确定驱动速度持续增大，则确定 驱动速度没有达到额定速度；如果确定驱动速度不再持续增大，则确定驱动 速度已经达到额定速度。
通过以下结合附图对实施例进行的描述，这些和/或其它方面和优点将变得清楚和更加容易理解，其中图1是显示根据实施例的用于驱动BLDC电机的装置的框图；图2是显示根据实施例的驱动BLDC电机的方法的流程图；图3是显示在图2所示的驱动BLDC电机的方法中检测到的转子的位置的时间点的示图。
具体实施方式
现在，将详细说明实施例，其例子显示在附图中，图中相同的标号始终 指代相同的元件。以下通过参照附图描述实施例以解释本发明。在本实施例中，将描述双激励无传感器BLDC电机。如图l所示，根据本实施例的用于驱动BLDC电机的装置包括整流器 12，将外部AC电源16的AC电压转换为DC电压；逆变器11，通过开关多个电源开关将从整流器12输出的DC电压转换为AC电压，并且将AC电压 传输到BLDC电机10的每个相；平滑电容器13;分压电阻14;滤波器15， 用于将通过分压电阻14检测到的电压放大；微型计算机20。微型计算机20包括A/D转换端口 22，接收BLDC电机10的端电压(即， 相电压)和整流器12的输出电压，并且执行A7D转换；位置^r测单元21， 比较所述端电压与整流器12的输出电压并且检测BLDC电机的转子的位置。同的功能的比较等式。针对比较等式，当与每个端电压进行比较的参考电压 发生改变并且被替代时，可以在期望的时间点;险测转子的位置。例如，如果检测到非激励相的端电压为整流器的输出电压的1/2的时间 点，从而检测到转子的位置，则将l/2Vdc(直流电压)作为参考电压的替代。 如果检测到非激励相的端电压为整流器的输出电压的1/4的时间点，从而检 测到转子的位置，则将1/4Vdc作为参考电压的替代。因此，比较等式的结果 根据当非激励相的端电压为1/2Vdc或1/4Vdc的时间点而改变，从而微型计 算机20可检测转子的位置。微型计算机20控制逆变器11的电源开关的切换并且利用滤波器15的输 入电压检测BLDC电机10的驱动电流。以下，将参照图2和图3描述根据本实施例的BLDC电机的驱动方法。 当具有BLDC电机10的电子设备的主微型计算机(未示出)发送操作命令时， 微型计算机20将电压施加到BLDC电机10以启动BLDC电机10并且利用 PWM控制来增大施加的电压以增大BLDC电机10的驱动速度(操作30)位置^r测单元21 4企测在输入到A/D转换端口的端电压中的非激励相的 电压为整流器的输出电压的1/2的时间点，以检测转子的位置(操作32)。这 个时间点是图3中所示的点B，在图3中所示的三个梯形波形表示BLDC电 才几10各相的施力o的电压或反电动势电压(counter-electromotive voltage)。在 每个梯形波形中包括的矩形波形表示施加到BLDC电机10的每个相的电流。 非激励相的端电压为1/2Vdc的时间点是当安装在转子中的永久磁铁的磁极经 过非激励相的时间点。当转子的位置被检测到时，微型计算机20执行相位切换，由如图3所示 的点C所表示。相位切换是指打开/关闭逆变器11的电源开关以允许相位被激励或不被激励的操作。从转子的位置检测时间点到相位切换时间点之间的时间段被称作相位切换时期。例如，在图3中，操作32的相位切换相位是30。，即点B 和点C之间的相差。当执行操作32时，BLDC电机10的驱动速度被检测。确定BLDC电机 10的驱动速度到达期望的驱动速度与否(操作34)。期望的驱动速度表示由 主微型计算机指示的BLDC电机10的驱动速度。如果BLDC电机10的驱动速度到达期望的驱动速度，则微型计算机20 持续驱动BLDCIO,同时使施加到BLDC电机的电压、转子的位置检测时间 点和相位切换时间点保持不变(操作40)。但是，如果BLDC电机10的驱动 速度没有到达期望的驱动速度，则确定BLDC电机10的驱动速度是否持续增 大(操作36 )。如果BLDC电机10的驱动速度持续增大，则所述方法返回到操作32， 这是因为确定了 BLDC电机10的驱动速度没有达到额定速度。相反，如果 BLDC电机10的驱动速度不再增大，则微型计算机20确定BLDC电机10的 驱动速度达到额定速度并且执行操作38。当在速度小于额定速度的情况下施加到BLDC电机10的各相的电压增大 时，BLDC电机10的驱动速度逐渐增大。但是，在额定速度，施加到每个相 的电压变得等于反电动势电压，因此驱动速度不再增大。因此，如果尽管施 加的电压增大而BLDC电机10的驱动速度不再增大，则确定BLDC电机10 达到额定速度。在操作38中，位置检测单元21检测在输入到A/D转换端口 22的端电 压中非激励相的端电压为整流器的输出电压的1/2的时间点之前的任何时间 点((K非激励相的端电压〈l/2Vdc)以检测转子的位置。即，如果必要的话， 可在(K非激励相的端电压〈l/2Vdc的范围内选择转子的位置检测时间点(例 如，图3中所示的点A)。在非激励相的端电压变为1/2Vdc之前的时间点表 示在安装在转子中的永久磁铁的磁极经过非激励相之前的时间点。当转子的位置被检测时，微型计算机20执行相位切换(操作38)。如果 微型计算机20在非激励相的端电压为0的时间点(例如，图3中所示的点A) 检测转子的位置并且在图3中所示的点C执行相位切换，则相位切换相位为 60°。如果必要的话，可调整相位切换相位。具体地说，当减小相位切换相位 时，相位切换时间点提前并且非激励相中产生的磁场的方向改变，以抵消产生反电动势电压的永久磁铁的磁场。因此，BLDC电机10的反电动势电压减 小，从而BLDC电机10的驱动速度增大。当相位切换相位减小到0°时，转子的位置被;险测，并且在点A执行相位 切换。因此，BLDC电机10的反电动势电压显著减小。因此，可将相位切换 相位的调整范围增大到不允许相位切换时间点变得早于点B的传统装置的相 位切换相位的调整范围的两倍。因此，反电动势电压的减小的幅度大于传统 装置，因此，BLDC电机10的驱动速度显著增大。结果，当转子的位置检测时间点(即，当非激励相的端电压为1/2Vdc的 时间点)变得早于传统装置的位置检测时间点时，相位切换时间点变得早于 传统装置的相位切换时间点。因此，BLDC电机10的弱磁通控制范围增大。当执行操作38时，方法返回到操作34。如果BLDC电机10的驱动速度 达到期望的驱动速度，则BLDC电机IO被驱动的同时保持施加到各相的电压、 转子的位置检测时间点和相位切换时间点不变(操作40)。但是如果BLDC 电机10的驱动速度没有达到期望的驱动速度，则再次执行操作36和38。虽然，在本实施例中，BLDC电机10的驱动速度小于额定速度的情况和 BLDC电机10的驱动速度大于或等于额定速度的情况在转子的位置检测时间 点方面互不相同，但是即使BLDC电机10的驱动速度小于额定速度，也可在 (K非激励相的端电压〈l/2Vdc的范围内检测转子的位置。如上所述，4艮据本实施例，通过允许转子的位置^r测时间点和相位切换 时间点变得早于传统装置的转子的位置检测时间点和相位切换时间点，可增 大弱磁通控制的范围。根据本实施例，与传统装置相比，通过大大减小BLDC电机的反电动势 电压可显著增大BLDC电机的最大驱动速度。虽然已经显示并描述了一些实施例，但是本领域技术人员应该理解，在 不脱离本发明的原理和精神的情况下，可对这些实施例进行改变，本发明的 范围由权利要求及其等同物限定。
权利要求
1、一种用于驱动BLDC电机的装置，包括整流器，将AC电压转换为DC电压；逆变器，通过切换多个电源开关将DC电压转换为AC电压，并且将转换后的AC电压供应到BLDC电机；微型计算机，当BLDC电机的驱动速度达到额定速度时，在BLDC电机的端电压超过整流器的输出电压的1/2之前检测转子的位置，并且执行相位切换。
2、 如权利要求l所述的装置，其中，利用双激励无传感器驱动方法来驱 动BLDC电机，并且所述端电压是BLDC电机的三相中的非激励相的端电压。
3、 如权利要求2所述的装置，其中微型计算机包括位置检测单元，所述位置检测单元通过检测在非激励相 的端电压在0至整流器的输出电压的1/2的范围内的时间段内的任何时间点 来检测BLDC电机的转子的位置。
4、 如权利要求2所述的装置，其中，当BLDC电机的驱动速度小于额定 速度时，微型计算机通过检测在非激励相的端电压为整流器输出电压的1/2 的时间点来检测转子的位置，并且执行相位切换。
5、 一种用于驱动BLDC电机的装置，包括 整流器，用于将AC电压转换为DC电压；逆变器，将DC电压转换为AC电压，并且将所述AC电压供应到BLDC 电机；微型计算机，具有位置检测单元，当BLDC电机的驱动速度小于额定速 度时，所述位置检测单元通过检测在端电压为整流器的输出电压的1/2的时 间点来检测BLDC电机的转子的位置，并且当BLDC电机的驱动速度大于或 等于额定速度时，所述位置检测单元通过检测在端电压在0至整流器输出电 压的1/2的范围内的时间段内的任何时间点来检测BLDC电机的转子的位置。
6、 如权利要求5所述的装置，其中，微型计算机将转子的位置检测时间 点和相位切换时间点^是前，以当BLDC电^L的驱动速度大于或等于额定速度 时，增大弱磁通控制范围。
7、 一种用于驱动BLDC电机的装置，包括整流器，将AC电压转换为DC电压；逆变器，通过切换多个电源开关将DC电压转换为AC电压，并且将转 换后的AC电压供应到BLDC电机；微型计算机，当BLDC电机被驱动时，在BLDC电机的端电压超过整流 器的输出电压的1/2之前检测转子的位置并且执行相位切换。
8、 一种驱动BLDC电机的方法，包括 检查BLDC电机的驱动速度；当驱动速度达到额定速度时，在BLDC电机的端电压超过整流器的输出 电压的1/2之前纟企测转子的位置并且执行相位切换。
9、 如权利要求8所述的方法，还包括当驱动速度小于额定速度时，通过 检测在端电压为整流器的输出电压的1/2的时间点来检测转子的位置并且执 行相位切换。
10、 如权利要求4所述的装置，其中，在非激励相的端电压为整流器输 出电压的1/2的时间点是当安装在转子中的永久磁体的磁极经过非激励相的 时间点。
11、 根据权利要求8所述的方法，还包括确定驱动速度是否达到期望的 驱动速度，并且当确定驱动速度已经达到期望的驱动速度时，在保持施加到 电机的相的电压、转子的位置4企测时间点和相位切换时间点不变的同时驱动 BLDC电机，当确定驱动速度没有达到期望的驱动速度时，确定驱动速度是 否持续增大。
12、 如权利要求11所述的方法，其中，在确定驱动速度是否持续增大时， 如果确定驱动速度持续增大，则确定驱动速度没有达到额定速度；如果确定 驱动速度不再持续增大，则确定驱动速度已经达到额定速度。
全文摘要
本发明公开了一种用于驱动无刷DC(BLDC)电机的装置和方法。用于驱动BLDC的所述装置包括整流器，将AC电压转换为DC电压；逆变器，通过切换多个电源开关将DC电压转换为AC电压，并且将转换后的AC电压供应到BLDC电机；微型计算机，当BLDC电机的驱动速度达到额定速度时，在BLDC电机的端电压超过整流器的输出电压的1/2之前检测转子的位置，并且执行相位切换。
文档编号H02P6/00GK101222194SQ20071016273
公开日2008年7月16日 申请日期2007年10月8日 优先权日2007年1月9日
发明者俞汉周, 吴光教, 徐廷昊, 朴平基, 浜冈孝二, 裴宪晔 申请人:三星电子株式会社