无传感器BDLC控制制造技术

一种用于控制单线圈BLDC电机的方法(800)，该方法包括：在至少一个换向周期期间监测(810)指示通过该BLDC电机的线圈的相电流的时间导数的信号；确定(820)至少一个换向周期的第一时刻，使得在该第一时刻，相电流的时间导数的绝对值小于或等于斜率阈值；基于换向周期的第一时刻和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)该换向周期中的驱动信号的上升沿，和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)在该换向周期中的驱动信号的下降沿；使用驱动信号来驱动(840)该单线圈BLDC电机。

【技术实现步骤摘要】
无传感器BDLC控制
本专利技术涉及用于控制单线圈无刷DC电机的方法和系统。更具体而言，它涉及无刷DC电机的无传感器控制。
技术介绍
无刷DC电机典型地包括磁转子和一个或多个定子线圈。为了通过向一个或多个定子线圈施加适合的驱动电流波形来驱动转子，知晓相对于定子线圈的转子位置是重要的。根据该位置，驱动器生成在特定方向上通过特定线圈的电流以生成扭矩，从而使转子在期望的方向上转动。当转子已经转动超过某个位置(换向点(commutationpoint))时，电流方向需要改变(换向)，使得它再次处于适当的方向以在期望的方向上生成扭矩。用于控制无刷DC电机的换向的方法和系统可以基于霍尔传感器。这些(多个)霍尔传感器检测转子相对于定子线圈的位置，并且基于该位置控制通过(多个)电机线圈的电流。为了避免对霍尔传感器的需求，开发了无传感器换向方法。这种无传感器方法可以例如监测用于估计转子的位置的BEMF电压。无传感器方法使电机结构复杂度更低，因为霍尔传感器的位置对于基于霍尔的换向的操作是关键的。在诸如低成本大容量风扇系统中，基于霍尔感测的单线圈风扇被应用，低成本大容量风扇系统诸如，它们被用于CPU冷却、制冷机通风、功率转换器冷却等。在这样的低成本系统中的情况下可以避免霍尔传感器，清楚的是，风扇驱动器可以不再必须成靠近转子来应用，或者甚至不再必须在风扇的内部。在当前的低成本系统中，远程控制器典型地使用PWM输入信号和FG/RD通信接口引脚以控制集成到远程风扇中的风扇驱动器。在无传感器控制的情况下，通过使风扇驱动器位于靠近控制器，或者甚至集成到远程控制器中，可以实现显著的系统简化。另一个问题在于，只有在线圈中没有电流流动时才能正确地测量BEMF电压。为此目的，必须在驱动波形轮廓中创建在线圈中无电流的窗口。这可能在由电机生成的扭矩中引入扭矩波动、可听到的或EMC噪声。例如，美国专利申请公开2006/0214611中描述了单线圈无刷DC电机，并且公开了用于控制测量绕组的反emf的无传感器单相DC电机的方法和电路。在这种方法中，通过停止供电电流基于反emf来确定转子位置，并且在电流已经衰减之后测量反emf。在美国专利第9,515,588号中公开的替代设计中，控制无刷永磁体电机的方法包括生成与绕组电压成比例的电压，并生成与第一信号有区别的第二信号以生成第三信号，该第三信号与第一信号相比较以创建输出信号，该输出信号具有对应于第一信号与第三信号之间的一致部分的边缘。在三相无刷DC(BLDC)电机中，称为梯形控制的公知的第一换向策略是在驱动第一和第二线圈的同时监测未被驱动的第三线圈中的BEMF电压过零。在一个示例设计中，EP1612925描述了一种同步加速控制方法，该方法包括：当BLDC电机被同步地加速时，在相位换向时间点(t0)处执行相电流的相位换向；当被供应到BLDC电机的相电流超过预定值(TH1)时，检测相电流施加时间点(t1)；以及当基于在相位换向时间点(t0)与相电流施加时间点(t1)之间的瞬态电流检测时间δt，相对于旋转体的旋转位置将电压施加至定子绕组时，控制电压施加时间点，使得相电流不是过量地大。美国专利第9,602,032号基于阻抗测量来检测转子位置，并且EP2037567B1基于BEMF来检测转子位置。在被称为正弦波策略的更高级的三相BLDC控制策略中，当所有三个线圈被驱动时定义换向。存在方法，其中在每60度或60度的倍数的预定义的时刻，定义转子位置。在其他方法中，电流被连续地监测。这些方法被称作为场定向控制(FOC)。随着方法变得更复杂，所需的计算急剧地增加。对于FOC控制，8位、16位甚至32位CPU被应用。这些方法的性能也强烈地取决于电机磁性设计，其优选地通过施加恒定电流来递送恒定扭矩。否则，驱动必须补偿这种电机缺陷，导致进一步的驱动复杂性。在所有正弦波方法中，必要部分是以最小的扭矩波动将转矩矢量从一个线圈平滑地传递到下一个线圈。在单线圈BLDC控制中，这种平滑的传递是不可能的，因为扭矩在转子北极运送到南极的点处必须经过零点。在单线圈电机中，因为没有未被驱动的线圈，因此梯形法不能被应用，并且因为单线圈风扇扭矩每180电角度的强非线性性质，FOC方法也不明显。因此，对于以无传感器方式来驱动单线圈无刷DC电机存在改进空间。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的在于提供用于驱动单线圈BLDC电机的良好的系统和方法。上述目标通过根据本专利技术的方法和设备来实现。在第一方面，本专利技术的实施例涉及用于控制单线圈无刷DC电机的方法800，该方法包括：-在至少一个换向周期期间监测指示通过所述无刷DC电机的线圈的相电流的时间导数的信号，-确定所述至少一个换向周期的第一时刻，使得在所述第一时刻，所述相电流的时间导数的绝对值小于或等于斜率阈值，-基于换向周期的第一时刻和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定所述换向周期中的驱动信号的上升沿，和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定在所述换向周期中的驱动信号的下降沿，-使用在所述确定步骤中定义的驱动信号来驱动所述单线圈无刷DC电机。本专利技术实施例的优点在于，确定驱动信号的上升沿和/或下降沿而不需要基于测量相电流的霍尔传感器(即，以所谓的无传感器方式)是可能的。因此所使用的一个特定参数是换向周期的第一时刻。当相电流的时间导数的绝对值小于或等于斜率阈值(diph/dt_th)时，检测并寄存该第一时刻。该斜率阈值可以是可调整的。本专利技术的实施例的优点在于，该第一时刻(Tzc)指示反EMF的过零。在本专利技术的实施例中，当相电流的时间导数的绝对值正在减小时，监测指示相电流的时间导数的信号。在本专利技术的实施例中，换向周期中的驱动信号的上升沿至少基于在至少一个较早的换向周期中的第一时刻来确定。本专利技术的实施例的优点在于，它们允许基于指示先前换向的相电流的时间导数的信号的测量来对驱动信号进行适配控制。在本专利技术的实施例中，换向周期中的驱动信号的上升沿基于该换向周期中的第一时刻，并且基于至少一个较早的换向周期中的第一时刻。在本专利技术的实施例中，当相电流的绝对值减小到低于传感器阈值时，或者当驱动信号在线圈上具有低于驱动阈值的平均电压差时，或者在下降沿的开始之后或在下降沿的结束之后的预定义的时间或角位置处，开始监测指示通过无刷DC电机的线圈的相电流的时间导数的信号。本专利技术的实施例的优点在于，用于监测指示相电流的时间导数的信号的时间窗口可以被减小到具有增加的信噪比的时段。在本专利技术的实施例中，预定义的时间、角位置或相电流指示阈值可以例如基于相位或供应电流测量或占空比值或速度信息、使用查找表或通过闭环或者开环调节或任何组合来调整。在本专利技术的实施例中，当相电流的时间导数的绝对值下降到低于斜率阈值时，或者在开始监测之后的预定义的超时值或角度值处，停止监测指示相电流的时间导数的信号。在本专利技术的实施例中，确定驱动信号的上升沿包括：确定上升沿的开始时刻和/或上升沿的形状，并且其中，确定驱动信号的下降沿包括：确定下降沿的开始时刻和/或下降沿的形状。本专利技术实施例的优点在于，确定驱动信号的上升沿的开始时刻(换向点)和/或驱动信号的下降沿的结束时刻而不需要基于测量相电流的霍尔传感器(即，以所谓的无传感器方式)是可能的。本专利技术实施例的优本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法(800)，所述方法包括：‑在至少一个换向周期期间监测(810)指示通过所述无刷DC电机的线圈的相电流的时间导数的信号，‑确定(820)所述至少一个换向周期的第一时刻，使得在所述第一时刻，所述相电流的时间导数的绝对值小于或等于斜率阈值，‑基于换向周期的第一时刻和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)所述换向周期中的驱动信号的上升沿，和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)在所述换向周期中的驱动信号的下降沿，‑使用在所述确定步骤(830)中定义的驱动信号来驱动(840)所述单线圈无刷DC电机。

【技术特征摘要】
2017.07.04 EP 17179574.31.一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法(800)，所述方法包括：-在至少一个换向周期期间监测(810)指示通过所述无刷DC电机的线圈的相电流的时间导数的信号，-确定(820)所述至少一个换向周期的第一时刻，使得在所述第一时刻，所述相电流的时间导数的绝对值小于或等于斜率阈值，-基于换向周期的第一时刻和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)所述换向周期中的驱动信号的上升沿，和/或基于至少一个较早的换向周期的第一时刻来确定(830)在所述换向周期中的驱动信号的下降沿，-使用在所述确定步骤(830)中定义的驱动信号来驱动(840)所述单线圈无刷DC电机。2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述驱动信号是脉宽调制信号或线性控制信号。3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述驱动信号是脉宽调制信号，并且其中，所述斜率阈值随着PWM输入信号的占空比的增加而增加。4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述电流以预定义的时间间隔(dt)来测量，或者所述时间间隔(dt)以预定义的电流间隔(dI)来测量。5.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，当所述相电流的时间导数的绝对值正在减小时，监测(810)指示所述相电流的时间导数的信号。6.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，确定(830)在所述换向周期中的所述驱动信号的上升沿至少基于在至少一个较早的换向周期中的第一时刻。7.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，当所述相电流的绝对值减小到低于传感器阈值时，或者当所述驱动信号在线圈上具有低于驱动阈值的平均电压差时，或者在所述下降沿的开始之后或在所述下降沿的结束之后的预定义的时间或角位置处，开始监测(810)指示通过所述无刷DC电机的所述线圈的所述相电流的时间导数的信号。8.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，当所述相电流的时间导数的绝对值下降到低于所述斜率阈值时，或者在开始所述监测之后的预定义的超时值或角度值处，停止监测(810)指示所述相电流的时间导数的信号。9.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，确定驱动信号的上升沿包括：确定所述上升沿的开始时刻和/或所述上升沿的形状，并且其中，确定驱动信号的下降沿包括：确定所述下降沿的开始时刻和/或所述下降沿的形状。10.根据权利要求1所述的方法(800)，其中，在换向周期中的所述驱动信号的下降沿被确定(830)为使得所述相电流的绝对值在第二时刻降低到低于切换阈值，使得所述第二时刻在所述换向周期中的所述驱动信号的上升沿之前和/或在所述换向周期的第一时刻之前。11.根据权利要求10所述的方法(800)，其中，用于下一个换向周期的驱动信号的上升沿基于所述至少一个较早的换向周期的第一时刻和/或第二时刻来确定(830)。12.根据前述权利要求中任一项所述的方法(800)，其中，当所述相电流的时间导数的绝对值正在减小时，监测(810)所述相电流，并且其中，所述斜率阈值随着所述单线圈无刷DC电机的速度的增加和/或平均相电流的绝对值的增加而增加。13.一种用于控制单线圈无刷DC电机的系统(200)，所述系统(200)包括：-电流传感器(...

【专利技术属性】
技术研发人员：D·勒曼，左星，
申请(专利权)人：迈来芯保加利亚有限公司，
类型：发明
国别省市：保加利亚,BG