本發(fā)明涉及電路設(shè)計(jì)領(lǐng)域，尤其涉及一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路。

背景技術(shù)：

目前比較流行的是使用反電動(dòng)勢(shì)進(jìn)行無傳感器的無刷直流電機(jī)(Brushless Direct Current Motor，簡稱BLDC)控制，使用六步梯形波(120度換相法)為電機(jī)繞組通電，如圖1-2是六步換相原理，每一步或每一區(qū)間，相當(dāng)于60個(gè)電角度，六個(gè)區(qū)間組成了360個(gè)電角度或一次電氣旋轉(zhuǎn)。永磁電機(jī)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，定子繞組產(chǎn)生電壓，即反電動(dòng)勢(shì)，其幅值與電機(jī)轉(zhuǎn)速成正比。反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)具有以下三個(gè)特征：

1、速度上升時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的電壓幅值也增大；2、速度上升時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)的斜率變大；3、反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)以0V電壓為中心對(duì)稱(假設(shè)驅(qū)動(dòng)電源為對(duì)稱的正負(fù)電壓)。

利用反電動(dòng)勢(shì)的特性，電機(jī)由Vdc電壓驅(qū)動(dòng)，反電動(dòng)勢(shì)以Vdc/2為中心對(duì)稱。如果反電動(dòng)勢(shì)信號(hào)為一條直線，那么信號(hào)將在該區(qū)間的一半處(也就是該區(qū)間的30度電角度處)通過零線，該點(diǎn)稱為過零點(diǎn)。在過零事件后再經(jīng)過30度電角度進(jìn)行下一次換相。

然而，目前無刷直流電機(jī)只能在較高轉(zhuǎn)速下才能實(shí)現(xiàn)對(duì)反電動(dòng)勢(shì)過零的檢測，還無法解決在無刷直流電機(jī)低速啟動(dòng)或者控制時(shí)反電動(dòng)勢(shì)較小時(shí)進(jìn)行過零檢測問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是：提供一種能夠在無刷直流電機(jī)低速啟動(dòng)或者控制時(shí)反電動(dòng)勢(shì)較小時(shí)進(jìn)行過零檢測的電路。

為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案為：

一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路，包括：單片機(jī)、信號(hào)跳變檢測電路、位置檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換器、母線電壓檢測電路和直流無刷電機(jī)；

所述單片機(jī)通過串聯(lián)連接的信號(hào)跳變檢測電路和位置檢測電路與直流無刷電機(jī)電連接；所述單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器和母線電壓檢測電路電連接；所述位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路；

所述單片機(jī)用于直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，根據(jù)母線電壓值計(jì)算出直流無刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，根據(jù)所述反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)數(shù)字電位器電路的開度值，使得過零比較電路檢測到直流無刷電機(jī)的過零信號(hào)。

本發(fā)明的有益效果在于：

相較傳統(tǒng)的過零檢測電路，本發(fā)明提供的一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路區(qū)別在于：增設(shè)母線電壓檢測電路和位置檢測電路，其中位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路，當(dāng)直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，通過計(jì)算輸出的PWM占空比和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)來估算反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的開度值，以適應(yīng)低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)過零檢測電路檢測到U/V/W過零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的背景技術(shù)中的六步換相原理示意圖；

圖2為本發(fā)明的背景技術(shù)中的六步換相原理對(duì)應(yīng)的三相電壓示意圖；

圖3為本發(fā)明的直流無刷電機(jī)的過零檢測電路的模塊示意圖；

圖4為本發(fā)明的母線電壓檢測電路的電路連接圖；

圖5為本發(fā)明的數(shù)字電位器電路的電路連接圖；

圖6為本發(fā)明的過零比較電路的電路連接圖；

標(biāo)號(hào)說明：

1、單片機(jī)；2、信號(hào)跳變檢測電路；3、位置檢測電路；4、A/D轉(zhuǎn)換器；

5、母線電壓檢測電路；6、直流無刷電機(jī)；7、數(shù)字I/O接口；8、換相邏輯電路；9、逆變電路；10、隔離驅(qū)動(dòng)電路。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、所實(shí)現(xiàn)目的及效果，以下結(jié)合實(shí)施方式并配合附圖予以說明。

本發(fā)明最關(guān)鍵的構(gòu)思在于：增設(shè)母線電壓檢測電路和位置檢測電路，當(dāng)直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，通過計(jì)算輸出的PWM占空比和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)來估算反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的開度值，以適應(yīng)低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)過零檢測電路檢測到U/V/W過零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。

請(qǐng)參照?qǐng)D3-6，本發(fā)明提供的一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路，包括：單片機(jī)1、信號(hào)跳變檢測電路2、位置檢測電路3、A/D轉(zhuǎn)換器4、母線電壓檢測電路5和直流無刷電機(jī)6；

所述單片機(jī)1通過串聯(lián)連接的信號(hào)跳變檢測電路2和位置檢測電路3與直流無刷電機(jī)6電連接；所述單片機(jī)1通過A/D轉(zhuǎn)換器4和母線電壓檢測電路5電連接；所述位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路；

所述單片機(jī)1用于直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，根據(jù)母線電壓值計(jì)算出直流無刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，根據(jù)所述反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)數(shù)字電位器電路的開度值，使得過零比較電路檢測到直流無刷電機(jī)的過零信號(hào)。

從上述描述可知，本發(fā)明的有益效果在于：

相較傳統(tǒng)的過零檢測電路，本發(fā)明提供的一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路區(qū)別在于：增設(shè)母線電壓檢測電路和位置檢測電路，其中位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路，當(dāng)直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，通過計(jì)算輸出的PWM占空比和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)來估算反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的開度值，以適應(yīng)低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)過零檢測電路檢測到U/V/W過零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。

如圖4，進(jìn)一步的，所述母線電壓檢測電路包括第一電阻R53、第二電阻R54、第三電阻R55、第四電阻R59、第一比較器N07C LM339、第一電容C54、第二電容C55和第一二極管V30；

所述第一電阻和第二電阻串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的一端接第一電源VDC+；

所述第三電阻和第一電容并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端分別與第一電阻和第二電阻串聯(lián)連接的另一端以及第一比較器的正向輸入端電連接，并聯(lián)連接的另一端接地；

所述第一比較器的輸出端分別與第一比較器的反向輸入端、第四電阻的一端和第二電容的一端電連接，所述第二電阻的另一端接地，第四電阻的另一端通過第一二極管接第二電源+3.3V，第四電阻的另一端與A/D轉(zhuǎn)換器電連接。

上述的母線電壓檢測電路中的母線電壓采用電阻分壓式測量，換算公式為Vin＝3.3/R55*(R53+R54+R55)。由于電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)是可以通過設(shè)計(jì)軟件測算，在得到母線電壓后，已知控制器輸出PWM占空比即可換算出加載在直流無刷電機(jī)兩相間的有效電壓值Vm，通過電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)e，估算出反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓Vbemf＝Vm*e*Ge，其中Ge為算法換算后控制常量。

如圖5，進(jìn)一步的，所述數(shù)字電位器電路由四個(gè)可調(diào)電阻器組成。具體為：RP1、RP2、RP3、RP4。

利用估算出反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓Vbemf，通過核心算法(速度估算反電動(dòng)勢(shì)值)計(jì)算出數(shù)字電位器開度值，調(diào)整過零比較電壓。虛擬中點(diǎn)電壓值在換向時(shí)刻時(shí)為：

Vmu＝Vpu*RP1/(RP1+R32)；

Vmv＝Vpu*RP1/(RP1+R39)；

Vmw＝Vpu*RP1/(RP1+R48)；其中RP1為數(shù)字電位器通道電阻值。直流無刷電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)值在換向時(shí)刻時(shí)為：

Vu＝Vpu*RP2/(RP2+R33)；

Vv＝Vpv*RP3/(RP3+R41)；

Vw＝Vpw*RP4/(RP4+R50)；其中RP2，RP3，RP4為數(shù)字電位器通道電阻值。數(shù)字電位器是通過程序算法控制的，計(jì)算公式為RP(Dn)＝(Rwb-Rw)*256/Rab，其中RP(Dn)為寫入數(shù)字電位器數(shù)值，Rwb為設(shè)定目標(biāo)電阻值，Rw為抽頭電阻值，Rab為數(shù)字電位器滿量程值。

如圖6，進(jìn)一步的，所述過零比較電路包括三路分別與直流無刷電機(jī)的三相電連接的比較單元，分別為第一比較單元、第二比較單元和第三比較單元；

所述第一比較單元包括第五電阻R32、第六電阻R33、第七電阻RP1、第八電阻RP2、第九電阻R31、第二二極管V26、第三二極管V27、第三電容C31、第四電容C30、第五電容C32和第二比較器N07A LM339；所述第二比較器包括正向輸入端、反向輸入端、電源端、接地端和輸出端；

所述第二二極管與第七電阻并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第五電阻的一端、第三電容的一端和第二比較器的反向輸入端電連接；所述第五電阻的另一端與第六電阻的一端電連接；

所述第八電阻與第三二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第六電阻的另一端、第三電容的另一端和第二比較器的正向輸入端電連接；

所述第二比較器的電源端接第二電源+3.3V，所述第二比較器的電源端通過第四電容接地；

所述第二比較器的輸出端分別與第九電阻的一端、第五電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第一相電(U相)連接；所述第九電阻的另一端接第二電源；所述第五電容的另一端接地；

所述第二比較單元包括第十電阻R39、第十一電阻R41、第十二電阻RP3、第十三電阻R40、第四二極管V28、第六電容C37、第七電容C38和第三比較器N07B；

所述第十電阻的一端分別與第六電容的一端和第三比較器的反向輸入端電連接；所述第十電阻的另一端與第十一電阻的一端電連接；

所述第十二電阻與第四二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第十一電阻的另一端、第六電容的另一端和第三比較器的正向輸入端電連接；

所述第三比較器的輸出端分別與第十三電阻的一端、第七電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第二相(V相)電連接；所述第十三電阻的另一端接第二電源；所述第七電容的另一端接地；

所述第三比較單元包括第十四電阻R48、第十五電阻R50、第十六電阻RP4、第十七電阻R49、第五二極管V29、第八電容C44、第九電容C45和第四比較器N07D；

所述第十四電阻的一端分別與第八電容的一端和第四比較器的反向輸入端電連接；所述第十四電阻的另一端與第十五電阻的一端電連接；

所述第十六電阻與第五二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第十五電阻的另一端、第八電容的另一端和第四比較器的正向輸入端電連接；

所述第四比較器的輸出端分別與第十七電阻的一端、第九電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第三相(W相)電連接；所述第十七電阻的另一端接第二電源；所述第九電容的另一端接地；

所述第五電阻的一端、第十電阻的一端和第十四電阻的一端相互電連接。

過零比較電路的工作原理為：在直流無刷電機(jī)換向時(shí)刻，通過反電動(dòng)勢(shì)過零比較電路產(chǎn)生換向信號(hào)上升沿或者下降沿中斷后，獲取3相過零比較器信號(hào)后得到當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。由于比較器輸出信號(hào)與霍爾傳感器輸出的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，所以很容易估算電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置，并進(jìn)行適時(shí)換向。

進(jìn)一步的，還包括逆變電路9、換相邏輯電路8和數(shù)字I/O接口7；所述直流無刷電機(jī)通過逆變電路與換相邏輯電路電連接，所述換相邏輯電路通過數(shù)字I/O接口與單片機(jī)電連接。

進(jìn)一步的，還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路10，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置在逆變電路和換相邏輯電路之間的通路上。

參閱圖2-6，本發(fā)明實(shí)施例一為：

一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路，包括：單片機(jī)、信號(hào)跳變檢測電路、位置檢測電路、A/D轉(zhuǎn)換器、母線電壓檢測電路和直流無刷電機(jī)；

所述單片機(jī)通過串聯(lián)連接的信號(hào)跳變檢測電路和位置檢測電路與直流無刷電機(jī)電連接；所述單片機(jī)通過A/D轉(zhuǎn)換器和母線電壓檢測電路電連接；所述位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路；

所述單片機(jī)用于直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，根據(jù)母線電壓值計(jì)算出直流無刷電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，根據(jù)所述反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓調(diào)節(jié)數(shù)字電位器電路的開度值，使得過零比較電路檢測到直流無刷電機(jī)的過零信號(hào)。

所述母線電壓檢測電路包括第一電阻R53、第二電阻R54、第三電阻R55、第四電阻R59、第一比較器N07C LM339、第一電容C54、第二電容C55和第一二極管V30；

所述第一電阻和第二電阻串聯(lián)連接，串聯(lián)連接的一端接第一電源VDC+；

所述第三電阻和第一電容并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端分別與第一電阻和第二電阻串聯(lián)連接的另一端以及第一比較器的正向輸入端電連接，并聯(lián)連接的另一端接地；

所述第一比較器的輸出端分別與第一比較器的反向輸入端、第四電阻的一端和第二電容的一端電連接，所述第二電阻的另一端接地，第四電阻的另一端通過第一二極管接第二電源+3.3V，第四電阻的另一端與A/D轉(zhuǎn)換器電連接。

上述的母線電壓檢測電路中的母線電壓采用電阻分壓式測量，換算公式為Vin＝3.3/R55*(R53+R54+R55)。由于電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)在設(shè)計(jì)電機(jī)時(shí)是可以通過設(shè)計(jì)軟件測算，在得到母線電壓后，已知控制器輸出PWM占空比即可換算出加載在直流無刷電機(jī)兩相間的有效電壓值Vm，通過電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)e，估算出反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓Vbemf＝Vm*e*Ge，其中Ge為算法換算后控制常量。

如圖5，進(jìn)一步的，所述數(shù)字電位器電路由四個(gè)可調(diào)電阻器組成。具體為：RP1、RP2、RP3、RP4。

利用估算出反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓Vbemf，通過核心算法(速度估算反電動(dòng)勢(shì)值)計(jì)算出數(shù)字電位器開度值，調(diào)整過零比較電壓。虛擬中點(diǎn)電壓值在換向時(shí)刻時(shí)為：

Vmu＝Vpu*RP1/(RP1+R32)；

Vmv＝Vpu*RP1/(RP1+R39)；

Vmw＝Vpu*RP1/(RP1+R48)；其中RP1為數(shù)字電位器通道電阻值。直流無刷電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)值在換向時(shí)刻時(shí)為：

Vu＝Vpu*RP2/(RP2+R33)；

Vv＝Vpv*RP3/(RP3+R41)；

Vw＝Vpw*RP4/(RP4+R50)；其中RP2，RP3，RP4為數(shù)字電位器通道電阻值。數(shù)字電位器是通過程序算法控制的，計(jì)算公式為RP(Dn)＝(Rwb-Rw)*256/Rab，其中RP(Dn)為寫入數(shù)字電位器數(shù)值，Rwb為設(shè)定目標(biāo)電阻值，Rw為抽頭電阻值，Rab為數(shù)字電位器滿量程值。

如圖6，進(jìn)一步的，所述過零比較電路包括三路分別與直流無刷電機(jī)的三相電連接的比較單元，分別為第一比較單元、第二比較單元和第三比較單元；

所述第一比較單元包括第五電阻R32、第六電阻R33、第七電阻RP1、第八電阻RP2、第九電阻R31、第二二極管V26、第三二極管V27、第三電容C31、第四電容C30、第五電容C32和第二比較器N07A LM339；所述第二比較器包括正向輸入端、反向輸入端、電源端、接地端和輸出端；

所述第二二極管與第七電阻并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第五電阻的一端、第三電容的一端和第二比較器的反向輸入端電連接；所述第五電阻的另一端與第六電阻的一端電連接；

所述第八電阻與第三二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第六電阻的另一端、第三電容的另一端和第二比較器的正向輸入端電連接；

所述第二比較器的電源端接第二電源+3.3V，所述第二比較器的電源端通過第四電容接地；

所述第二比較器的輸出端分別與第九電阻的一端、第五電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第一相電(U相)連接；所述第九電阻的另一端接第二電源；所述第五電容的另一端接地；

所述第二比較單元包括第十電阻R39、第十一電阻R41、第十二電阻RP3、第十三電阻R40、第四二極管V28、第六電容C37、第七電容C38和第三比較器N07B；

所述第十電阻的一端分別與第六電容的一端和第三比較器的反向輸入端電連接；所述第十電阻的另一端與第十一電阻的一端電連接；

所述第十二電阻與第四二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第十一電阻的另一端、第六電容的另一端和第三比較器的正向輸入端電連接；

所述第三比較器的輸出端分別與第十三電阻的一端、第七電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第二相(V相)電連接；所述第十三電阻的另一端接第二電源；所述第七電容的另一端接地；

所述第三比較單元包括第十四電阻R48、第十五電阻R50、第十六電阻RP4、第十七電阻R49、第五二極管V29、第八電容C44、第九電容C45和第四比較器N07D；

所述第十四電阻的一端分別與第八電容的一端和第四比較器的反向輸入端電連接；所述第十四電阻的另一端與第十五電阻的一端電連接；

所述第十六電阻與第五二極管并聯(lián)連接，并聯(lián)連接的一端接地，并聯(lián)連接的另一端分別與第十五電阻的另一端、第八電容的另一端和第四比較器的正向輸入端電連接；

所述第四比較器的輸出端分別與第十七電阻的一端、第九電容的一端和直流無刷電機(jī)的三相中的第三相(W相)電連接；所述第十七電阻的另一端接第二電源；所述第九電容的另一端接地；

所述第五電阻的一端、第十電阻的一端和第十四電阻的一端相互電連接。

過零比較電路的工作原理為：在直流無刷電機(jī)換向時(shí)刻，通過反電動(dòng)勢(shì)過零比較電路產(chǎn)生換向信號(hào)上升沿或者下降沿中斷后，獲取3相過零比較器信號(hào)后得到當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)子位置。由于比較器輸出信號(hào)與霍爾傳感器輸出的信號(hào)一一對(duì)應(yīng)，所以很容易估算電機(jī)轉(zhuǎn)子當(dāng)前位置，并進(jìn)行適時(shí)換向。

上述的直流無刷電機(jī)的過零檢測電路還包括逆變電路、換相邏輯電路和數(shù)字I/O接口；所述直流無刷電機(jī)通過逆變電路與換相邏輯電路電連接，所述換相邏輯電路通過數(shù)字I/O接口與單片機(jī)電連接。上述的直流無刷電機(jī)的過零檢測電路還包括隔離驅(qū)動(dòng)電路，所述隔離驅(qū)動(dòng)電路設(shè)置在逆變電路和換相邏輯電路之間的通路上。

綜上所述，本發(fā)明提供的一種直流無刷電機(jī)的過零檢測電路，增設(shè)母線電壓檢測電路和位置檢測電路，其中位置檢測電路包括數(shù)字電位器電路和過零比較電路，當(dāng)直流無刷電機(jī)低速啟動(dòng)時(shí)，控制母線電壓檢測電路獲取母線電壓值，通過計(jì)算輸出的PWM占空比和電機(jī)反電動(dòng)勢(shì)參數(shù)來估算反電動(dòng)勢(shì)中點(diǎn)電壓，動(dòng)態(tài)調(diào)節(jié)數(shù)字電位器的開度值，以適應(yīng)低速時(shí)反電動(dòng)勢(shì)過零檢測電路檢測到U/V/W過零信號(hào)，實(shí)現(xiàn)速度閉環(huán)控制。

以上所述僅為本發(fā)明的實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等同變換，或直接或間接運(yùn)用在相關(guān)的技術(shù)領(lǐng)域，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。