无刷直流电机的速度检测电路及其方法与流程

本发明属于电机转速检测技术领域，具体涉及无刷直流电机的速度检测电路及其方法。

背景技术：

随着生活水平的提高，民众对各种家电产品品质的要求更加严格，由于传统的有刷电机的运行噪声大，有火花，且因为电刷的限制，导致有刷电机的寿命较短；而无刷电机的运行噪声小，无火花，且使用寿命长，因此，无刷直流电机不仅在航空航天、电力推进系统、工业自动化设备等方面逐渐取代有刷直流电机，也在新一代的空调、洗衣机、电冰箱等家用电器中逐渐兴起。

要使BLDC(无刷直流)电机转动，必须按一定的顺序给定子绕组通电。只有确定了转子的位置，才能够清楚特定的通电顺序下，哪个绕组将被通电；通常转子位置是由定子中嵌入的霍尔效应传感器检测的，但霍尔传感器的引入将会增大电机体积、增大系统成本以及降低系统的适用范围。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种无霍尔的无刷直流电机的速度检测电路及其方法，能够解决增大电机体积、易受干扰、成本太高的技术问题。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路，其电路包括模式控制模块、驱动管组、电压检测模块；

所述电压检测模块，用于与电机任意对应的两相连接，并且在使能时检测该两相的输入电压，同时送出两路信号到模式控制模块。

所述模式控制模块，用于向驱动管组输出控制驱动管导通或断开的电压U_H、V_H、W_H、U_L、V_L、W_L，并且在所述电压检测模块使能时，控制驱动管组中与电压检测模块未检测一相连接的到地的驱动管导通；还用于根据所述两路信号确定电机的转速、相位及正反转；

所述驱动管组，用于接电源电压V_DD和所述模式控制模块的输出电压U_H、V_H、W_H、U_L、V_L、W_L，并且向电机的三相输出电压；在所述电压检测模块使能时，根据模式控制模块的控制导通与电压检测模块未检测一相连接的到地的驱动管。

上述方案中，所述电压检测模块包括两路单相电压检测子模块、零电压参考子模块，迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁，所述两路单相电压检测子模块一端分别接电机任意对应的两相和电源电压V_DD，另一端分别接迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的正相输入端，所述零电压参考子模块一端接地，另一端接迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的负相输入端；所述迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的输出端分别接V_OUT1、V_OUT2。

上述方案中，进一步所述单相电压检测子模块包括二极管D、第一电阻R、第二电阻R，所述二极管D的负相端接电机的一相，正相端接第一电阻R的一端，所述第一电阻R的另一端接迟滞比较器C₀或迟滞比较器C₁的正相输入端，所述第一电阻R的另一端和迟滞比较器C₀或迟滞比较器C₁的正相输入端之间接第二电阻R的一端，所述第二电阻R的另一端接电源电压V_DD。

上述方案中，进一步所述零电压参考子模块包括二极管D₂、电阻R₂、电阻R₅，所述二极管D₂的负相端接地，正相端接电阻R₂的一端，所述电阻R₂的另一端分三路分别接电阻R₅的一端、迟滞比较器C₀及C₁的负相端，所述电阻R₅的另一端接电源电压V_DD；所述电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂阻值相同，所述电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅阻值相同，所述二极管D₀、二极管D₁、二极管D₂相同。

上述方案中，所述驱动管组包括MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W、NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W，所述MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W的源极分别接电源电压V_DD，栅极分别接模式控制模块的输出电压U_H、V_H、W_H，漏极分别接电机的U相、V相、W相；所述NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W的源极均接地，栅极分别接模式控制模块的输出电压U_L、V_L、W_L，漏极分别接电机的U相、V相、W相。

上述方案中，所述MOS驱动管驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W采用NMOS管或者NMOS管。

上述方案中，所述驱动管组进一步还包括寄生二极管D_PARU、寄生二极管D_PARV所述寄生二极管D_PARU、寄生二极管D_PARV分别接与电机已检测两相连接的NMOS驱动管的源极和漏极。

本发明实施例还提供一种无刷直流电机的速度检测方法，该方法为：模式控制模块对电压检测模块检测电机任意对应的两相输出的两路信号进行译码，获得译码值，之后，根据所述译码值确定电机的转速、相位及正反转。

上述方案中，所述电压检测模块检测电机任意对应的两相输出的两路信号，具体为：分别根据电源电压V_DD和该相的输入电压U、V确定两相的检测电压V₂、V₁，之后，再分别根据检测电压V₂、V₁与电压V₀的高低确定输出的两路信号V_OUT1、V_OUT2为高电平或者低电平。

上述方案中，所述根据所述译码值确定电机的转速、相位及正反转，具体为：根据所述译码值确定循环状态；根据所述循环状态和固定时间内的电周期数确定电机的转速；根据所述循环状态和预先设置的正转方式确定正反转；根据上一时刻的译码值、正反转、上一次译码至当前时刻所经过的时间和当前时刻的转速确定当前时刻的相位。

与现有技术相比，使用时，所述电压检测模块对电机任意对应的两相进行电压检测，同时送出两路信号到模式控制模块，模式控制模块控制导通驱动管组中与电机中未检测一相连接的驱动管并且根据所述两路信号准确确定电机的转速、相位及正反转；这样，无需霍尔传感器也能够准确确定电机的转速、相位及正反转，并且适用于高压电机和低压电机。

附图说明

图1是本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路的总体框图；

图2是本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路中电压检测模块；

图3是本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路中电压检测模块的关键节点波形示意图；

图4是本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路中模式控制模块的正反转示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路，如图1所示，其电路包括模式控制模块1、驱动管组3、电压检测模块2；

所述电压检测模块2，用于与电机任意对应的两相连接，并且在使能时检测该两相的输入电压，同时送出两路信号到模式控制模块1。

所述模式控制模块1，用于向驱动管组3输出控制驱动管导通或断开的电压U_H、V_H、W_H、U_L、V_L、W_L，并且在所述电压检测模块2使能时，控制导通驱动管组3中与电压检测模块未检测一相连接的到地的驱动管；还用于根据所述电压检测模块送出的两路信号确定电机的转速、相位及正反转；

所述驱动管组3，用于接电源电压V_DD和所述模式控制模块1的输出电压U_H、V_H、W_H、U_L、V_L、W_L，并且向电机的三相输出电压；在所述电压检测模块2使能时，根据模式控制模块1的控制导通与电压检测模块未检测一相连接的到地的驱动管。

所述电压检测模块2包括两路单相电压检测子模块、零电压参考子模块，迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁，所述两路单相电压检测子模块一端分别接电机任意对应的两相和电源电压V_DD，另一端分别接迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的正相输入端，所述零电压参考子模块一端接地，另一端接迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的负相输入端；所述迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁的输出端分别接V_OUT1、V_OUT2。

所述电压检测模块2利用检测电机的两相输入电压，同时送出两路信号到模式控制模块1中用作速度检测等操作，因此任意送入电机的两相均可，只是对应的，模式控制模块1需要导通与电压检测模块未检测一相连接的到地的驱动管(其他五个管仍然关闭)。

进一步所述单相电压检测子模块包括二极管D、第一电阻R、第二电阻R，所述二极管D的负相端接电机的一相，正相端接第一电阻R的一端，所述第一电阻R的另一端接迟滞比较器C₀或迟滞比较器C₁的正相输入端，所述第一电阻R的另一端和迟滞比较器C₀或迟滞比较器C₁的正相输入端之间接第二电阻R的一端，所述第二电阻R的另一端接电源电压V_DD。

进一步所述零电压参考子模块包括二极管D₂、电阻R₂、电阻R₅，所述二极管D₂的负相端接地，正相端接电阻R₂的一端，所述电阻R₂的另一端分三路分别接电阻R₅的一端、迟滞比较器C₀及C₁的负相端，所述电阻R₅的另一端均接电源电压V_DD。

具体地，如图2所示，所述电机中任意对应的两相分别接二极管D₀的负相端和二极管D₁的负相端，所述二极管D₀的正相端接电阻R₀的一端，所述电阻R₀的另一端接迟滞比较器C₀的正相输入端，所述电阻R₀的另一端和迟滞比较器C₀的正相输入端之间接电阻R₃的一端，所述二极管D₁的正相端接电阻R₁的一端，所述电阻R₁的另一端接迟滞比较器C₁的正相输入端，所述电阻R₁的另一端和迟滞比较器C₁的正相输入端之间接电阻R₄的一端，所述二极管D₂的负相端接地，正相端接电阻R₂的一端，所述电阻R₂的另一端分三路分别接电阻R₅的一端、迟滞比较器C₀及C₁的负相端；所述电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅的另一端均接电源电压V_DD；所述迟滞比较器C₀及C_1的输出端分别接V_OUT1、V_OUT2。

所述电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂的阻值相同，所述电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅的阻值相同，并且所述电阻R₀的阻值小于电阻R₃的阻值。

所述驱动管组3包括MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W、NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W，所述MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W的源极均接电源电压V_DD，栅极分别接模式控制模块1的输出电压U_H、V_H、W_H，漏极分别接电机的U相、V相、W相；所述NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W的的源极均接地，栅极分别接模式控制模块1的输出电压U_L、V_L、W_L，漏极分别接电机的U相、V相、W相。

所述MOS驱动管驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W采用NMOS管或者NMOS管。

所述驱动管组3进一步还包括两个寄生二极管D_PARU、D_PARV，所述两个寄生二极管D_PARU、D_PARV分别接与电机已检测两相连接的NMOS驱动管的源极和漏极。

由于电机任意对应的两相某些时刻比零电压低，假定某一时刻U相电压低于零电压，且当U<-0.7V时，会形成电流通路，电流由地经过寄生二极管D_PARU流到电机的U相中，然后从电机的W相流出，经过N_W驱动管(此时N_W管的栅极电压W_L为高电平)流到地，形成了电流通路，产生了反向电动势，从而有一定的刹车效果。即速度检测时，会有刹车的效果。

例如，对电机的U、V两相进行检测时，这样，其中一个寄生二极管D_PARU的正相端、负相端分别接NMOS驱动管N_U的源极和漏极，另一个寄生二极管D_PARV的正相端、负相端分别接NMOS驱动管N_V的源极和漏极。

实施例

本发明实施例提供一种无刷直流电机的速度检测电路，如图1、2所示，其电路包括模式控制模块1、驱动管组3、电压检测模块2；所述电压检测模块2对电机的U、V两相进行检测。

所述电压检测模块2包括二极管D₀、二极管D₁、二极管D₂、电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂、电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅、迟滞比较器C₀、迟滞比较器C₁；电机的U、V相分别接二极管D₀的负相端和二极管D₁的负相端，所述二极管D₀的正相端接电阻R₀的一端，所述电阻R₀的另一端接迟滞比较器C₀的正相输入端，所述电阻R₀的另一端和迟滞比较器C₀的正相输入端之间接电阻R₃的一端，所述二极管D₁的正相端接电阻R₁的一端，所述电阻R₁的另一端接迟滞比较器C₁的正相输入端，所述电阻R₁的另一端和迟滞比较器C₁的正相输入端之间接电阻R₄的一端，所述二极管D₂的负相端接地，正相端接电阻R₂的一端，所述电阻R₂的另一端分三路分别接电阻R₅的一端、迟滞比较器C₀及C₁的负相端；所述电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅的另一端均接电源电压V_DD；所述迟滞比较器C₀及C₁的输出端分别接V_OUT1、V_OUT2。

所述二极管D₀、D₁、D₂相同，所述电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂的阻值相同，所述电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅的阻值相同，并且所述电阻R₀的阻值小于电阻R₃的阻值。

所述电压检测模块的检测过程为，先计算迟滞比较器C₀的正相输入端V₂的表达式。

当U相输入电压U<V_DD-0.7时，则(此时假设二极管D₀正向导通的电压为0.7V)

假定R₀阻值远远小于R₃，则上式可化简为

V₂≈0.7+U

当U相输入电压U>V_DD-0.7时，此时V₂＝V_DD；

假定电阻R₀、R₁、R₂的阻值完全相同，电阻R₃、R₄、R₅的阻值完全相同，且R₃的电阻值要远远大于R₀的电阻值；

因此V相电压V₁的表达式与U相电压V₂的表达式完全类似，即

当V相输入电压V<V_DD-0.7时：

V₁≈0.7+V

当V相输入电压V>V_DD-0.7时，此时V₁＝V_DD；

同理，V₀的表达式为

V₀≈0.7

由于二极管D₀、D₁、D₂相同，电阻R₀、电阻R₁、电阻R₂的阻值相同，电阻R₃、电阻R₄、电阻R₅的阻值相同，因此V₂、V₁与V₀的比较即变成了U、V两相电压与零电压的比较，由于电压检测模块结构完全类似，因此精度很高。

由于迟滞比较器C₀、C₁的负相端均接到电压V₀，则，当V₂比V₀高时，迟滞比较器C₀输出V_OUT1的电压也为高，当V₂比V₀低时，迟滞比较器C_0的输出V_OUT1的电压也为低。

由V₂、V₀的表达式可知，V₂与V₀的高低，即电机U相输入电压与零电压比较的高低，而V₂与V₀的高低又可以通过迟滞比较器C₀的输出V_OUT1的高低电平判断，因此V_OUT1的高低代表的是U相输入电压与零电压比较的高低；V相同理。

所述驱动管组3包括MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W、NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W，所述MOS驱动管P_U、MOS驱动管P_V、MOS驱动管P_W的源极均接电源电压V_DD，栅极分别接模式控制模块1的输出电压U_H、V_H、W_H，漏极分别接电机的U相、V相、W相；所述NMOS驱动管N_U、NMOS驱动管N_V、NMOS驱动管N_W的的源极均接地，栅极分别接模式控制模块1的输出电压U_L、V_L、W_L，漏极分别接电机的U相、V相、W相。

所述驱动管组3进一步还包括寄生二极管D_PARU、寄生二极管D_PARV，其中一个寄生二极管D_PARU的正相端、负相端分别接NMOS驱动管N_U的源极和漏极，另一个寄生二极管D_PARV的正相端、负相端分别接NMOS驱动管N_V的源极和漏极。

本发明实施例还提供一种无刷直流电机的速度检测方法，其特征在于，该方法为：模式控制模块1对电压检测模块2检测电机任意对应的两相输出的两路信号进行译码，获得译码值，之后，根据所述译码值确定电机的转速、相位及正反转。

所述电压检测模块2检测电机任意对应的两相输出的两路信号，具体为：分别根据电源电压V_DD和该相的输入电压U、V确定两相的检测电压V₂、V₁，之后，再分别根据检测电压V₂、V₁与电压V₀的高低确定输出的两路信号V_OUT1、V_OUT2为高电平或者低电平。

所述根据所述译码值确定电机的转速、相位及正反转，具体为：根据所述译码值确定循环状态；根据所述循环状态和固定时间内的电周期数确定电机的转速；根据所述循环状态和预先设置的正转方式确定正反转；根据上一时刻的译码值、正反转、上一次译码至当前时刻所经过的时间和当前时刻的转速确定当前时刻的相位。

如图3所示，电压检测模块中某些关键节点的波形，其中实线的正弦波表示U相电压、虚线的正弦波表示V相电压、实线的直线表示零电压，迟滞比较器C₀的输出波形V_OUT1，迟滞比较器C₁的输出波形V_OUT2在图3中也有体现。

所述模式控制模块1对两个信号进行译码，即V_OUT1/V_OUT2仅能够译出四种状态，即00、01、10、11；若V_OUT1，V_OUT2的信号如图3所示，则译码的结果为00—10—11—01—00(从00状态开始，下一次到00状态称为一个电周期)，如此循环往复。如图4所示，此时的循环状态为ABCDA，即实线箭头所示的方向。

所述模式控制模块1通过计算固定时间内的电周期数确定电机的转速。

所述模式控制模块1预先设置正转方式，如定义ABCDA为正转，则ADCBA即为反转。如图4所示，ABCDA为实线箭头的方向，ADCBA为虚线箭头的方向，若假定一个方向为正转，则另一个方向即为反转。

如图4所示，正反转有差异的地方为初始状态跳转到下一个状态的区别，因此，迟滞比较器C₀、C₁均引入了迟滞，即在电机速度很慢时，避免误判断。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。