专利名称：无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及用于无刷直流电机无传感器控制领域，尤其是涉及电动自行车行业300w/500w无刷直流电机无传感器控制。
技术背景无刷直流电机利用电子开关装置取代了传统有刷电机的机械换向，避免了 炭刷机械换向带来的换向火花、噪声，具备良好的调速特性、动态性能并且体 积小、结构简单、功率密度高，应用越来越广泛。通常直流无刷电机在电机内部安装霍尔传感器或其他类型的位置传感器来 获取转子位置信息，以此来确定电子开关的换向点。位置传感器的引入能使得 无刷电机换向精准，从而实现电机扭矩大、无抖动、零启动等一系列优良特性，但同时也带入了诸多的缺陷，譬如1、增加了电机内部结构复杂度，使得维护 和制造成本上升，90%的电机故障都是由于位置传感器的损坏造成的；2、电机 轴引出线由3根电机线，外加3根位置信号线以及电源线、地线共8根线所组 成，额外增加了 5根引出线，使轴的内径增大，因而降低了电机轴的可靠性以 及引线间的抗干扰性；3、在某些对电机体积要求严格的场合，位置传感器因不 符合整机要求而无法安装。基于如上所述原因，近年来国内外开展对无位置传感器无刷直流电机控制 策略的研究，无位置传感器直流无刷电机的控制思想主要体现在摒弃位置传 感器，利用电机的物理特性来获取换向信号。主要有反电动势过零检测方法、 反电动势三次谐波积分检测法、续流二极管检测法、磁链估计法、扩展卡尔曼滤波法等。现有的无传感无刷直流控制策略存在以下几方面的缺点1、零启动性能差，失步现象、回退现象、堵转现象出现频繁，初始转子定位启动力矩不够大；2、采用DSP芯片处理高频注入信号检测转子空间位置，运算负荷重、可 靠性稳定性有待提高；3、与原无刷直流电机硬件系统、软件系统不可兼容，采 用无传感器无刷直流电机控制策略将给原生产流程、作业方法、系统设计带来 巨大的变更，升级风险性过高、成本控制较难。 发明内容本实用新型的目的是提供一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，它是基于反电动势过零检测原理，在保持原无刷直流电机控制器软硬件
系统完整性的前提下，实现无刷直流电机无传感器控制，并将无传感控制模块 化、分立化，自由切换无刷直流电机有/无传感控制模式。 本实用新型解决其技术问题所釆用的技术方案是包括无刷直流电机、无刷直流电机控制器、反馈补偿电路、稳压电源电路、 滤波延迟电路和过零点检测电路；无刷直流电机与滤波延迟电路连接；稳压电 源电路分别与反馈补偿电路、滤波延迟电路和过零点检测电路连接；反馈补偿 电路分别与滤波延迟电路和过零点检测电路连接；滤波延迟电路经过零点检测 电路与无刷直流电机控制器连接；无刷直流电机控制器与无刷直流电机连接。所述的无刷直流电机的三相电机线分别与滤波延迟电路的接口 Al、 A2、 A3 连接。所述的反馈补偿电路的集成芯片U2端口 13、 14、 l分别与滤波延迟电路的 电阻R30、 R31、 R32连接；反馈补偿电路的电阻R33经RC回路电阻R25、电 容C13与过零点检测电路的二极管D2、 D4、 D6连接。所述的滤波延迟电路的电阻R13、 R17、 R18分别与过零点检测电路的电阻 R19、 R20、 R21连接。所述的过零点检测电路的接口 A6、 A5、 A4与无刷直流控制器的霍尔接口 连接。所述的反馈补偿电路、稳压电源电路、滤波延迟电路、过零点检测电路构 成实现无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立模块，其与无刷直流电机控 制器是相分离的。基于反电动势过零检测原理，硬件时延90度，反馈补偿电路、过零点检测 电路采用集成芯片LM339。本实用新型与背景技术相比具有的有益效果是1、 采用分立模块化设计方法，与原系统友好兼容，能在实现无刷直流电机 无传感控制策略的基础上保持系统的可继承性，并增加了无刷直流电机有/无传 感控制策略的模式切换功能，最大程度地确保了生产流程的稳定性以及规避了 企业二次研发生产的风险。2、 采用纯硬件电路设计，无需外加DSP做运算处理，系统外加成本极低， 纯硬件处理速度极快，稳定性可靠性高。3、 采用反电动势过零检测原理，利用硬件时延90度确定电机的换相点， 零启动具有大扭矩、无抖动、平滑、提速快的特性，可以完全取代霍尔传感器。
图1是本实用新型的逻辑示意图。图2是本实用新型的一个实施例的电路连接图。图中1、无刷直流电机，2、无刷直流电机控制器，3、反馈补偿电路，4、 稳压电源电路，5、滤波延迟电路，6、过零点检测电路。
具体实施方式
以下结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。如图1所示，本实用新型的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分 立系统，包括无刷直流电机l、无刷直流电机控制器2、反馈补偿电路3、稳压 电源电路4、滤波延迟电路5和过零点检测电路6;无刷直流电机l与滤波延迟 电路5连接；稳压电源电路4分别与反馈补偿电路3、滤波延迟电路5和过零点 检测电路6连接；反馈补偿电路3分别与滤波延迟电路5和过零点检测电路6 连接；滤波延迟电路5经过零点检测电路6与无刷直流电机控制器2连接；无 刷直流电机控制器2与无刷直流电机1连接。如图2所示，反馈补偿电路3的集成芯片U2端口 13、 14、 l分别与滤波延 迟电路5的电阻R30、 R31、 R32连接；反馈补偿电路3的电阻R33经RC回路 R25、 C13与过零点检测电路6的二极管D2、 D4、 D6连接；反馈补偿电路3的 接口 Al、 A2、 A3与无刷直流电机1的三相电机线连接；滤波延迟电路5的电 阻R13、 R17、 R18分别与过零点检测电路6的电阻R19、 R20、 R21连接；过 零点检测电路6的接口 A6、 A5、 A4与无刷直流控制器2的霍尔接口三路霍尔 信号线连接；稳压电源电路4的接口 A7、 A8分别与无刷直流控制器2的霍尔 接口地线、霍尔传感器电源线连接。 本实用新型的工作过程是-基于反电动势过零检测法，滤波延迟电路5检测电机U、 V、 W三相反电动 势信号，通过3路对称的深度RC滤波电路延迟90度电角度后，利用LM339 芯片作为比较器电路检测三相反电动势的过零点；其中RC深度滤波对3相反电 动势信号硬件延迟90度电角度，避免了传统反电动势过零检测30度软件时延 的方法，可靠性、稳定性加强，运算负荷减少，系统成本下降；滤波延迟电路5 的A1支路(U相)接有方波发生电路，在电机启动阶段时持续输出特定频率、幅 值的方波信号，使得U相初始端电压输入信号为特定的方波信号；此时，启动 阶段保持A2支路(V相)初始端电压输入信号为高电平，A3支路(W相)初始端电 压输入信号为低电平。反馈补偿电路3采用LM339作为锯齿波发生器产生3路 补偿信号输入至滤波延迟电路5和过零点检测电路6，使得无传感器无刷直流电 机在启动阶段能避免失步、回退、堵死等现象，实现零启动、大转矩。过零点 检测电路6采用LM339搭建，将烦杂的反电动势信号转化为方波信号作为模拟 换相信号输入至原无刷直流电机控制器2的霍尔信号接口。稳压电源电路4采 用10v稳压管，确保模块上各个芯片的正常工作。上述具体实施方式
用来解释说明本实用新型，而不是对本实用新型进行限 制，在本实用新型的精神和权利要求的保护范围内，对本实用新型做出的任何 修改和改变，都落入本实用新型的保护范围。
权利要求1、一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立装置，其特征在于包括无刷直流电机(1)、无刷直流电机控制器(2)、反馈补偿电路(3)、稳压电源电路(4)、滤波延迟电路(5)和过零点检测电路(6)；无刷直流电机(1)与滤波延迟电路(5)连接；稳压电源电路(4)分别与反馈补偿电路(3)、滤波延迟电路(5)和过零点检测电路(6)连接；反馈补偿电路(3)分别与滤波延迟电路(5)和过零点检测电路(6)连接；滤波延迟电路(5)经过零点检测电路(6)与无刷直流电机控制器(2)连接；无刷直流电机控制器(2)与无刷直流电机(1)连接。
2、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，其特征在于所述的无刷直流电机(l)的三相电机线分别与滤波延迟电路(5) 的接口 Al、 A2、 A3连接。
3、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，其特征在于所述的反馈补偿电路(3)的集成芯片U2端口 13、 14、 l分别 与滤波延迟电路(5)的电阻R30、 R31、 R32连接；反馈补偿电路(3)的电阻R33 经RC回路电阻R25、电容C13与过零点检测电路(6)的二极管D2、 D4、 D6连 接。
4、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 系统，其特征在于所述的滤波延迟电路(5)的电阻R13、 R17、 R18分别与过零 点检测电路(6)的电阻R19、 R20、 R21连接。
5、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，其特征在于所述的过零点检测电路(6)的接口 A6、 A5、 A4与无刷直流 控制器(2)的霍尔接口连接。
6、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，其特征在于所述的反馈补偿电斷3)、稳压电源电路(4)、滤波延迟电路 (5)、过零点检测电路(6)构成实现无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立模 块，其与无刷直流电机控制器(2)是相分离的。
7、 根据权利要求1所述的一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立 装置，其特征在于基于反电动势过零检测原理，硬件时延90度，反馈补偿电 路(3)、过零点检测电路(6)采用集成芯片LM339。
专利摘要本实用新型公开了一种无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立装置。所述的实现无传感器无刷直流电机零启动的纯硬件分立系统由无刷直流电机、无刷直流电机控制器、反馈补偿电路、稳压电源电路、滤波延迟电路和过零点检测电路组成。本实用新型基于反电动势过零检测的原理，在保持原无刷直流电机控制器软硬件系统完整性的前提下，实现无刷直流电机无传感器控制，并将无传感控制模块化、分立化，自由切换无刷直流电机有/无传感控制模式。系统采用纯硬件电路设计，响应时间极短、运算负荷极低，没有采用DSP芯片处理，具有低成本、高可靠性、零启动、90°硬件时延、分立化设计的特点。
文档编号H02P6/18GK201051732SQ200720106180
公开日2008年4月23日 申请日期2007年2月2日 优先权日2007年2月2日
发明者潇 林, 潘双夏 申请人:浙江大学