雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及反電勢過零點檢測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電機技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及反電勢過零點檢測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]無位置傳感器無刷直流電機能滿足各種工作場合的需要。相比傳統(tǒng)的有霍爾傳感器的控制器而言，該項技術(shù)有以下幾個方面的優(yōu)點:無位置傳感器控制技術(shù)不僅可以省去昂貴的位置傳感器費用，減小電機尺寸，節(jié)省空間，還可以降低整個系統(tǒng)復雜性，避免傳感器故障引起的換相錯誤，并使裝配和維護更加方便。
[0003]近年來，國內(nèi)外均出現(xiàn)了很多的位置信號檢測方法，轉(zhuǎn)子位置采樣按照對相關(guān)電信號不同的處理方法可分為端電壓法(反電勢過零點檢測法)、三次諧波法、磁鏈觀測法、以及一些智能方法。其中三次諧波法和磁鏈觀測法，由于采用了對電壓積分的方法避免了續(xù)流二極管對轉(zhuǎn)子位置估測的影響，適合永磁無刷直流電機的無位置傳感器技術(shù)，但是對電壓積分需要高頻率的AD采樣，同時加大了運算量，不適合高速無刷電機控制。反電勢過零點的方法是將不導通相的端電壓與所計算的虛擬中點電壓進行比較，也可以獲得反電動勢的過零點。這種方法十分簡單，實現(xiàn)也比較方便。
[0004]但是在高速時必須以極高的采樣頻率對永磁無刷直流電機中多個物理量進行測量，然后運行復雜的算法估計出轉(zhuǎn)子位置，這樣即使采用主頻較高的控制器，也很難實時得到精確的位置信號。并且，隨著電機轉(zhuǎn)速的提高，位置估計算法難以及時地計算出當前電機轉(zhuǎn)子的位置情況，對于轉(zhuǎn)速范圍較大的情況，無位置傳感器的檢測難以實現(xiàn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]要解決的技術(shù)問題
[0006]為了避免現(xiàn)有技術(shù)的不足之處，本發(fā)明提出一種雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及反電勢過零點檢測方法，利用倍頻斬波技術(shù)的思想，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。特別適用于無位置起動的高速無刷直流電機。該技術(shù)在降低AD采樣速率的同時增加了采樣點數(shù)，提高了高速電機位置估算的精準度。
[0007]技術(shù)方案
[0008]—種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路，其特征在于包括Q1、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6組成的第一逆變電路，Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12組成的第二逆變電路，Cl母線電容、C2母線電容、Q14切換開關(guān)、Q15切換開關(guān)、Rl充電回路電阻、R2充電回路電阻、Q16開關(guān)管、Q17開關(guān)管、Dl反向并聯(lián)二極管、D2反向并聯(lián)二極管和回路間串聯(lián)二極管Q13 ;第一逆變電路與第一 Y型連接的繞組相連接，第二逆變電路與第二 Y型連接的繞組相連接，第一逆變電路與第二逆變電路之間串接二極管Q13 ;第一逆變電路經(jīng)過Q15與地相連，第二逆變電路經(jīng)過Q14與Vcc相連；Q14兩端并聯(lián)有Rl、Q16以及反向并聯(lián)二極管Dl所組成的充電回路，Q15兩端并聯(lián)有R2、Q17以及反向并聯(lián)二極管D2所組成的充電回路；第一逆變電路的母線并聯(lián)母線電容Cl，第二逆變電路的母線并聯(lián)母線電容C2。
[0009]所述第一逆變電路的逆變電路Ql、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，第二逆變電路的Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12，以及切換開關(guān)Q14和切換開關(guān)Q15采用IGBT或者MOSFET管。
[0010]一種采用所述雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路進行反電勢過零點檢測方法，其特征在于步驟如下:
[0011]步驟1:兩套繞組上第一逆變電路與第二逆變電路上施加的PffM信號，兩個PffM信號具有相位一個差；
[0012]步驟2:對兩套繞組進行反電勢過零點檢測，采樣得到兩倍的反電勢電壓數(shù)據(jù)；
[0013]步驟3:將采集到的反電勢數(shù)據(jù)中，上管換相的數(shù)據(jù)減去1/2VCC，下管換相的數(shù)據(jù)加上1/2VCC，將處理完的數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到反電勢過零點。
[0014]有益效果
[0015]本發(fā)明提出的一種雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及反電勢過零點檢測方法，利用倍頻斬波技術(shù)的思想，結(jié)合新型電機拓撲結(jié)構(gòu)，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓以及續(xù)流方式，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。特別適用于無位置起動的高速無刷直流電機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下幾點:利用電機拓撲結(jié)構(gòu)與倍頻斬波技術(shù)的思想，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。
【附圖說明】
[0016]圖1是發(fā)電時過零點檢測方法原理圖
[0017]圖2是本發(fā)明所述非導通相反電勢采樣總體示意圖
[0018]圖3是本發(fā)明所述非導通相反電勢反電勢采樣局部示意圖
[0019]圖4是控制電路拓撲圖
[0020]圖5是四種依次相差了四分之一個斬波周期的PffM信號
【具體實施方式】
[0021]現(xiàn)結(jié)合實施例、附圖對本發(fā)明作進一步描述:
[0022]本發(fā)明利用倍頻斬波技術(shù)的思想，結(jié)合新型電機拓撲結(jié)構(gòu)，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。特別適用于無位置起動的高速無刷直流電機。
[0023]如圖2所示，提供了一種與高速無刷直流電機倍頻斬波方式相結(jié)合的電壓過零點檢測方法。本發(fā)明包括:兩套逆變電路分別連接兩套電機繞組、兩個母線電容(Cl、C2)，兩個切換開關(guān)(Q14、Q15)，兩個充電回路電阻(R1、R2)與開關(guān)管(Q16、Q17)反向并聯(lián)二極管D1、D2，以及兩套回路間串聯(lián)二極管Q13。
[0024]連接關(guān)系:第一逆變電路與第一 Y型連接的繞組相連接，第二逆變電路與第二 Y型連接的繞組相連接，第一逆變電路與第二逆變電路之間串接二極管Q13;第一逆變電路經(jīng)過Q15與地相連，第二逆變電路經(jīng)過Q14與Vcc相連；Q14兩端并聯(lián)有Rl、Q16以及反向并聯(lián)二極管Dl所組成的充電回路，Q15兩端并聯(lián)有R2、Q17以及反向并聯(lián)二極管D2所組成的充電回路；第一逆變電路的母線并聯(lián)母線電容Cl，第二逆變電路的母線并聯(lián)母線電容C2。
[0025]所述第一逆變電路的逆變電路Ql、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，第二逆變電路的Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12，以及切換開關(guān)Q14和切換開關(guān)Q15采用IGBT或者MOSFET管。
[0026]采用雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路進行反電勢過零點檢測步驟如下:
[0027]步驟1:兩套繞組上第一逆變電路與第二逆變電路上施加的PffM信號，兩個PffM信號具有相位一個差；本實施例中兩套控制電路的PWM信號相差四分之一個斬波周期。
[0028]步驟2:對兩套繞組進行反電勢過零點檢測，采樣得到兩倍的反電勢電壓數(shù)據(jù)；
[0029]步驟3:將采集到的反電勢數(shù)據(jù)中，上管換相的數(shù)據(jù)減去1/2VCC，下管換相的數(shù)據(jù)加上1/2VCC，將處理完的數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到反電勢過零點。
[0030]具體過程:考慮到電機高轉(zhuǎn)速以及功率器件開關(guān)頻率有限之間的矛盾，采用PWM-ON、PffM-OFF-LOff和PffM-OFF-HIGH相結(jié)合的倍頻離散采樣方法，經(jīng)過曲線擬合找到轉(zhuǎn)子過零點，以實現(xiàn)轉(zhuǎn)子位置的采樣。
[0031]PffM-ON 階段
[0032]在功率管開通的每個周期，采樣一次非導通相(以A相為例)的端電壓的幅值，并與1/2母線電壓比較，當比較觸發(fā)時，對兩個相鄰的點進行曲線擬合，結(jié)合其固定的采樣周期，得到非導通反電勢的過零點，如圖3中所示點I?14，其中Al套繞組1，3，5等奇數(shù)與A2套繞組2，4，6等點有相位差。
[0033]PffM-OFF-LOff 和 PffM-OFF-HIGH 階段
[0034]本發(fā)明采用的斬波方式具有斬波續(xù)流回路在高壓側(cè)和低壓側(cè)交替續(xù)流的特點。在反電勢換相點之前，以PffM-OFF-LOW為例，低壓側(cè)續(xù)流時采集到的電壓隨著反電勢變化，高壓側(cè)續(xù)流時采集到的電壓為母線電壓，如圖3中所示點23?30 (其中Al套繞組23?26等點與A2套繞組26?30等點有相位差)。反之，在反電勢換相點之后，高壓側(cè)續(xù)流時采集到的電壓隨著反電勢變化，低壓側(cè)續(xù)流時候采集到的電壓為地電壓，如圖3中所示點15?22 (其中Al套繞組15?18與A2套繞組19?22等點有相位差)。
[0035]由于開關(guān)狀態(tài)可控，將PWM_0FF階段采集到的電壓進行綜合，分別剔除二分之一母線電壓，通過曲線擬合，就可以得到換相點。由于兩套繞組的斬波存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓，可以得到2倍的位置信息，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。
【主權(quán)項】
1.一種雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路，其特征在于包括Ql、Q2、Q3、Q4、Q5和Q6組成的第一逆變電路，Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12組成的第二逆變電路，Cl母線電容、C2母線電容、Q14切換開關(guān)、Q15切換開關(guān)、Rl充電回路電阻、R2充電回路電阻、Q16開關(guān)管、Q17開關(guān)管、Dl反向并聯(lián)二極管、D2反向并聯(lián)二極管和回路間串聯(lián)二極管Q13 ;第一逆變電路與第一 Y型連接的繞組相連接，第二逆變電路與第二 Y型連接的繞組相連接，第一逆變電路與第二逆變電路之間串接二極管Q13 ;第一逆變電路經(jīng)過Q15與地相連，第二逆變電路經(jīng)過Q14與Vcc相連；Q14兩端并聯(lián)有Rl、Q16以及反向并聯(lián)二極管Dl所組成的充電回路，Q15兩端并聯(lián)有R2、Q17以及反向并聯(lián)二極管D2所組成的充電回路；第一逆變電路的母線并聯(lián)母線電容Cl，第二逆變電路的母線并聯(lián)母線電容C2。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路，其特征在于:所述第一逆變電路的逆變電路QU Q2、Q3、Q4、Q5和Q6，第二逆變電路的Q7、Q8、Q9、Q10、Qll和Q12，以及切換開關(guān)Q14和切換開關(guān)Q15采用IGBT或者MOSFET管。3.一種采用權(quán)利要求1或2所述雙繞組高速無刷直流電機倍頻斬波控制電路進行反電勢過零點檢測方法，其特征在于步驟如下: 步驟1:兩套繞組上第一逆變電路與第二逆變電路上施加的PWM信號，兩個PWM信號具有相位一個差； 步驟2:對兩套繞組進行反電勢過零點檢測，采樣得到兩倍的反電勢電壓數(shù)據(jù)； 步驟3:將采集到的反電勢數(shù)據(jù)中，上管換相的數(shù)據(jù)減去1/2VCC，下管換相的數(shù)據(jù)加上1/2VCC，將處理完的數(shù)據(jù)進行線性擬合，得到反電勢過零點。
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種雙繞組無刷直流電機倍頻斬波控制電路及反電勢過零點檢測方法，利用倍頻斬波技術(shù)的思想，結(jié)合新型電機拓撲結(jié)構(gòu)，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓以及續(xù)流方式，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。特別適用于無位置起動的高速無刷直流電機。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明有以下幾點：利用電機拓撲結(jié)構(gòu)與倍頻斬波技術(shù)的思想，通過斬波方式存在相位差，可以根據(jù)該相位差分時采樣非導通相端電壓，實現(xiàn)過零點的倍頻采樣，提高反電勢過零點采樣精度，以及轉(zhuǎn)速采樣精度。
【IPC分類】H02P6/18, H02P6/10
【公開號】CN105071716
【申請?zhí)枴緾N201510351256
【發(fā)明人】龐基, 劉衛(wèi)國, 譚博, 駱光照
【申請人】西北工業(yè)大學
【公開日】2015年11月18日
【申請日】2015年6月23日