用于無刷電機的控制器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001 ]本發(fā)明涉及用于無刷電機的控制器。
【背景技術(shù)】
[0002]無刷電機的控制器通常包括處理器，用于響應(yīng)于不同事件執(zhí)行不同的軟件例程。事件處理的一般方法為通過使用中斷。響應(yīng)于中斷，處理器中斷主代碼的執(zhí)行并且通過執(zhí)行中斷服務(wù)例程(ISR)來服務(wù)中斷。當(dāng)執(zhí)行ISR時，處理器不能服務(wù)任何其它中斷。因此，如果兩個中斷在同時發(fā)生，一個ISR的執(zhí)行將被延遲。該延遲于是可以不利地影響電機的性能。例如，控制器可以使用計時器中斷來控制電機的相繞組被換向的時間。在服務(wù)該中斷中的任何延遲于是將很可能會影響電機的功率和/或效率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明提供了一種用于無刷電機的控制器，所述控制器包括配置為半橋模式或全橋模式的ΠΜ模塊，其中pmi模塊輸出控制信號，用于控制電機的繞組的激勵，且HVM模塊的占空比和周期中的一個限定繞組被換向的時間點。
[0004]用于換向繞組的控制信號由此通過硬件而非軟件產(chǎn)生，即通過外設(shè)而不是通過控制器的處理器。由此不需要為了換向繞組而產(chǎn)生中斷。結(jié)果，中斷沖突可被避免或最小化。
[0005]PWM模塊的占空比和周期中的另一個可限定繞組被續(xù)流的時間點。這于是具有益處在于用于換向和續(xù)流繞組的控制信號通過硬件產(chǎn)生，而不需要軟件中斷。由于占空比和周期限定繞組被換向和續(xù)流的時間點，PWM模塊的每個周期限定電機的電半周期的一個半部。每個PWM周期的兩個脈沖由此限定時段，繞組在該時段上被激勵和續(xù)流。
[0006]PWM模塊的占空比和/或周期可在PWM模塊的每個周期之后被更新。此外，占空比和/或周期可響應(yīng)于電機速度的變化和用于激勵繞組的電源電壓的幅度的變化而更新。通過在每個PWM周期后更新占空比和/或周期，控制器能夠正確地響應(yīng)電機速度中的變化和/或電源電壓中的變化。結(jié)果相對良好的控制可以針對電機的功率和/或效率實現(xiàn)。
[0007]控制器可將電機的每個電半周期分為傳導(dǎo)時段和隨后的續(xù)流時段，且PWM模塊可輸出控制信號用于在傳導(dǎo)時段期間激勵繞組，且在續(xù)流時段期間續(xù)流繞組。PWM模塊的占空比于是限定傳導(dǎo)時段或續(xù)流時段中的一個開始的時間點，且周期限定傳導(dǎo)時段和續(xù)流時段中的另一個開始的時間點。
[0008]PWM模塊可以示出控制信號，用于相對于反電動勢中的過零點使繞組換向，或在由相時段限定的時間處升高在繞組中的電感。PWM模塊的占空比或周期于是由相時段限定。電機的功率通常對相時段中的改變敏感。因此，通過改變占空比或時段，相對良好的控制可以針對電機的功率和/或效率實現(xiàn)。
[0009]控制器可以包括配置為半橋模式的第一PWM模塊，以及配置為半橋模式的第二PWM模塊。第一PWM模塊于是在電機的電周期的一個半部期間調(diào)制控制信號，且第二PWM模塊在電機的電周期的另一個半部上調(diào)制控制信號。配置為半橋模式的兩個PWM模塊具有益處在于控制信號可以被使用以在續(xù)流期間閉合逆變器的兩個下側(cè)開關(guān)。結(jié)果，電機的效率可被改善。兩個PWM模塊還具有益處在于模塊可在不需要產(chǎn)生軟件中斷的情況下操作。特別地，第一 PWM模塊可在第二 PWM模塊的周期期間更新，第二 PWM模塊可在第一 PWM模塊的周期期間更新。結(jié)果，一個PWM模塊可以在不中斷另一個PWM模塊的操作的情況下更新。此外，每個PWM模塊可以在控制器的處理器方便的時刻更新。
[0010] 控制器可接收具有邊緣的轉(zhuǎn)子位置信號，且控制器可包括處理器，處理器響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號中的升高邊緣更新第一 PWM模塊，且處理器響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號中的下降邊緣更新第二 PWM模塊。兩個PWM模塊于是在不需要PWM模塊去中斷處理器的情況下被更新?？刂破骺梢詮霓D(zhuǎn)子位置信號的邊緣之間的時段來確定電機的速度。響應(yīng)于轉(zhuǎn)子位置信號的邊緣更新PWM模塊于是還具有益處在于PWM模塊可以立即更新以反映電機速度的變化。
[0011 ]控制器可以包括配置為全橋模式的PWM模塊。PWM模塊于是在每個PWM周期的終點處產(chǎn)生中斷。控制器的處理器于是響應(yīng)于該中斷而更新PWM模塊的占空比和/或周期。該方案的益處在于僅需要一個HVM模塊，且由此可以使用更簡單且潛在的更便宜的控制器。此夕卜，由PWM模塊輸出的控制信號在續(xù)流期間可以被用于僅閉合逆變器的一個低側(cè)開關(guān)。這于是具有益處在于，如果逆變器的開關(guān)能夠沿雙方向?qū)?，防止繞組中的電流在續(xù)流期間產(chǎn)生負(fù)扭矩。盡管通過PWM模塊產(chǎn)生了中斷，中斷僅需要更新PWM模塊。PWM模塊仍產(chǎn)生控制信號，用于換向和續(xù)流繞組，而不需要中斷。
[0012]本發(fā)明還公開了一種用于無刷電機的控制器，控制器包括配置為半橋模式或全橋模式的PWM模塊，其中控制器將電機的每個電半周期分為傳導(dǎo)時段和隨后的續(xù)流時段，且PWM模塊輸出控制信號用于在傳導(dǎo)時段期間激勵電機的繞組，且在續(xù)流時段期間續(xù)流繞組，PWM模塊的占空比限定傳導(dǎo)時段或續(xù)流時段中的一個開始的時間點，且PWM模塊的周期限定傳導(dǎo)時段和續(xù)流時段中的另一個開始的時間點。
[0013]用于激勵和續(xù)流繞組的控制信號由此通過硬件而非軟件產(chǎn)生，即通過外設(shè)而不是通過控制器的處理器。由此不需要為了激勵和續(xù)流繞組而產(chǎn)生中斷。結(jié)果，中斷沖突可被避免或最小化。由于電機的每個電半周期被分為傳導(dǎo)時段和續(xù)流時段，每個PWM周期的兩個脈沖限定繞組被激勵和續(xù)流的時段。
[0014]本發(fā)明還公開了一種用于控制無刷電機的控制電路，所述控制電路包括逆變器和如前述任一段落中所述的控制器，其中逆變器包括聯(lián)接到電機的繞組的全橋開關(guān)，控制器包括配置為全橋模式的單個PWM模塊或配置為半橋模式的兩個PWM模塊，所述PWM模塊輸出控制信號，用于控制逆變器的開關(guān)。
[0015]本發(fā)明還提供了一種電機組件，包括永磁體電機，其具有單相繞組，和如前述段落中所述的控制電路。
【附圖說明】
[0016]為了使本發(fā)明可能更容易理解，現(xiàn)在將通過示例參照附圖描述本發(fā)明的實施例，附圖中:
[0017]圖1是根據(jù)本發(fā)明的電機組件的框圖；
[0018]圖2是電機組件的示意圖；
[0019]圖3詳細(xì)說明了逆變器響應(yīng)于由電機組件的控制器發(fā)出的控制信號的允許狀態(tài)；
[0020]圖4示出在加速模式中操作時的電機組件的各種波形；
[0021 ]圖5示出在穩(wěn)態(tài)模式中操作時的電機組件的各種波形；
[0022]圖6示出了當(dāng)在穩(wěn)態(tài)模式中操作時由假想控制器產(chǎn)生的軟件中斷；
[0023]圖7示出了在第一配置中的控制器，其中兩個HVM模塊每個都被配置在半橋模式中；
[0024]圖8示出了每個PWM模塊的部件；
[0025]圖9示出了電機組件的各種波形和中斷，包括由兩個PWM模塊產(chǎn)生的控制信號；
[0026]圖10為類似于圖8但是強調(diào)了在每個PWM模塊中兩個占空比寄存器的提供；以及
[0027]圖11示出了在第二替代配置中的控制器，其中單個PWM模塊被配置為全橋模式。
【具體實施方式】
[0028]圖1和2的電機組件1由DC電源2供電，并且包括無刷電機3和控制電路4。
[0029]電機3包括四極永磁轉(zhuǎn)子5，其相對于四極定子6旋轉(zhuǎn)。圍繞定子6纏繞的導(dǎo)線聯(lián)接在一起以形成單相繞組7。
[0030]控制電路4包括濾波器8、逆變器9、門驅(qū)動器模塊10、電流傳感器11、電壓傳感器12、位置傳感器13和控制器14。
[0031 ]濾波器8包括鏈電容C1，其平滑由于逆變器9切換造成的相對高頻波動。
[0032]逆變器9包括將相繞組7聯(lián)接電壓軌的四個功率開關(guān)Q1-Q4的全橋。開關(guān)Q1-Q4中的每一個包括續(xù)流二極管。
[0033]門驅(qū)動器模塊10響應(yīng)于從控制器14接收的控制信號驅(qū)動開關(guān)Q1-Q4的斷開和閉入口 ο
[0034]電流傳感器11包括定位在逆變器和零電壓軌之間的分流電阻器R1?？珉娏鱾鞲衅?1的電壓提供連接到電源2時相繞組7中的電流的測量值?？珉娏鱾鞲衅?1的電壓被作為信號I_PHASE輸出至控制器14。
[0035]電壓傳感器12包括定位在DC電壓軌和零電壓軌之間的分壓器R2、R3。電壓傳感器輸出信