针对无刷DC控制使用反激电压进行自动超前角调整的方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及针对无刷DC控制使用反激电压进行自动超前角调整的方法和装置，并且公开了一种方法(图8，800)，其包括：输出高侧驱动器门信号到多个高侧驱动器设备并且输出低侧驱动器门信号到多个低侧驱动器设备，以控制供应给电机的电流，该电机被耦合以接收多个相节点处的电流；在所选的相节点处的电压的预期过零点的大约之前的时间，停用高侧驱动器和低侧驱动器(801)；测量反电动势(BEMF)电压并且观察过零点时间(803)；估计下一个过零点时间(803)；在下一个过零点时间之前，停用高侧驱动器和低侧驱动器并且观察所选的相节点处的第一电压以形成第一样本(805)；并且在下一个过零点时间之后，观察第二电压以形成第二样本(807)。

Method and device for automatic leading angle adjustment using flyback voltage for brushless DC control

The present application relates to a method and apparatus for automatically adjusting the lead angle using flyback voltage for brushless DC control, and discloses a method (fig. 8, 800) comprising: outputting a high-side drive door signal to a plurality of high-side drive devices and outputting a low-side drive door signal to a plurality of low-side drive devices to control supply Given the current to the motor, the motor is coupled to receive current at multiple phase nodes; stops the high side drive and low side drive (801) approximately before the expected zero-crossing point of the voltage at the selected phase node; measures the back electromotive force (BEMF) voltage and observes the zero-crossing point time (803); estimates the next zero-crossing point time (801). 803; before the next zero-crossing time, stop the side drive and the low-side drive and observe the first voltage at the selected phase node to form the first sample (805); and after the next zero-crossing time, observe the second voltage to form the second sample (807).

【技术实现步骤摘要】
针对无刷DC控制使用反激电压进行自动超前角调整的方法和装置
本专利技术总体涉及用于无刷电机控制的电子电路，并且更具体地涉及使用反激电压对DC电机进行自动超前角调整的方法和装置。
技术介绍
电动机利用磁性将电力转换成旋转运动，在常规的电动机中，其具有两部分：称为定子的固定部分和称为转子的旋转部分。电动机可以被分为DC电机和AC电机。在AC电机类别中有两大种类：感应电机和永磁同步电机(PMSM)。在DC电机类别中有两大种类：有刷电机和无刷电机。在每个电机种类中，转子和定子具有带有相反磁场的磁体。磁场可以用永磁体或电磁体产生。典型地，至少一组磁体是电磁体，使得电磁体可以被顺序地激励，以产生旋转(rotating)磁场。该旋转磁场致使在转子和定子上的磁极推拉最近的磁极。连续顺序地激励电磁体以产生旋转磁场的过程称为“换向”。在有刷DC电机中，旋转通过机械换向器完成，在这种情况下使用术语“自换向”。对于无刷DC电机，其中由电机控制器执行换向，使用术语“外部换向”。当转子机械旋转时，转子和定子之间的磁场相互作用产生电压。以这种方式使用的电机被称为发电机。转子的旋转越快，产生的电压就越高。当转子带电转动时，转子和定子之间的磁场相互作用产生电压，正如电机是发电机一样。所产生的电压相当于反抗被用于驱动电机中的电磁体的电压的力。该力有几个名字，两个常见的名字是“逆电动势(counter-electromotiveforce)”和“反电动势(back-electromotiveforce)”或“BEMF”。本文使用的术语BEMF指的是感应电压。BEMF电压的量值与转子的旋转速度成比例。在有刷DC电机中，转子具有电磁体，并且通过在转子轴上的分段接触机械地完成换向，该转子轴是转子的各个电磁体被连接的地方。电刷(典型地为碳块)将电流传导到换向器上的区段以激励转子上的电磁体。当转子转动时，电刷从一组触点移动到另一组触点，以激励另一组电磁体。电磁体的顺序激励导致转子转动。在有刷DC电机的情况中，仅仅向电机供应DC功率就会导致转子转动。在无刷DC电机中，转子具有永磁体并且定子具有电磁体。由电机控制器对定子绕组外部地换向，该电机控制器使用所感测的转子的速度和位置来安排电磁体线圈的激励时间以使转子转动。在一些外部换向电机中，电机控制器使用霍尔效应传感器来感测转子的位置和速度。当转子转动时，定子中产生与转子的速度成比例的BEMF。一些电机控制器测量BEMF电压来感测转子的位置和速度。这种方法消除了霍尔效应传感器的需求、成本和尺寸。使用这种技术的电机控制器有时被称为“无传感器”控制器。可以利用更小的、成本更低的无传感器控制器的产品应用受益于无传感器技术。电机/控制器设备的进一步改进和简化需要持续的努力。
技术实现思路
一种方法包括：输出高侧驱动器门信号到多个高侧驱动器设备，并且输出低侧驱动器门信号到多个低侧驱动器设备，配置为控制供应给具有多个相节点的电机的电流；在所选的相节点的预期过零点的大约之前的时间，停用高侧驱动器门信号和低侧驱动器门信号；测量反电动势(BEMF)电压并观察过零点时间；估计下一个过零点时间；在下一个过零点时间之前，停用被耦合到所选的相节点的高侧驱动器门信号和低侧驱动器门信号，并且观察第一电压以形成第一样本；并且在下一个过零点时间之后，观察第二电压以形成第二样本。附图说明图1是基本三相无刷电机驱动器系统的框图。图2A和图2B分别是高侧FET控制的电机绕组的电路示意图和相应的反激电压的曲线图。图3A和图3B分别是低侧FET控制的电机绕组的电路示意图和相应的反激电压的曲线图。图4A、图4B和图4C是示出BEMF测量窗口的曲线图。图5是实施示例实施例的三相无刷电机驱动器系统的框图。图6是指示来自示例实施例的采样窗口的电机电流和BEMF的曲线图。图7A、图7B和图7C是采样窗口的曲线图。图8是方法实施例的流程图。具体实施方式除非另外指明，否则在不同的附图中相应的数字和符号通常指的是相应的部分。这些附图不一定按比例绘制。术语“耦合”可以包括利用中间元件进行的连接，并且在被“耦合”的任何元件之间可以存在附加元素和各种连接。当电机电流和BEMF电压同相时达到无刷DC电机的最佳性能。BEMF是电机的固有特性并且BEMF相位随转子速度和负载而改变。电机控制器通过调整施加的电机电压相位来调整电机电流相位。对于电机控制器将BEMF相位与电机电流相位保持对准，控制器需要知道BEMF电压相位和电机电流相位。在直接测量方法中，电机电流利用分流电阻器测量，并且BEMF电压在电机定子绕组两端测量。示例实施例提供了一种无刷电机控制器，该控制器通过使用反激电压测量来动态确定电机电流相位，从而产生动态调整电流超前角以将电机维持在最佳工况或接近最佳工况的能力。先前方案中电流测量硬件的消除降低了电机控制器的复杂性、成本和尺寸。图1是常规三相无刷电机驱动器系统100的框图。该无刷电机系统100包含控制器110，六个驱动器设备，该驱动器设备是显示为场效应晶体管(FET)122U、122V、122W、124U、124V、124W的晶体管，以及电机130。在控制器110中，具有CPU111、存储器112、脉冲宽度调制(PWM)驱动器113、由模数转换器(ADC)114实现的采样电路、相分流电阻器115和分流放大器116。电机130的绕组被命名为U、V、W，并且每一个绕组有一对FET，其中“高侧驱动器”FET124U、124V、124W将相应的电机绕组耦合到Vdc+并且“低侧FET”122U、122V、122W将相应的绕组耦合到Vdc-。尽管为了简单并非所有的通信线路都被绘出，但CPU111至少与PWM113块、存储器112和ADC块114通信。在替代实施例中，相应的绕组可以被耦合到地来代替Vdc-，并且可以使用任一参考电压来形成额外的实施例。ADC块114被耦合到CPU111、分流放大器116和在电机130中被标记为U、V和W的三个绕组的绕组连接点。依赖于各种因素，诸如集成的规模以及电机的尺寸和功率，控制器110可以被制造为包含块110中所示的所有部件的单个集成电路。在示例性布置中，集成电路控制器110还可以包含用于较低功率电机的驱动器FET124U、124V、124W和122U、122V、122W。在另一种布置中，控制器110可以完全由分立部件制造或由集成电路和分立部件的一些组合来制造。在控制器110中，CPU111可以是DSP(数字信号处理器)、MCU(微控制器单元)、精简指令集计算机核(诸如RISC或ARM核)、MSP(混合信号处理器)或能够执行计算的任何其他处理电路。在操作中，控制器110为电机130提供外部换向。存储在存储器112中的程序被CPU111执行，CPU111为控制器110中的PWM模块113提供定时脉冲。PWM模块113驱动高侧FET124U、124V、124W和低侧FET122U、122V、122W来为电磁体供应能量，这致使电机130的外部换向。电机130的换向产生旋转磁场，该旋转磁场致使转子(未示出)转动。CPU111使用BEMF电压和电机电流信息来执行安排PWM部分113的脉冲的时间所必要的过程。当BEMF电压和电机电流在同一时间穿过零电压线本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种方法，包括：输出高侧驱动器门信号到多个高侧驱动器设备并且输出低侧驱动器门信号到多个低侧驱动器设备，配置为控制供应给具有线圈的电机的电流，所述线圈被耦合以在位于所述高侧驱动器设备中相应的高侧驱动器设备和所述低侧驱动器设备中相应的低侧驱动器设备之间的多个相节点处接收用于所述电机的相的电流；在所述多个相节点中所选的一个相节点处的电压的预期过零点的大约之前的时间，停用给所述相应的高侧驱动器设备的所述高侧驱动器门信号，并停用给所述相应的低侧驱动器设备的所述低侧驱动器门信号，所述相应的高侧驱动器设备和所述相应的低侧驱动器设备都耦合到所述相节点中的所述所选的一个相节点；通过对所述相节点中的所述所选的一个相节点处的电压进行采样而测量反电动势电压即BEMF电压，并且观察过零点时间；使用所观察的过零点时间，估计所述相节点中的所述所选的一个相节点处的下一个过零点时间；使用所述高侧驱动器门信号和所述低侧驱动器门信号以在所述相节点中的所述所选的一个相节点处供应电流，从而操作电机；在所述下一个过零点时间之前，停用给所述相应的高侧驱动器设备的所述高侧驱动器门信号，并停用给所述相应的低侧驱动器设备的所述低侧驱动器门信号，所述相应的高侧驱动器设备和所述相应的低侧驱动器设备被耦合到所述相节点中的所述所选的一个相节点处，并且观察所述所选的一个相节点处的第一电压以形成第一样本；以及在所述下一个过零点时间之后，观察所述相节点中的所述所选的一个相节点处的第二电压以形成第二样本。...

【技术特征摘要】
2017.02.06 US 15/425,7271.一种方法，包括：输出高侧驱动器门信号到多个高侧驱动器设备并且输出低侧驱动器门信号到多个低侧驱动器设备，配置为控制供应给具有线圈的电机的电流，所述线圈被耦合以在位于所述高侧驱动器设备中相应的高侧驱动器设备和所述低侧驱动器设备中相应的低侧驱动器设备之间的多个相节点处接收用于所述电机的相的电流；在所述多个相节点中所选的一个相节点处的电压的预期过零点的大约之前的时间，停用给所述相应的高侧驱动器设备的所述高侧驱动器门信号，并停用给所述相应的低侧驱动器设备的所述低侧驱动器门信号，所述相应的高侧驱动器设备和所述相应的低侧驱动器设备都耦合到所述相节点中的所述所选的一个相节点；通过对所述相节点中的所述所选的一个相节点处的电压进行采样而测量反电动势电压即BEMF电压，并且观察过零点时间；使用所观察的过零点时间，估计所述相节点中的所述所选的一个相节点处的下一个过零点时间；使用所述高侧驱动器门信号和所述低侧驱动器门信号以在所述相节点中的所述所选的一个相节点处供应电流，从而操作电机；在所述下一个过零点时间之前，停用给所述相应的高侧驱动器设备的所述高侧驱动器门信号，并停用给所述相应的低侧驱动器设备的所述低侧驱动器门信号，所述相应的高侧驱动器设备和所述相应的低侧驱动器设备被耦合到所述相节点中的所述所选的一个相节点处，并且观察所述所选的一个相节点处的第一电压以形成第一样本；以及在所述下一个过零点时间之后，观察所述相节点中的所述所选的一个相节点处的第二电压以形成第二样本。2.根据权利要求1所述的方法，并且其进一步包括：使用所述第一样本和所述第二样本，确定对应于所述第一样本的第一线圈电流极性和对应于所述第二样本的第二线圈电流极性。3.根据权利要求2所述的方法，并且其进一步包括：根据所述第一线圈电流极性和所述第二线圈电流极性确定电机电流和所述电机的反电动势即BEMF是否同相。4.根据权利要求3所述的方法，其中所述确定包括比较所述第一线圈电流极性和所述第二线圈电流极性。5.根据权利要求4所述的方法，其中如果所述比较表明所述第一线圈电流极性和所述第二线圈电流极性相反，则所述电机的超前角调整被确定为是对准的。6.根据权利要求4所述的方法，其中如果所述比较表明所述第一线圈电流极性和所述第二线圈电流极性是相同极性并且都为正，则通过使用所述低侧驱动器门信号和所述高侧驱动器门信号增加超前角来调整所述电机的超前角调整。7.根据权利要求4所述的方法，其中如果所述比较表明所述第一线圈电流极性和所述第二线圈电流极性是相同的并且都为负，则通过使用所述低侧驱动器门信号和所述高侧驱动器门信号减少超前角来调整所述电机的超前角调整。8.一种装置，包括：电机，其具有多个相输入端和耦合在电源电压和所述相输入端之间的相应的高侧驱动器设备，并且具有被耦合为控制所述高侧驱动器设备的高侧驱动器门信号，并且具有耦合在所述相输入端和地电势之间的相应的低侧驱动器设备，并且具有被耦合为控制所述低侧驱动器设备的低侧驱动器门信号；电机控制器，其被耦合到所述低侧驱动器门信号并且被耦合到所述高侧驱动器门信号，以便以一种模式为所述相输入端供应电流，以引起所述电机通过分别为耦合到所述相输入端的所述高侧驱动器设备供应所述高侧驱动器门信号和为耦合到所述相输入端的所述低侧驱动器设备供应所述低侧驱动器门信号而旋转，从而操作所述电机；所述电机控制器包括：采样电路，其耦合在所述相输入端和所述电机的中心抽头之间以对所述相输入端的反电动势电压即BEMF电压进行采样；所述电机控制器，其通过停用到所选的相输入端的所述高侧驱动器门信号和所述低侧驱动器...

【专利技术属性】
技术研发人员：Z·S·巴克利，S·欧，
申请(专利权)人：德克萨斯仪器股份有限公司，
类型：发明
国别省市：美国,US