专利名称：通过将瞬时与平均反电动势电压进行比较而进行的无传感器无刷直流电机控制的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及电子装置，且更特定来说涉及无刷DC(BLDC)电机的无传感器驱动。
背景技术：
BLDC(无刷DC)电机由于其效率及可靠性而正在取代DC电机及电感电机。不同于DC电机，BLDC电机需要基于转子位置的换向。已使用霍尔效应传感器来检测转子位置。 然而，安装霍尔效应传感器及处理来自那些传感器的信号需要额外成本。此外，霍尔效应传感器及其布线可减小电机驱动系统的可靠性。由于这些额外成本及可靠性担忧，已对开发不具有位置传感器的BLDC电机产生兴趣。不借助位置传感器来估计转子位置的常见方式是通过测量反电动势(BEMF)电压。电机的BEMF电压根据转子位置而变化。测量BEMF电压还需要使用梯形脉宽调制(PWM)驱动器来使电机运行。借助梯形驱动器，可在非切换期间于浮动相端子上测量BEMF电压。基于此测量，可检测BEMF电压的零交叉点。可使用零电压点来预测下一换向循环所需的时间。在非切换期间测量的端子电压并非电机相电压。应考虑到中性点电压以正确地检测BEFM电压的零交叉点。通常，在大多数应用中并不暴露电机的三相绕组的中性点。常规上，已使用三个电阻器来模拟中性点。除这些电阻器以外，还使用电阻器-电容器(RC)滤波器从所感测的BEMF电压滤除PWM噪声分量。此滤波可导致对高速电机性能具有负面影响的感测延迟。另外，额外滤波器组件可影响成本、可靠性且消耗有价值的印刷电路板(PCB)区域。一些常规方法提出通过在中性电压变为低时测量相电压而使用较简单硬件。然而，这些方法需要某一量的关断周期，此阻止电机以高速进行操作。其它常规方法提出测量相电流信息。然而，这些方法需要额外硬件及CPU资源且不适合于其中成本对于产品成功来说为关键因素的应用。
发明内容
无刷DC(BLDC)电机的无传感器驱动包含依据所述BLDC电机的反电动势(BEMF)电压检测交迭时间。将瞬时BEMF电压与平均BEMF电压进行比较以检测所述交迭时间，所述交迭时间可用以改变换向切换序列。由于所述平均BEMF电压针对所述换向切换序列的奇数及偶数步长而不同，因此针对奇数及偶数序列单独地计算平均BEMF电压并将所述平均BEMF电压与瞬时BEMF电压进行比较以检测所述奇数及偶数序列的交迭点。对所述奇数及偶数序列的换向的时间求平均以提供下一换向循环的平均时间。可通过减小因子来缩放所述平均时间以减小测量噪声的效应。在一些实施方案中，一种检测用于控制无刷DC电机的BEMF的方法包括测量BLDC电机的起动周期期间的BEMF电压；依据所述所测量的BEMF电压确定平均BEMF电压值；确定瞬时BEMF电压；及将所述平均BEMF电压与所述瞬时BEMF电压进行比较以检测所述BEMF电压的交迭时间。在一些实施方案中，一种系统包括接口电路，其经配置以耦合到BLDC电机；及微控制器，其耦合到所述接口电路。所述微控制器经编程以测量在所述BLDC电机的起动周期期间从所述接口电路接收的BEMF电压；依据所述所测量的BEMF电压计算平均BEMF电压值；计算瞬时BEMF电压；及将所述平均BEMF电压与所述瞬时BEMF电压进行比较以确定用于驱动所述BLDC的下一换向循环的时间。无传感器BLDC电机控制的特定实施方案提供以下优点中的一者或一者以上1)在高速度下的良好特性；2)使用最小量的CPU处理能力的简单实施方案；3)仅需要用于电压感测的3对电阻器；及4)不需要Vd。或伪中性电压感测。 在附图及下文描述中阐述一个或一个以上所揭示实施方案的细节。依据描述、图式及权利要求书，其它特征、方面及优点将变得显而易见。
图I图解说明非切换间隔的收敛过程。图2图解说明换向切换序列的偶数与奇数步长的平均BEMF电压差。图3图解说明在稳定状态下的平均BEMF电压及非切换间隔。图4图解说明均值及换向角度。图5是无传感器BLDC电机控制系统的硬件实施方案的简化示意图。图6是用于无传感器BLDC电机控制的示范性过程的流程图。
具体实施例方式无传感器BLDC电机控制的概述三相连接的BLDC电机通常由使用6步长换向的三相换流器驱动，如图5中所示。为了产生最大扭矩，可每60电度使所述换流器换向使得电流与BEMF同相。每一相位的传导间隔为120电度或2个步长。换向定时由转子位置确定，可通过检测浮动相上的BEMF何时与“零电位”或“零交叉”点交叉而每60电度确定转子位置。由于仅两个相位以任何步长传导电流，因此始终有一个相位可用于测量BEMF。由于BEMF与电机速度成比例，因此可在电机正以高于最小速度运行之后(例如在开环电机起动周期期间)测量BEMF。处理器在非切换间隔的η度(例如，60度)内对这些BEMF电压求平均。可在足以收敛的时间周期内重复此求平均。如果非切换间隔的中心为θ η，那么平均BEMF电压可由下式给出 Eave = -Fm^sin(i n) + \Vdc ⑴将从方程式[I]获得的平均BEMF电压与端子处的瞬时BEMF电压进行比较，瞬时BEMF电压由下式给出
「00231 ^ (^n+i) = ; Etn sin(0n+i) +-V dc
- 2 [2]
在一些实施方案中，方程式[I]与[2]的比较可由在微控制器中运行的固件完成。当Eave=E ( θ n+1)时，由处理器检测BEMF电压的交迭点。因而，
权利要求
1.一种检测用于控制无刷DC电机的反电动势BEMF的方法，所述方法包括 测量BLDC电机的起动周期期间的BEMF电压； 依据所述所测量的BEMF电压确定平均BEMF电压值； 确定瞬时BEMF电压；及 将所述平均BEMF电压值与所述瞬时BEMF电压进行比较以检测收敛到所述BEMF电压的零交叉的交迭时间。
2.根据权利要求I所述的方法，其进一步包括 基于所述比较的结果而检测交迭；及 响应于所述交迭检测，确定用于驱动所述BLDC电机的下一换向循环的时间。
3.根据权利要求2所述的方法，其中依据所述所测量的BEMF电压确定平均BEMF电压值进一步包括 基于换向切换序列的次序而计算平均值。
4.根据权利要求3所述的方法，其中基于所述换向切换序列的次序而计算平均值进一步包括 计算所述换向切换序列的奇数步长的第一平均值；及 计算所述换向切换序列的偶数步长的第二平均值。
5.根据权利要求4所述的方法，其中确定下一换向循环的时间进一步包括 检测所述换向切换序列的奇数步长的BEMF电压的第一交迭； 基于所述第一交迭检测而计算换向的第一时间； 检测所述换向切换序列的偶数步长的BEMF电压的第二交迭； 基于所述第二交迭检测而计算零交叉的第二时间； 通过对所述奇数及偶数交迭时间求平均来计算下一换向循环的平均时间；及 使用下一换向循环的所述平均时间来改变所述换向切换序列。
6.一种系统，其包括 接口电路，其经配置以耦合到无刷DC BLDC电机；及 处理器，其耦合到所述接口电路且经编程以测量在所述BLDC电机的起动周期期间从所述接口电路接收的反电动势BEMF电压；依据所述所测量的BEMF电压计算平均BEMF电压值；计算瞬时BEMF电压；及将所述平均BEMF电压值与所述瞬时BEMF电压进行比较以确定用于驱动所述BLDC的下一换向循环的时间。
7.根据权利要求6所述的系统，其中所述处理器进一步经编程以 基于所述比较的结果而检测交迭；及 响应于所述交迭检测，确定用于驱动所述BLDC电机的下一换向循环的时间。
8.根据权利要求7所述的系统，其中依据所述所测量的BEMF电压确定平均BEMF电压值进一步包括 基于换向切换序列的次序而计算所述平均BEMF电压。
9.根据权利要求8所述的系统，其中基于所述换向切换序列的次序而计算平均值进一步包括 计算所述换向切换序列的奇数步长的第一平均值；及 计算所述换向切换序列的偶数步长的第二平均值。
10.根据权利要求9所述的系统，其中确定下一换向循环的时间进一步包括检测所述换向切换序列的奇数步长的BEMF电压的第一交迭点；基于所述第一交迭点检测而计算换向的第一时间；检测所述换向切换序列的偶数步长的BEMF电压的第二交迭点；基于所述第二交迭点检测而计算换向的第二时间；通过对换向的所述奇数及偶数时间求平均来计算下一换向循环的平均时间；及使用下一换向循环的所述平均时间来改变所述换向切换序列。
全文摘要
本发明涉及通过将瞬时与平均反电动势电压进行比较而进行的无传感器无刷直流电机控制。无刷DC BLDC电机的无传感器驱动包含依据所述BLDC电机的反电动势BEMF电压检测零交叉时间。将瞬时BEMF电压与平均BEMF电压进行比较以检测交迭时间，所述交迭时间可用以改变换向切换序列。由于所述平均BEMF电压针对所述换向切换序列的奇数及偶数步长而不同，因此针对奇数及偶数序列单独地计算平均BEMF电压并将所述平均BEMF电压与瞬时BEMF电压进行比较以检测所述奇数及偶数序列的交迭点。对所述奇数及偶数序列的换向的时间求平均以提供下一换向循环的平均时间。可通过减小因子来缩放所述平均时间以减小测量噪声的效应。
文档编号H02P6/18GK102916636SQ20121027210
公开日2013年2月6日 申请日期2012年8月1日 优先权日2011年8月1日
发明者洪朴永, 奈尔沙·拉杰巴尔提 申请人:爱特梅尔公司