无刷直流电机控制系统的制作方法

本发明涉及无刷直流电机控制领域，特别涉及一种无刷直流电机控制系统。

背景技术：

1、无刷直流电机具有良好的调速性能、结构简单、无换向火花、运行可靠和易于维护等优点，因此其应用范围非常广泛。常规的无刷直流电机需要外接位置传感器进行转子位置检测，不仅增加了电机的体积和成本，而且位置传感器的装配精度也对位置检测造成影响，除此之外位置传感器还受环境因素影响。而无位置传感技术抗干扰能力强，因此应用越来越广泛。目前技术最成熟、实现最简单的无传感技术是反电动势法(反电动势：back emf或bemf或back electromotive force)。

2、反电动势过零检测方法中，通过采集端电压信号，并将采集的电压信号经过低通滤波器及比较器后给到mcu的timer模块中进行信号检测。其中不同模块电路会产生低通滤波器、器件延时、计算延迟等，进而产生换相错误，如果不对该延时误差进行补偿，会使电机运行性能变差。

3、目前相位补偿有多种方式，软件补偿方式通常需要大量的数据进行计算，不仅算法复杂且对数据精度要求较高，使电路成本提高。或者软件补偿方式对特定的范围有效，如低速情况、电机反电动势为方波等。而硬件补偿方式具有成本低，应用范围广的特点，但现有技术只是对相位进行大致的补偿，准确度不足。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种无刷直流电机控制系统，以解决现有技术中硬件方式进行相位补偿时，准确度不足的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供了一种无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述无刷直流电机控制系统包括控制模块、端电压分压电路、相位补偿电路和反电动势过零点检测电路。

3、其中，所述控制模块用于输出第一pwm信号并调整所述第一pwm信号的占空比。

4、所述端电压分压电路用于获取无刷直流电机的三相端电压，并提供所述三相端电压的电压分量。

5、所述相位补偿电路的输出端与所述端电压分压电路的输出端连接，所述相位补偿电路根据基于所述第一pwm信号生成的第二pwm信号的占空比控制等效电阻值以对所述电压分量进行所述相位补偿。

6、所述端电压分压电路的输出端与所述反电动势过零点检测电路的输入端连接，所述反电动势过零点检测电路用于基于补偿后的所述电压分量检测所述无刷直流电机的反电动势过零点，并产生包含过零点信息的反馈电压信号。

7、其中所述相位补偿电路的所述相位补偿使得所述反馈电压信号的跳变沿与所述三相端电压的换相点重合。

8、可选的，其中所述第一pwm信号和所述第二pwm信号的频率相同，所述第一pwm信号和所述第二pwm信号的占空比相同或者互补，所述第二pwm信号的低电平为负值。

9、可选的，所述相位补偿电路包括三路结构相同的补偿支路和三路结构相同的二极管下拉支路，所述端电压分压电路包括三路结构相同的分压支路，其中每一路所述二极管下拉支路将每一路所述分压支路输出的所述电压分量周期性地下拉。

10、可选的，所述相位补偿电路包括三路结构相同的补偿支路和二极管下拉支路，每一路所述二极管下拉支路包括第一电阻和二极管，每一路所述补偿支路包括第二电阻、第三电阻和npn型三极管。

11、其中，所述第一电阻的第一端被配置为所述相位补偿电路的输出端，每一路的所述第一电阻的第一端分别与一路的所述分压支路的输出端连接，所述第一电阻的第二端与所述二极管的正极连接，所述二极管的负极与所述第二电阻的第一端连接，所述第二电阻的第一端用于获取所述第二pwm信号，所述第二电阻的第二端与所述npn型三极管的基极连接，所述npn型三极管的发射极用于接地，所述npn型三极管的集电极与所述第三电阻的第一端连接，所述第三电阻的第二端与所述第一电阻的第一端连接。

12、可选的，所述无刷直流电机控制系统还包括pwm信号处理电路，所述pwm信号电路用于接收所述第一pwm信号并向所述相位补偿电路输出所述第二pwm信号。

13、其中，所述pwm信号处理电路在所述第一pwm信号的幅值基础上叠加负压偏置。

14、可选的，所述pwm信号处理电路包括第四电阻、第五电阻、第六电阻和第一比较器。

15、其中，所述第四电阻的第一端用于接地，所述第四电阻的第二端与所述第一比较器的正相端连接；所述第五电阻的第一端用于接收所述第一pwm信号，所述第五电阻的第二端与所述第一比较器的反相端连接；所述第六电阻的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第九电阻的第二端与所述第一比较器的输出端连接；所述第一比较器的电源正极用于获取第二电压，所述第一比较器的电源负极用于获取第一电压，所述第一比较器的输出端被配置为所述pwm信号处理电路的输出端，所述第一比较器的所述反相端输入负电压；所述第四电阻、第五电阻的阻值相同，所述第一电压为负值，所述第二电压为正值。

16、可选的，所述pwm信号处理电路更包括第七电阻、第八电阻、第九电阻；其中所述第七电阻的第一端与所述第五电阻的第二端连接，所述第七电阻的第二端与所述第八电阻的第一端连接，所述第八电阻的第二端用于获取所述第一电压；所述第九电阻的第一端与所述第七电阻的第二端连接，所述第九电阻的第二端用于接地，所述第七电阻的阻值与所述第四电阻的阻值相同，所述第八电阻和所述第九电阻的阻值相同。

17、可选的，所述端电压分压电路包括三路结构相同的分压支路，每一路所述分压支路包括第十电阻、第十一电阻和第一电容，其中，所述第十电阻的第一端用于获取所述三相端电压中的一相，所述第十电阻的第二端与所述第十一电阻的第一端连接，所述第十一电阻的第二端用于接地，所述第一电容与所述第十一电阻并联，所述第十一电阻的第二端被配置为所述端电压分压电路的输出端。

18、可选的，所述第二pwm信号的占空比基于如下公式计算：

19、

20、

21、其中，ψ为相位补偿角30°，r10代表所述第十电阻的阻值，c1代表所述第一电容的容值，ω代表所述无刷直流电机的角速度，r'代表所述等效电阻值，r3代表所述第三电阻的阻值，r11代表所述第十一电阻的阻值，τ代表所述第二pwm信号的占空比，其中所述等效电阻值为所述分压支路的输出端与地之间的等效电阻的阻值。

22、可选的，所述反电动势过零点检测电路包括三路结构相同的检测支路，每一路所述检测支路包括第十二电阻和第二比较器。

23、所述第十二电阻的第一端被配置为所述反电动势过零点检测电路的输入端，所述第十二电阻的第一端与所述第二比较器的正相端连接，所述第十二电阻的第二端与所述第二比较器的反相端连接，所述第二比较器的输出端被配置为所述反电动势过零点检测电路的输出端；三个所述第十二电阻的第二端相互连接作为所述反电动势过零点检测电路的模拟中性点。

24、可选的，所述无刷直流电机控制系统还包括低通滤波电路和/或驱动电路。

25、所述低通滤波电路包括三路结构相同的滤波支路，每一路所述滤波支路包括第十三电阻和第二电容，所述第十三电阻的第一端被配置为所述低通滤波电路的输入端，所述第十三电阻的第二端被配置为所述低通滤波电路的输出端，所述第十三电阻的第二端还与所述第二电容的第一端连接，所述第二电容的第二端用于接地。

26、所述反电动势过零点检测电路的输出信号经过所述低通滤波电路后作为所述反馈电压信号反馈至所述控制模块。

27、所述控制模块用于基于所述反馈电压信号控制所述驱动电路输出所述三相端电压。

28、与现有技术相比，本发明提供的无刷直流电机控制系统包括控制模块、端电压分压电路、相位补偿电路和反电动势过零点检测电路。其中，所述控制模块用于输出第一pwm信号并调整所述第一pwm信号的占空比；所述端电压分压电路用于获取无刷直流电机的三相端电压，并提供所述三相端电压的电压分量；所述相位补偿电路的输出端与所述端电压分压电路的输出端连接，所述相位补偿电路根据基于所述第一pwm信号生成的第二pwm信号的占空比控制等效电阻值以对所述电压分量进行所述相位补偿；所述端电压分压电路的输出端与所述反电动势过零点检测电路的输入端连接，所述反电动势过零点检测电路用于基于补偿后的所述电压分量检测所述无刷直流电机的反电动势过零点，并产生包含过零点信息的反馈电压信号，其中所述相位补偿电路的所述相位补偿使得所述反馈电压信号的跳变沿与所述三相端电压的换相点重合。如此配置，本发明通过调整控制模块输出的第一pwm信号的占空比以调整相位补偿电路的等效电阻值以确保相位补偿角恒定(例如恒为30°)，合理利用硬件进行相位补偿，并获得了较高的准确度，解决了现有技术中存在的问题。在进一步的实施例中，通过在相位补偿电路中设置二极管下拉支路，对三相端电压的电压分量周期性地下拉，将其钳位在较低的电压值，同时使所述反电动势过零点检测电路的模拟中性点电位处于较低值，减少端电压分压电路的滤波电容充放电对该模拟中性点的影响。在更进一步的实施例中，通过在所述第一pwm信号的幅值基础上叠加低负压偏置产生第二pwm信号来控制相位补偿电路，由于第二pwm信号的低压小于0v，使得无刷直流电机的三相端电压经过端电压分压电路分压后的电压分量被钳位到负电位，使后续的低通滤波电路的滤波电容通过二极管下拉支路进一步放电，实现对相位的细调。