三相有传感器bldc电机驱动系统及其驱动方法
【专利摘要】本发明公开了一种三相有传感器BLDC电机驱动系统，其特征在于：主要由换向处理器（1），设置在三相BLDC电机转子磁钢附近的三个霍尔传感器（2），以及与三相BLDC电机的三相绕组相连接的三相驱动电路（3）组成，所述的三个霍尔传感器（2）所检测到的转子位置信号经换向处理器（1）处理后送至三相驱动电路（3）的控制端。本发明不仅能克服传统三相BLDC电机驱动系统中一个霍尔传感器出现故障时系统无法正常运行的缺陷，还能克服二个霍尔传感器出现故障时系统无法正常驱动的缺陷，因此使用范围非常广，便于推广和应用。
【专利说明】三相有传感器BLDC电机驱动系统及其驱动方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种电机驱动系统，具体是指一种三相有传感器BLDC电机驱动系统及其驱动方法。
【背景技术】
[0002]目前，利用霍尔传感器检测电机转子位置不仅可以使三相BLDC(直流无刷电机)的启动和运行具有很好的鲁棒性，并且还能使电机的调速范围较宽。但是，传统上三相BLDC必须使用3个霍尔传感器，一旦其中任何一个霍尔传感器出故障，则驱动系统将无法准确获取转子信号，也就无法工作。在实际应用中，霍尔传感器是个相当敏感和脆弱的器件，在应用中其对使用条件和环境都有相当严格的要求。因此，如何让三相电机在部分霍尔传感器损坏的情况下仍然能够工作，这是许多应用中非常关心的问题，但至今人们也未能很好的解决该问题。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于克服目前三相BLDC电机驱动系统所存在的当其中任意一个霍尔传感器出现故障时，其整个驱动系统将无法正常工作的缺陷，提供一种不仅结果简单，而且还能彻底克服当任意一个霍尔传感器出现故障时，其整个驱动系统便无法正常工作缺陷的三相有传感器BLDC电机驱动系统。
[0004]本发明的另一目的是提供一种上述三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法。
[0005]本发明的目的通过下述技术方案实现:三相有传感器BLDC电机驱动系统，主要由换向处理器，设置在三相BLDC电机转子磁钢附近的三个霍尔传感器，以及与三相BLDC电机的三相绕组相连接的三相驱动电路组成，所述的三个霍尔传感器所检测到的转子位置信号经换向处理器处理后送至三相驱动电路的控制端。
[0006]所述三相驱动电路由三组结构相同的场效应管组组成，而每组场效应管组均由两个相互串接的场效应管构成，且每组场效应管组中的两个场效应管之间的连接点则与三相BLDC电机的三相绕组中的一组绕组相连接。
[0007]鉴于霍尔传感器的损坏个数，本发明的具体驱动方法涉及以下四种方式，当只有一个霍尔传感器损坏时，其方案如下:
[0008]方案一:三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，主要包括以下步骤:
[0009](I)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽；否，则按照正常有霍尔传感器的驱动方式进行驱动；
[0010](2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0011](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0012](4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔Λ t ；
[0013](5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号；否，则首先用At秒时间值去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后在根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在秒后产生新的电流切换信号；
[0014](6)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0015]方案二:三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，主要包括以下步骤:
[0016](I)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽，并把霍尔传感器的安装误差设置为零；否，则按照正常驱动方式进行驱动；
[0017](2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到两个霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0018](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0019](4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At，并按照霍尔传感器的安装误差对该状态变化信号在时域上进行补偿；
[0020](5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，并执行步骤(7);否，则执行步骤(6)；
[0021](6)判定时间间隔Λ t是否小于速度判断阈值，是，则先检测新的状态变化信号和反电势的过零点信号，并以无感驱动的模式对电流进行切换，然后再利用状态变化信号和反电势的过零点信号来计算霍尔传感器的安装误差，并记录这一误差；否，则用At秒时间值去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后再根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在At秒后产生新的电流切换信号；
[0022](7)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0023]当有两个霍尔传感器损坏时，本发明的实现方法有如下方案:
[0024]方案一:三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，主要包括以下步骤:
[0025](I)驱动系统对有问题的霍尔传感器进行指定，并对其进行屏蔽；
[0026](2)按照TH-2启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0027](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0028](4)根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号;
[0029](5)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔Λ t，并用Λ t/3s秒时间值去更新存储器中的60°的时域值；
[0030](6)根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在60°后依次产生新的第一个电流切换信号和第二个电流切换信号；
[0031](7)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0032]方案二:三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，主要包括以下步骤:
[0033](I)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽，并把霍尔传感器的安装误差设置为零；否，则按照正常驱动方式进行驱动.设定霍尔传感器的位置信号误差为零；
[0034](2)按照TH-2启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到两个霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0035](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0036](4)对状态变化信号的误差在时域中进行补偿，并根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号；
[0037](5)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔Λ t，并判定该时间间隔Λ t是否小于速度判断阈值；是，则先检测新的状态变化信号和反电势的过零点信号，并以无感驱动的模式对电流进行切换，然后再利用状态变化信号和反电势的过零点信号来计算霍尔传感器的安装误差，并记录这一误差；否，则用At/3秒时间去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在60°后依次产生新的第一个电流切换信号和第二个电流切换信号；
[0038](6)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0039]本发明较现有技术相比具有以下优点及有益效果:
[0040](I)本发明的硬件结构相对较为简单，其制作和应用非常方便。
[0041](2)本发明的实现方法不仅非常安全可靠，而且还能彻底克服传统三相BLDC电机驱动系统所存在的当其中任意一个霍尔传感器出现故障时系统无法正常使用的缺陷。
[0042](3)本发明不仅能克服传统三相BLDC电机驱动系统中一个霍尔传感器出现故障时系统无法正常运行的缺陷，还能克服二个霍尔传感器出现故障时系统无法正常驱动的缺陷，因此使用范围非常广，便于推广和应用。
【专利附图】
【附图说明】
[0043]图1为本发明在三相BLDC电机驱动系统中的整体结构示意图。
[0044]图2为本发明的霍尔传感器与三相BLDC电机的反电势之间的关系曲线图。
[0045]图3为本发明最佳驱动时三相BLDC电机的相电流和反电势之间的关系曲线图。
[0046]图4为本发明中一个霍尔传感器损坏时的流程图。
[0047]图5为本发明中一个霍尔传感器损坏时的另一种流程图。
[0048]图6为本发明中两个霍尔传感器损坏时的流程图。
[0049]图7为本发明中两个霍尔传感器损坏时的另一种流程图。
[0050]以上附图中的附图标记名称分别为:
[0051]1-换向处理器，2-霍尔传感器，3-三相驱动电路。
【具体实施方式】
[0052]下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
[0053]实施例1
[0054]图1?3所示，本发明的系统由换向处理器1，三个结构相同的霍尔传感器2，以及三相驱动电路3组成。其中，三个霍尔传感器2均设置在三相BLDC电机的转子磁钢处附近；三相驱动电路3则由三组结构相同的场效应管组组成，而每组场效应管组均由两个相互串接的场效应管构成，且每组场效应管组中的两个场效应管之间的连接点则与三相BLDC电机的三相绕组中的一相绕组相连接，即这三组场效应管组中的三个连接点分别对应一相绕组。使用时，三个霍尔传感器2所检测到的转子位置信号经换向处理器I处理后送至三相驱动电路3的控制端。
[0055]运用时，如果霍尔传感器2的安装位置正确，其产生的位置信号和电机绕组的反电势信号之间的关系应当是一致的，如图2所示。其中，切换角α可以是0°或者30°电角度。检测出电机的转子位置后，驱动器对电机的绕组输出电流，而电流与反电势的关系如图3来简单表不。在电机运行中，一旦有一个霍尔传感器2输出信号发生变化,换向信号(也就是有一个霍尔传感器2能够根据转子的位置变化产生变化信号)，换向处理器I将根据预先设定好的逻辑关系把开关控制信号送到相应的功率半导体器件的控制端，例如MOSFET管的控制端，而电机绕组的电流因此就根据转子的位置发生变化。这种电流切换模式使得电机能够按照要求产生连续的转矩，而且电机的效率比较高。
[0056]因此，本发明的驱动系统中，霍尔传感器2的角色非常重要，如果3个霍尔传感器2中的一些不能够正常工作，电流的切换逻辑就被破坏，电机也就没有办法正常运行，甚至无法工作。
[0057]实施例2
[0058]如图4所示，本实施例为在基于实施例1基础上，在任意一个霍尔传感器出现故障时的驱动实现方法，其具体步骤如下:
[0059](I)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽；否，则按照正常有霍尔传感器的驱动方式进行驱动；
[0060](2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0061](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0062](4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At ；
[0063](5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号；否，则首先用At秒时间值去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后在根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在秒后产生新的电流切换信号；
[0064](6)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0065]基于相同的原理，本实施例还给出了另外一种当其中一个霍尔传感器出现故障时的驱动方法，其流程如图5所示，具体过程如下:
[0066](I)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽，并把霍尔传感器的安装误差设置为零，否，则按照正常驱动方式进行驱动。设定霍尔信号的误差为零；
[0067](2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到两个霍尔传感器产生新的状态变化信号；
[0068](3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤(4)；
[0069](4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At，并按照霍尔传感器的安装误差对该状态变化信号在时域上进行补偿；
[0070](5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，并执行步骤(7);否，则执行步骤(6)；
[0071](6)判定时间间隔Λ t是否小于速度判断阈值，是，则先检测新的状态变化信号和反电势的过零点信号，并以无感驱动的模式对电流进行切换，然后再利用状态变化信号和反电势的过零点信号来计算霍尔传感器的安装误差，并记录这一误差；否，则用At秒时间值去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后再根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在At秒后产生新的电流切换信号；
[0072](7)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
[0073]本实施例中所述“TH-1启动方法”是本领域技术人员为解决在一个霍尔传感器出现故障的时候提出的一种解决电机启动的办法。其基本原理是，根据两个霍尔传感器的信号与三相绕组反电势之间的逻辑关系来控制输入电机绕组的电流，使电机所产生的平均转矩大于零，并且电流产生最大转矩的概率为最高。
[0074]综上所述，当三相BLDC电机的一个霍尔损坏的时候，本发明使用TH-1的方法启动电机。如图所不，这里用Ha、Hb和H。来表不对应于A相、B相和C相绕组的霍尔传感器。为了叙述方便，这里假设三个霍尔传感器中的Hb是受损的，当霍尔传感器的状态变化信号与相应绕组的反电势过零信号的角度差为0°和30°电角度的时候，TH-1可以分别叙述如下:
[0075]角度差为O°:
[0076]这种状况下驱动电流分配与霍尔传感器的信号之间的关系如下表所示
[0077]
【权利要求】
1.三相有传感器BLDC电机驱动系统，其特征在于:主要由换向处理器(I)，设置在三相BLDC电机转子磁钢附近的三个霍尔传感器(2)，以及与三相BLDC电机的三相绕组相连接的三相驱动电路⑶组成，所述的三个霍尔传感器⑵所检测到的转子位置信号经换向处理器⑴处理后送至三相驱动电路⑶的控制端。
2.根据权利要求1所述的三相有传感器BLDC电机驱动系统，其特征在于:所述三相驱动电路⑶由三组结构相同的场效应管组组成，而每组场效应管组均由两个相互串接的场效应管构成，且每组场效应管组中的两个场效应管之间的连接点则与三相BLDC电机的三相绕组中的一组绕组相连接。
3.三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽；否，则按照正常有霍尔传感器的驱动方式进行驱动； (2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到霍尔传感器产生新的状态变化信号； (3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤⑷； (4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At; (5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号；否，则首先用At秒时间值去更 新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后在根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在秒后产生新的电流切换信号； (6)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
4.三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽，并设定霍尔传感器的位置信号误差设置为零；否，则按照正常驱动方式进行驱动； (2)按照TH-1启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到两个霍尔传感器产生新的状态变化信号； (3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤⑷； (4)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At，并按照霍尔传感器的安装误差对该状态变化信号在时域上进行补偿； (5)判定损坏的霍尔传感器在逻辑上是否应当在刚过去的At内产生状态变化信号，是，则根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，并执行步骤(7);否，则执行步骤(6)； (6)判定时间间隔At是否小于速度判断阈值，是，则先检测新的状态变化信号和反电势的过零点信号，并以无感驱动的模式对电流进行切换，然后再利用状态变化信号和反电势的过零点信号来计算霍尔传感器的安装误差，并记录这一误差；否，则用At秒时间值去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号，然后再根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在At秒后产生新的电流切换信号； (7)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
5.三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)驱动系统对有问题的霍尔传感器进行指定，并对其进行屏蔽； (2)按照TH-2启动方法产生 电机转子电流，保持该电流直到霍尔传感器产生新的状态变化信号； (3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤⑷； (4)根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号； (5)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At，并用At/3秒时间值去更新存储器中的60°的时域值； (6)根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在60°后依次产生新的第一个电流切换信号和第二个电流切换信号； (7)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(5);否，则停机。
6.三相有传感器BLDC电机驱动系统的驱动方法，其特征在于，主要包括以下步骤: (1)驱动系统检测是否有损坏的霍尔传感器，有，则对有问题的霍尔传感器进行屏蔽，并把霍尔传感器的安装误差设置为零；否，则按照正常驱动方式进行驱动； (2)按照TH-2启动方法产生电机转子电流，保持该电流直到两个霍尔传感器产生新的状态变化信号； (3)判定该新的状态变化信号是否是第一个状态变化信号；是，则返回步骤(2);否，则执行步骤⑷； (4)对状态变化信号的误差在时域中进行补偿，并根据当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑产生新的电流切换信号； (5)计算前面两个新的状态变化信号的时间间隔At，并判定该时间间隔At是否小于速度判断阈值；是，则先检测新的状态变化信号和反电势的过零点信号，并以无感驱动的模式对电流进行切换，然后再利用状态变化信号和反电势的过零点信号来计算霍尔传感器的安装误差，并记录这一误差；否，则用At/3秒时间去更新存储器中的60°的时域值，并利用当前的电流分配状态和正常状况下的信号处理逻辑在60°后依次产生新的第一个电流切换信号和第二个电流切换信号； (6)驱动系统根据输入的运行控制信号判定驱动系统是否需要继续运行，是，则保持现有的电流状态，检测下一个新的状态变化信号，并返回步骤(4);否，则停机。
【文档编号】H02P6/16GK104079216SQ201310101189
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2013年3月26日 优先权日:2013年3月26日
【发明者】毕磊 申请人:峰岹科技（深圳）有限公司