电机反电动势采样系统及其方法与流程

本发明涉及焊接电源领域，尤其涉及焊接电源的送丝调速系统部分，具体是指一种电机反电动势采样系统及其方法。

背景技术：

请参阅图1，现有技术中对送丝调速系统的电机反电动势进行采样的方法包括以下两个，分别为：

方法1：在送丝电机功率输出前一时刻进行反电动势采样，采样脉宽固定，采样时间相对于周期很短。在送丝电机实际工作中，其反电动势存在一定的波动，反电动势采样时间较短，会影响反电动势的采样准确性。

方法2：通过送丝电机功率输出停止时刻的电流及回路电感等计算出恢复时间t1，延时固定时间t2后，在t3时间对反电动势进行采样，之后延时固定时间t4后，向送丝电机输出功率。在实际使用中送丝电机与其控制回路之间的控制线长度不同，控制线卷曲状态不同，同时不同送丝电机的电感量也存在离散性，则送丝电机回路阻抗、回路电感会相应变化。方法2不可避免地会受到这些因素的影响，进而影响反电动势采样准确性。

技术实现要素：

本发明的目的是克服上述现有技术的缺点，提供了一种能尽可能达到最大反电动势采样时间、不受送丝电机回路阻抗、回路电感影响的电机反电动势采样系统及其方法。

为了实现上述的目的，本发明的电机反电动势采样系统及其方法具体如下：

该电机反电动势采样系统包括电机，其主要特点是，还包括电机反电动势采样单元以及与所述的电机反电动势采样单元相连接的电机反电动势采样控制单元，该电机反电动势采样控制单元获取电机的工作状态数据，并根据其获取的工作状态数据对所述的电机反电动势采样单元进行采集状态控制，使所述的电机反电动势采样单元在电机产生反电动势的时间内对电机的反电动势进行采样。

较佳地，所述的电机反电动势采样控制单元包括三个输入端，并通过该三个输入端获取电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，所述的三个输入端分别连接电机电流采样及变换单元的输出端、电机电压采样及变换单元的输出端以及驱动单元的输出端，所述的电机反电动势采样单元也与所述的电机电压采样及变换单元的输出端相连接，所述的电机的工作状态数据包括电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，电机反电动势采样控制单元通过三个输入端实时获取电机的工作状态数据，对电机反电动势采样单元的采样状态进行控制。

更佳地，所述的电机电压采样及变换单元的输入端连接电机，所述的电机电流采样及变换单元的输入端通过采样电阻连接至电机。

更佳地，所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电流采样及变换单元获取由电机电流采样及变换单元进行采样变换后的电机电流采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电压采样及变换单元获取由该电机电压采样及变换单元采样变换后获取的电机电压采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过所述的驱动单元获取该驱动单元输出的pwm驱动状态。

较佳地，所述的电机反电动势采样系统为送丝调速系统的电机反电动势采样系统，且所述的电机为送丝电机

基于上述电机反电动势采样系统实现电机反电动势采样的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)获取电机的工作状态数据；

(2)根据pwm的驱动状态以及电机电压采样电位和电机电流采样电位的关系判断电机两端电压状态，从而根据电机两端电压状态进行电机的反电动势采样。

较佳地，所述的步骤(1)为：

电机的工作状态数据包括电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，且所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电流采样及变换单元获取由电机电流采样及变换单元进行采样变换后的电机电流采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电压采样及变换单元获取由该电机电压采样及变换单元采样变换后获取的电机电压采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过所述的驱动单元获取该驱动单元输出的pwm驱动状态。

更佳地，所述的电机两端电压状态包括驱动单元输出的pwm驱动状态为on时的电源电压持续时间对应的电压状态、驱动单元输出的pwm驱动状态为off时的电机回路感性负载恢复时所对应的电压状态以及电机产生反电动势时所对应的电压状态。

更佳地，所述的步骤(2)包括：

(2.a)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元输出pwm驱动状态为off时，对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，确定电机产生反电动势的时刻，并在电机产生反电动势时向所述的电机反电动势采样单元输出高电平，控制所述的电机反电动势采样单元开始采样；

(2.b)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元的输出pwm驱动状态为由off变为on的时刻封锁，电机反电动势采样控制单元输出控制电平由高电平变为低电平，所述的电机反电动势采样单元停止采样；

(2.c)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元输出的pwm驱动状态为on时的电源电压持续时以及pwm状态为off时的电机回路感性负载恢复时被封锁，所述的电机反电动势采样控制单元向所述的电机反电动势采样单元输出低电平，所述的电机反电动势采样单元停止采样。

更佳地，所述的(2.a)中对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，确定电机反电动势产生时刻为：

所述的电机反电动势采集控制单元对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，当电机电流采样电位低于电机两端电压采样电位时，所述的电机产生反电动势。

采用该电机反电动势采样系统及其方法，可最大限度地采样反电动势，不受送丝电机控制线长度及回路阻抗、回路电感的影响，提高了送丝电机反电动势的采样准确度，降低送丝电机反电动势采样的控制复杂性，且直接利用硬件电路实现，采样方法简单有效，简化了电路，降低了成本；同时最大程度保证了反电动势采样精度，进而可提高送丝电机控制精度。

附图说明

图1为现有电机反电动势采样方法原理时序图。

图2为本发明电机反电动势采样原理框图。

图3为本发明电机反电动势采样时序图。

图4为本发明电机反电动势采样的电路原理框图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本实用技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图2，该电机反电动势采样系统包括电机和电机反电动势采样单元以及与所述的电机反电动势采样单元相连接的电机反电动势采样控制单元，该电机反电动势采样控制单元获取电机的工作状态数据，并根据其获取的工作状态数据对所述的电机反电动势采样单元进行采集状态控制，使所述的电机反电动势采样单元在电机产生反电动势的时间内对电机的反电动势进行采样。

在一种较佳的实施方式中，所述的电机反电动势采样控制单元包括三个输入端，并通过该三个输入端获取电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，所述的三个输入端分别连接电机电流采样及变换单元的输出端、电机电压采样及变换单元的输出端以及驱动单元的输出端，所述的电机反电动势采样单元也与所述的电机电压采样及变换单元的输出端相连接，所述的电机的工作状态数据包括电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，电机反电动势采样控制单元通过三个输入端实时获取电机的工作状态数据，对电机反电动势采样单元的采样状态进行控制。

在一种具体实施例中，所述的三个输入端能够实时获取电机的工作状态。在一种更佳的实施方式中，所述的电机电压采样及变换单元的输入端连接电机，所述的电机电流采样及变换单元的输入端通过采样电阻连接至电机。

在一种更佳的实施方式中，所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电流采样及变换单元获取由电机电流采样及变换单元进行采样变换后的电机电流采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电压采样及变换单元获取由该电机电压采样及变换单元采样变换后获取的电机电压采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过所述的驱动单元获取该驱动单元输出的pwm驱动状态。

在一种较佳的实施方式中，所述的电机反电动势采样系统为送丝调速系统的电机反电动势采样系统，且所述的电机为送丝电机

基于上述电机反电动势采样系统实现电机反电动势采样的方法，其主要特点是，所述的方法包括以下步骤：

(1)获取电机的工作状态数据；

(2)根据pwm的驱动状态以及电机电压采样电位和电机电流采样电位的关系判断电机两端电压状态，从而根据电机两端电压状态进行电机的反电动势采样。

在一种较佳的实施方式中，所述的步骤(1)为：

电机的工作状态数据包括电机的pwm驱动状态、电机电压采样电位和电机电流采样电位，且所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电流采样及变换单元获取由电机电流采样及变换单元进行采样变换后的电机电流采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过电机电压采样及变换单元获取由该电机电压采样及变换单元采样变换后获取的电机电压采样电位；所述的电机反电动势采样控制单元通过所述的驱动单元获取该驱动单元输出的pwm驱动状态。

在一种更佳的实施方式中，所述的电机两端电压状态包括驱动单元输出的pwm驱动状态为on时的电源电压持续时间对应的电压状态、驱动单元输出的pwm驱动状态为off时的电机回路感性负载恢复时所对应的电压状态以及电机产生反电动势时所对应的电压状态。

在一种更佳的实施方式中，所述的步骤(2)包括：

(2.a)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元输出pwm驱动状态为off时，对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，确定电机产生反电动势的时刻，并在电机产生反电动势时向所述的电机反电动势采样单元输出高电平，控制所述的电机反电动势采样单元开始采样；

(2.b)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元的输出pwm驱动状态为由off变为on的时刻封锁，电机反电动势采样控制单元输出控制电平由高电平变为低电平，所述的电机反电动势采样单元停止采样；

(2.c)所述的电机反电动势采样控制单元在驱动单元输出的pwm驱动状态为on时的电源电压持续时以及pwm状态为off时的电机回路感性负载恢复时被封锁，所述的电机反电动势采样控制单元向所述的电机反电动势采样单元输出低电平，所述的电机反电动势采样单元停止采样。

在一种更佳的实施方式中，所述的(2.a)中对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，确定电机反电动势产生时刻为：

所述的电机反电动势采集控制单元对其获取的电机电流采样电位以及电机电压采样电位进行比较，当电机电流采样电位低于电机两端电压采样电位时，所述的电机产生反电动势。

在一种具体实施方式中，该电机反电动势采样系统用于送丝调速系统，对送丝电机的反电动势进行采集，且该采样系统包括电机反电动势采样单元、电机反电动势采样控制单元、电机电压采样及变换单元、电机电流采样及变换单元、驱动单元、驱动功率管、制动单元与制动功率管，其中：

所述的电机反电动势采样单元包括两个输入端，其中第一输入端与电机电压采样及变换单元的输出端连接，接收电机电压采样电位的输入，第二输入端与电机反电动势采样控制单元输出端连接，用于接收电机反电动势采样控制单元的输出控制信号；

电机反电动势采样控制单元包括三个输入端，其中第一输入端与驱动单元的输出端连接，第二输入端与电机电压采样及变换单元的输出端连接，第三输入端与电机电流采样及变换单元的输出端连接，用于根据驱动单元输出的pwm驱动状态、电机电压采样电位及电机电流采样电位输出相应的控制信号；

电机电压采样及变换单元的输入端与送丝电机连接，用于采集电机两端的电压，进行电机电压采样及采样电压变换，其输出端与电机反电动势采样控制单元的输入端连接，用于控制电机反电动势采样控制单元的工作状态；

电机电流采样及变换单元的输入端通过采样电阻连接至送丝电机，接收电流采样电阻的电位，该电机电流采样及变换单元的输出端与电机反电动势采样控制单元的输入端连接，用于控制电机反电动势采样控制单元工作状态；

驱动单元包括两个输出端，其第一输出端与电机反电动势采样控制单元的输入端连接，用于控制电机反电动势采样控制单元的工作状态，第二输出端与驱动功率管的控制端连接，用于控制驱动功率管工作状态；

制动单元的输出端与制动功率管控制端连接，用于控制制动功率管工作；电源单元为控制单元及电机提供能量。

送丝电机两端电压状态的时间构成包括驱动单元的输出pwm状态为on时的电源电压持续时间、驱动单元的输出pwm状态为off时的送丝电机回路感性负载恢复时间以及送丝电机的反电动势时间。

在驱动单元的输出pwm状态为off时，通过电机电压采样及变换单元的输出及电机电流采样及变换单元的输出来判定该送丝电机反电动势产生时刻。在送丝电机回路感性负载恢复期间，电机电流采样及变换单元的输出大于电机电压采样及变换单元的输出，电机反电动势采样控制单元输出低电平，电机反电动势采样单元不对电机电压进行采样；当电机反电动势产生时，电机电流采样及变换单元的输出小于电机电压采样及变换单元的输出，电机反电动势采样控制单元输出高电平，电机反电动势采样单元对电机电压开始采样。

驱动单元的输出pwm状态为on时，电机反电动势采样控制单元的输出由高电平变为低电平，电机反电动势采样单元停止对电机电压采样，以此来保证采样时间的最大化，提升电机的反电动势采样准确性，进而提高送丝电机控制的精度。

请参阅3、4，在一种具体实施方式中，送丝电机两端电压通过电阻r7和电阻r8进行分压采样，由电阻r8的采样电位经由运放ic41b构成的跟随器后输入到由电阻r13～r15、线性光耦ic9、运放ic21b构成的线性隔离电路，由运放ic21b的第7脚输出与电阻r8采样电位相等的电位。在送丝电机工作期间，此电位由送丝电机供电电源采样电位、送丝电机回路感性负载恢复时的采样电位与送丝电机反电动势产生期间的采样电位组成。电机反电动势采样单元在送丝电机反电动势产生期间，对运放ic21b第7脚输出的电位进行采样，即可实现送丝电机反电动势的采样。

驱动单元输出pwm信号由低电平变为高电平时，一方面输入到驱动隔离单元中的晶体管q10控制端，使晶体管q10导通，电源v+经光耦ic11第1脚、第3脚、电阻r3、晶体管q10到地，光耦ic11控制端导通，光耦ic11的下输出控制管(第5脚与第4脚间的控制管)关断，光耦ic11的上输出控制管(第6脚与第5脚间的控制管)导通，电源v1+经光耦ic11的第6脚、第5脚、电阻r4到mos管q1的栅极，功率mos管q1导通，电源经功率mos管q1向送丝电机输出能量；一方面输入到电机反电动势采样控制单元，在功率mos管q1的导通时刻前，封锁电机反电动势采样控制单元输出，使所述的电机反电动势采样控制单元输出低电平，进而控制电机反电动势采样单元停止采样。驱动单元输出pwm信号在高电平期间，通过运放ic5d第14脚输出的电机电流采样电位及通过电阻r7和电阻r8采样的电机电压采样电位对电机反电动势采样控制单元的控制无效，电机反电动势采样控制单元输出维持封锁状态，即从t1时刻开始到t2时刻结束期间，电机反电动势采样控制单元输出端维持低电平，电机反电动势采样单元停止采样工作。

驱动单元输出pwm信号由高电平变为低电平时，一方面输入到驱动隔离单元中的晶体管q10控制端，使晶体管q10截止，光耦ic11控制端截止，光耦ic11的上输出控制管(第6脚与第5脚间的控制管)关断，光耦ic11的下输出控制管(第5脚与第4脚间的控制管)导通，mos管q1的栅极由电阻r4、光耦ic11的下输出控制管下拉到地，功率mos管q1截止，停止向送丝电机输出能量；一方面输入到电机反电动势采样控制单元，解除电机反电动势采样控制单元输出的封锁，电机反电动势采样控制单元的输出由电机电压采样电阻r8的采样电位和电流采样及变换单元中的跟随器ic5d的输出电位共同决定。

驱动功率mos管q1截止时，停止向送丝电机输出能量，因送丝电机为感性负载，其储能由送丝电机负端通过电流采样电阻r25、制动功率mos管q2内部二极管流向送丝电机正端，此期间电压采样电阻r7和r8两端电位被制动功率mos管q2内部二极管箝位，电压采样电阻r8的采样电位接近于零电位，同时，电流采样电阻r25的采样电位为正电位，经跟随器ic4c、由ic5c构成的放大电路、跟随器ic5d后，在跟随器ic5d输出端输出相对r8采样电位高的电位，即从t2时刻开始至t3时刻，电压采样电阻r8的采样电位低于跟随器ic5d输出端电位，电机反电动势采样控制单元输出端仍维持低电平，电机反电动势采样单元维持停止采样状态；送丝电机感性负载恢复后，在惯性作用下，送丝电机工作到发电模式，即产生反电动势，反电动势由送丝电机正端经电阻r7、电阻r8、电阻r25回到送丝电机负端，此时电阻r25的电位为接近于零电位的负电位，经跟随器ic4c、由ic5c构成的放大电路、跟随器ic5d后，在跟随器ic5d的第14脚输出接近于零的电位，而电阻r8的采样电位为高于跟随器ic5d输出电位的正电位，即从t3时刻开始至t4时刻，电压采样电阻r8的采样电位高于跟随器ic5d输出端电位，电机反电动势采样控制单元输出端由低电平变为高电平，进而控制电机反电动势采样单元对电机的反电动势进行采样。

本发明电机反电动势采样系统及其方法，直接利用简单的硬件电路即可实现电机反电动势的准确采样；通过电机电流采样电位与电机电压采样电位的关系确定电机反电动执采样开始时刻，通过驱动pwm由低电平变为高电平时确定电机反电动势采样的结束时刻，实现了电机反电动势采样时间的最大化；通过电机电流采样电阻的采样电位可准确判定出送丝电机回路感性负载恢复时间及电机反电动势产生时间，克服了送丝电机回路阻抗及回路电感的影响。本发明采样方法简单有效，简化了电路，降低了成本；同时最大程度保证了反电动势采样精度，提高了不同使用环境或使用条件下的送丝电机反电动势采样的准确性；进而提高了送丝调速系统的性能。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。