一种无刷电机电流采样方法及无刷电机控制机构与流程

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技术领域：
]本发明涉及一种无刷电机控制
技术领域：
，尤其涉及一种无刷电机电流采样方法及无刷电机控制机构。[
背景技术：
：]为了实现无刷电机的启动，确定转子的初始位置是必要的。永磁电机通过霍尔传感器检测转子的位置，但位置传感器成本高，因此无刷无传感器电机得到广泛应用，无位置传感器控制方式不采用位置传感器，可采用检测母线电流的方式，对逆变电路的开关管进行不同的组合切换，使任意两相绕组通入正反电压，分别采取母线电流，根据电流之间的关系，确定转子的初始位置，在开关管断开进行切换时，由于电机绕组呈感性，电流不能突变，会有一个续流的过程，如图6所示已知的续流电流流向示意图，若uv相先导通(q1q5导通)，在关断uv相进行切换时，由于电机为感性负载，因此，流过uv相绕组的电流不能突变，电流通过二极管d4、u相绕组、v相绕组、二极管d2进行续流，此时，v相的对地电压为vcc+vds(开关管反向压降)，绕组产生尖峰电压，如图7所示，a线处代表的是v相的尖峰电压值，此时达到31v，从而导致加在开关管两端的电压过高，因此，尖峰电压很容易导致电动机绕组绝缘损伤，同时，为了电路的正常运行，对开关管的要求也需要提高，此时，需要采用耐压40v的开关管，成本较高。请参阅于2016年01月13日公告的中国发明专利申请公告第cn103618485b号，其揭示了一种无位置传感器无刷直流电机初始位置的检测方法，根据三相六状态两两导通开关管，采集六次母线电流，根据电流之间的关系，实现一次定位，确定转子的临界位置，再三三导通开关管，实现二次定位，确定转子的准确位置，该专利利用电流来实现简单的转子定位，但没有对开关管换相时产生的尖峰电压进行抑制，所以会对电机造成损伤，同时，对开关管的选择要求高。因此，确有必要设计一款新的无刷电机定位系统来解决现有技术存在的技术问题。[技术实现要素：]针对现有技术的不足，本发明的目的在于提供一种可抑制尖峰电压的无刷电机电流采样方法及无刷电机控制机构。本发明解决现有技术问题可采用如下技术方案：一种无刷电机电流采样方法，包括：与无刷电机连接的逆变电路、控制电路，所述逆变电路包括正负直流母线、至少两个桥臂，所述桥臂为第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂连接于正负直流母线之间，且第一桥臂和第二桥臂上分别设有上开关管及下开关管，且上开关管与正直流母线连接，下开关管与负直流母线连接，每一下开关管分别反向并联有二极管，所述控制电路控制上、下开关管至少以一种导通状态导通，并采取不同状态的直流母线电流值，所述控制电路控制第一桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第一电流值，并将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管。进一步改进方案为：所述控制电路控制第二桥臂的上开关管和第一桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第二电流值，将第二桥臂的上开关管关断，同时继续导通第一桥臂的下开关管，该第一桥臂的下开关管与第二桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第一桥臂的下开关管。进一步改进方案为：所述桥臂包括第三桥臂，该第三桥臂上设有上开关管及下开关管，所述上开关管与正直流母线连接，下开关管与负直流母线连接，控制电路控制第一桥臂的上开关管和第三桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第三电流值，并将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第三桥臂的下开关管，该第三桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第三桥臂的下开关管；控制电路控制第三桥臂的上开关管和第一桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第四电流值，并将第三桥臂的上开关管关断，同时继续导通第一桥臂的下开关管，该第一桥臂的下开关管与第三桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第一桥臂的下开关管。进一步改进方案为：控制电路控制第二桥臂的上开关管和第三桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第五电流值，并将第二桥臂的上开关管关断，同时继续导通第三桥臂的下开关管，该第三桥臂的下开关管与第二桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第三桥臂的下开关管；控制电路控制第三桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第六电流值，并将第三桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第三桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管。本发明解决现有技术问题还可采用如下技术方案：一种无刷电机控制机构，包括：与无刷电机连接的逆变电路、控制电路，所述逆变电路包括正负直流母线、至少两个桥臂，所述桥臂为第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂连接于正负直流母线之间，且第一桥臂和第二桥臂上分别设有上开关管及下开关管，且上开关管与正直流母线连接，下开关管与负直流母线连接，每一下开关管分别反向并联有二极管，所述控制电路控制上、下开关管至少以一种导通状态导通，并采取不同状态的直流母线电流值，且根据电流值确定转子的初始位置，所述控制电路控制第一桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第一电流值，并将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管。进一步改进方案为：所述控制电路包括微处理器mcu、mos驱动模块、电流采样电路。进一步改进方案为：所述电流采样电路包括采样电阻和电流检测电路，所述采样电阻设置在逆变电路负直流母线上。进一步改进方案为：所述微处理器mcu连接有mos驱动模块，所述mos驱动模块根据微处理器mcu的信息分别控制开关管的导通。进一步改进方案为：所述微处理器mcu具有存储单元，所述电流检测电路用于检测采样电阻两端的电压，从而获取母线电流值，并进行放大传送给微处理器mcu，所述微处理器存储不同导通状态的母线电流值。进一步改进方案为：所述第一预定时间范围为40us至200us。进一步改进方案为：所述第二预定时间为不小于160us。进一步改进方案为：所述控制电路控制第二桥臂的上开关管和第一桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集到第二电流值，并将第二桥臂的上开关管关断，同时继续导通第一桥臂的下开关管，该第一桥臂的下开关管与第二桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第一桥臂的下开关管。进一步改进方案为：所述桥臂包括第三桥臂，该第三桥臂上设有上开关管及下开关管，所述上开关管与正直流母线连接，下开关管与负直流母线连接，控制电路控制第一桥臂的上开关管和第三桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集到第三电流值，并将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第三桥臂的下开关管，该第三桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第三桥臂的下开关管；控制电路控制第三桥臂的上开关管和第一桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集到第四电流值，并将第三桥臂的上开关管关断，同时继续导通第一桥臂的下开关管，该第一桥臂的下开关管与第三桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第一桥臂的下开关管。进一步改进方案为：控制电路控制第二桥臂的上开关管和第三桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集到第五电流值，并将第二桥臂的上开关管关断，同时继续导通第三桥臂的下开关管，该第三桥臂的下开关管与第二桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第三桥臂的下开关管；控制电路控制第三桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集到第六电流值，并将第三桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第三桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管。与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明包括逆变电路及控制电路，逆变电路包括正负直流母线、至少两个桥臂，所述桥臂为第一桥臂和第二桥臂，控制电路控制第一桥臂和第二桥臂的上、下开关管至少以一种导通状态导通，并采取不同状态的直流母线电流值，所述控制电路控制第一桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集该第一电流值，将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管，改变续流方向，即可减小峰值电压，从而加在开关管两端的电压就降低，可降低开关管的选择要求，降低成本。[附图说明]下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步详细的说明:图1是本发明无刷电机控制机构组成示意图；图2是本发明无刷电机定子绕组与转子位置示意图；图3是本发明无刷电机uv相导通时电流流向示意图；图4是本发明无刷电机续流的电流流向示意图；图5是本发明续流的电压波形；图6是现有技术续流的电流流向示意图；图7是现有技术续流的电压波形。[具体实施方式]下面结合附图和实施方式对本发明作进一步详细说明。请参阅图1所示，为本发明三相无刷电机控制机构组成的示意图，该无刷电机控制机构包括直流电源、无刷电机、三相全桥逆变电路以及控制电路。所述无刷电机为星形连接，当然也可以为三角形连接；所述三相全桥逆变电路将直流电源提供的直流电逆变成交流电给无刷电机的三相绕组供电；所述控制电路包括微处理器mcu、mos驱动模块、电流采样电路，所述mos驱动模块响应从微处理器mcu接收的控制信号驱动三相全桥逆变电路开关管的断开和闭合。如下以两个桥臂的逆变电路控制进行说明：无刷电机的控制机构包括逆变电路及控制电路，逆变电路包括正负直流母线、第一桥臂和第二桥臂，所述第一桥臂和第二桥臂连接于正负直流母线之间，且第一桥臂和第二桥臂上分别设有上开关管及下开关管，且上开关管与正直流母线连接，下开关管与负直流母线连接，每一上、下开关管分别反向并联有二极管，在一些结构中，所述二极管为mos管或其它晶体管的寄生二极管，在其它结构中，二极管可以与其他开关管并联，所述控制电路控制上、下开关管至少以一种导通状态导通，并采取不同状态的直流母线电流值，所述控制电路控制第一桥臂的上开关管和第二桥臂的下开关管同时导通第一预定时间后，可采集第一电流值，将第一桥臂的上开关管关断，同时继续导通第二桥臂的下开关管，该第二桥臂的下开关管与第一桥臂下开关管并联的二极管构成一续流回路，导通第二预定时间后关断第二桥臂的下开关管。请参阅图1所示，在本实施方式中，逆变电路由三个桥臂组成，包括正负直流母线、第一桥臂、第二桥臂、第三桥臂，每个桥臂连接于正负直流母线之间，第一桥臂由串联连接的第一开关管q1(也称上开关)和第四开关管q4(也称下开关)组成；第二桥臂由串联连接的第二开关管q2(也称上开关)和第五开关管q5(也称下开关)组成；第三桥臂由串联连接的第三开关管q3(也称上开关)和第六开关管q6(也称下开关)组成，每一上、下开关管分别反向并联有二极管d1～d6；所述无刷电机包括第一相u、第二相v和第三相w，所述三相绕组的其中一端相连于一点，所述第一相u的另一端与第一桥臂的中点相连，所述第二相v的另一端与第二桥臂的中点相连，所述第三相w的另一端与第三桥臂的中点相连。所述控制电路包括微处理器mcu、mos驱动模块、电流采样电路，所述采样电路包括设置在负直流母线上的采样电阻r1，以及连接于采样电阻r1两端的电流检测电路，通过检测采样电阻r1两端的电压，从而获得流过母线的电流，并将母线电流进行放大传送给微处理器mcu。微处理器mcu采用三相六状态两两导通的方式，每种状态为其中一个桥臂的上开关管以及其他任一桥臂的下开关管两两导通，同一桥臂的上下两个开关管不可同时导通，因此，该逆变电路可以分别以以下六种状态控制开关管导通：q1q5导通、q1q6导通、q2q4导通、q2q6导通、q3q4导通、q3q5导通，通过六种状态的切换实现电机的换相，请参阅图2所示，为电机定子绕组结构与转子位置示意图，定子绕组结构形成6个扇区，每个扇区对应转子所在的位置区域，且每个位置区域对应每两个开关管导通。在初始定位时，微处理器mcu控制mos驱动模块导通uv两相(q1、q5导通)，微处理器mcu采样一次母线电流，按照上述方式依次导通vu两相(q2、q4导通)、uw两相(q1、q6导通)、wu两相(q3、q4导通)、vw两相(q2、q6导通)、wv两相(q3、q5导通)，分别采样母线电流值iuv、ivu、iuw、iwu、ivw、iwu，所述微处理器mcu根据采样的母线电流值计算流过每两相绕组的正反电流差值△i1＝|iuv-ivu|、△i2＝|iuw-iwu|、△i3＝|ivw-iwv|，并将六个母线电流值和三个正反电流差值与微处理器mcu内部存储器存储的电流与转子初始位置之间的关系进行比较(参照表一)，确定转子的初始位置，取得位置后，并参照存储于微处理器mcu的转子初始位置对应需打开的工作开关管(参照表二)，如图2所示，若转子初始位置为位置1，则微处理器mcu控制mos驱动模块先打开开关管q1q5，然后依次按照q1q5、q1q6、q2q6、q2q4、q3q4、q3q5的顺序循环导通，使转子逆时针旋转，若需顺时针旋转，按上述以相反的顺序循环导通；若转子的初始位置为位置2，则微处理器mcu控制mos驱动模块先打开开关管q1q6，然后以q1q6、q2q6、q2q4、q3q4、q3q5、q1q5的顺序循环导通，使转子逆时针旋转，若需顺时针旋转，按上述以相反的顺序循环导通；检测到不同的转子初始位置，首先按照表二打开转子位置对应的开关管，并按以上的循环顺序导通，旋转过程中，通过反电动势检测电路检测反电动势过零点，确定转子位置，及控制转子的换相。表一为各母线电流与转子的位置关系。表二为各转子的位置对应需打开的工作开关管。转子的初始位置工作开关管位置1q1、q5位置2q1、q6位置3q2、q6位置4q2、q4位置5q3、q4位置6q3、q5在采样电流时，需依次导通开关管q1q5、q2q4、q1q6、q3q4、q2q6、q3q5，如图3所示，为本发明无刷电机uv相导通时电流流向示意图，开关管q1q5导通，电流通过电源正极bat+、开关管q1、u相绕组、v相绕组、开关管q5流入地线，当开关管q1q5导通一段时间后，微处理器mcu可采样母线电流iuv，采样完电流，开关管q1q5需断开，切换开关管q2q4导通，采样母线电流ivu。如图4所示，为本实施例续流的电流流向，微处理器mcu控制q1q5导通第一预定时间180us后，先关断上开关管q1，保持下开关管q5延时导通180us，此时，因为uv相绕组的电流不能突变，电流通过二极管d4、u相绕组、v相绕组、开关管q5形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q5关断，此时，v相的尖峰电压值如图5的a线处所示，所述尖峰电压值降低为26.6v。然后按照上述续流方式，继续导通开关管q2q4、q1q6、q3q4、q2q6、q3q5，即在采样六个母线电流的同时，可减少尖峰电压，同时加在开关管两端的电压降为26.6v，其可以选择耐压为30v的开关管，既能保证电路的正常运行，又节约成本。本发明控制机构在每个状态的两个开关管导通切换时，先断开上开关管，同时延时导通下开关管，使该状态的上开关管对应桥臂的下开关管所并联的二极管、对应绕组和该状态的下开关管形成续流回路，减少尖峰电压，拉低开关管的端电压，根据电路的不同，该结构可使尖峰电压减小得更多，因此，可以降低开关管的要求，选择耐压较低的开关管，节约成本。本发明还提供一种无刷电机电流采样方法，微处理器mcu控制mos驱动模块导通uv两相(q1、q5导通)、vu两相(q2、q4导通)、uw两相(q1、q6导通)、wu两相(q3、q4导通)、vw两相(q2、q6导通)、wv两相(q3、q5导通)，分别采样母线电流值iuv、ivu、iuw、iwu、ivw、iwv。微处理器控制开关管q1q5导通，当开关管q1q5导通第一预定时间180us后，采样母线电流iuv，采样完电流iuv后，先关断上开关管q1，保持下开关管q5延时导通180us，此时，因为uv相绕组的电流不能突变，电流通过二极管d4、u相绕组、v相绕组、开关管q5形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q5关断；微处理器控制开关管q2q4导通，当开关管q2q4导通第一预定时间180us后，采样母线电流ivu，采样完电流ivu后，先关断上开关管q2，保持下开关管q4延时导通180us，此时，电流通过二极管d5、v相绕组、u相绕组、开关管q4形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q4关断；微处理器控制开关管q1q6导通，当开关管q1q6导通第一预定时间180us后，采样母线电流iuw，采样完电流iuw后，先关断上开关管q1，保持下开关管q6延时导通180us，此时，电流通过二极管d4、u相绕组、w相绕组、开关管q6形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q6关断；微处理器控制开关管q3q4导通，当开关管q3q4导通第一预定时间180us后，采样母线电流iwu，采样完电流iwu后,先关断上开关管q3，保持下开关管q4延时导通180us，此时，电流通过二极管d6、w相绕组、u相绕组、开关管q4形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q4关断；微处理器控制开关管q2q6导通，当开关管q2q6导通第一预定时间180us后，采样母线电流ivw，采样完电流ivw后，先关断上开关管q2，保持下开关管q6延时导通180us，此时，电流通过二极管d5、v相绕组、w相绕组、开关管q6形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q6关断；微处理器控制开关管q3q5导通，当开关管q3q5导通第一预定时间180us后，采样母线电流iwv，采样完电流iwv后，先关断上开关管q3，保持下开关管q5延时导通180us，此时，电流通过二极管d6、w相绕组、v相绕组、开关管q5形成回路，实现续流，待电流消耗后，将开关管q5关断，即可采样无刷电机的6个母线电流值。减少尖峰电压，拉低开关管的端电压，提高电路的安全性。本发明无刷电机电流采样方法，在每个状态的两个开关管导通切换时，先断开上开关管，同时延时导通下开关管，使该状态的上开关管对应桥臂的下开关管所并联的二极管、对应绕组和该状态的下开关管形成续流回路，减少尖峰电压，拉低开关管的端电压，根据电路的不同，该结构可使尖峰电压减小得更多，因此，可以降低开关管的要求，选择耐压较低的开关管，节约成本。本发明不局限于上述具体实施方式。本领域普通技术人员可以很容易地理解到，在不脱离本发明原理和范畴的前提下，本发明无刷电机电流采样方法及控制机构还有其他很多的替代方案。本发明的保护范围以权利要求书的内容为准。当前第1页12