基于电流感测的换向控制制造技术

一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，该方法包括至少第一EHP序列，该序列包括：在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)电机以加速该电机，使得在随后的生成器模式时段期间，相位电流进入生成器模式；在生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)该电机，生成器模式信号允许相位电流处于生成器模式；在生成器模式时段期间监测(140)该相位电流，由此获得相位电流信息；以及基于所获得的相位电流信息来确定(110)下一个EHP序列的参数。

Commutation Control Based on Current Sensor

A method for controlling a single-coil brushless DC motor includes at least the first EHP sequence, which includes: driving (120) the motor during the torque generation period to accelerate the motor so that the phase current enters the generator mode during the subsequent generator mode period; and driving (130) the generator mode signal during the generator mode period. The generator mode signal allows the phase current to be in the generator mode; monitors (140) the phase current during the generator mode period to obtain the phase current information; and determines (110) the parameters of the next EHP sequence based on the obtained phase current information.

【技术实现步骤摘要】
基于电流感测的换向控制专利
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应用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)时，电流方向需要被反转(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，并且基于此控制通过(多个)电机线圈的电流。US2016118916公开了一种电机驱动装置，包括用于获得转子的位置的霍尔传感器以及用于当检测到流入电机线圈的线圈电流的方向反转时声明(assert)零电流检测信号的电流监测电路。使用这种配置，可以基于零电流的时序来检测相位超前量和滞后量，并且基于检测到的相位超前量和滞后量来确定适当的校正量。基于校正量，H桥电路的过渡序列在时间上向前或向后移位。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算转子的位置的BEMF(反电动势)电压。无传感器方法使电机结构更不复杂，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。在诸如用于CPU冷却、冰箱通风、功率转换器冷却等的低成本大容量风扇系统中，而且在用于置换液体的低成本泵中，基于霍尔感测的单线圈风扇被应用。在这种低成本系统中可以避免霍尔传感器的情况下，显然的是，单线圈电机控制器可能不再必须被靠近转子应用，或者甚至不再在电机组件(例如风扇或泵)内部应用。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输出引脚作为通信接口来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，通过将风扇驱动器定位成靠近控制器，或者甚至集成到远程控制器中，可以实现显著的系统简化。另一个问题是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。在单线圈电机控制的情况下，相位电流的这种中断可能在由电机生成的扭矩中引入扭矩波动，从而引起可听到的或EMC噪声。在三相BLDC电机中，被称为梯形控制的公知的第一换向策略是监测未被驱动的第三线圈中的BEMF电压过零点(BEMF_ZC)，同时通过驱动第一线圈和第二线圈来递送扭矩。在被称为正弦波策略的更高级的三相BLDC控制策略中，当所有三个线圈都被驱动时定义换向。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。在被称为场定向控制(FOC)的甚至更高级的方法中，电流被持续地监测。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。此外，这些方法的性能强烈地取决于电机磁性设计。在所有情况下，恒定扭矩的递送需要受控电流量的持续流动。在典型的情况下，电机磁性设计不是最佳的。电流量的控制必须补偿这种电机缺陷，从而导致进一步的驱动复杂度。在所有正弦波方法中，必要部分是以最小的扭矩波动将扭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转运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，梯形法不能被应用，并且因为单线圈风扇扭矩每180电角度(electricaldegree)的强非线性性质，FOC方法也不是显而易见的。此外，被传感的梯形三相解决方案使用三个霍尔传感器，它们间隔开60度或120度。这允许确保风扇的启动发生在想要的方向上。类似于单线圈风扇，应用单个霍尔元件或霍尔传感器。由于在多个霍尔传感器之间不需要间隔，这种霍尔传感器可以容易地集成到电机控制器中。这种单线圈电机的启动方向典型地通过电机的磁性设计来确保，其中磁阻零点通过调整定子靴(shoe)设计而稍微偏移。被称为软切换的单线圈电机的智能换向方法需要风扇旋转的速度信息，以便平滑地控制电流的过渡。在启动时，没有速度信息是可用的。因此，在启动单线圈BLDC电动机时，可以将用于驱动单线圈无刷DC电机的驱动方法细分为3个步骤，如图1所图示。首先检测转子的位置，然后加速转子，并且最后电机驱动器进入稳态操作模式。稳态操作通常具有最高的性能要求，例如最低噪声、最高速度、最高效率。当位置检测和加速期间时，性能的某些损失可以是可接受的，以交换增强的稳健性。在稳态操作期间，可以交换一些稳健性以实现最大性能。图1的左边的流程图示出了在基于霍尔传感器的现有技术的电机驱动器情况下的可能的驱动方法。转子位置由霍尔传感器检测，并且然后转子根据启动程序被加速。启动程序可以被保留，例如一旦霍尔传感器已经切换至少一次。在一些高级的风扇驱动器中，可以存在多个启动程序或加速程序，每个程序都有它们的退出标准。在一个时间点进入稳态操作模式，其中霍尔传感器信号被用于以对于稳态性能优化的方式(诸如例如低噪声运行、高效率等)定义用于控制换向的时序。一些高级的现有技术的基于霍尔传感器的单线圈电机驱动器应用预测控制，其中换向程序在BEMF_ZC之前一段时间被发起。这允许优化用于声学噪声、稳健性、最大扭矩或任何组合的激励波形。同样对于无传感器的电机驱动器，可以区分该三个步骤，其中霍尔传感器输入由替代方法代替，如图1的右边流程图所图示。一些现有技术的单线圈电机驱动器通过应用具有输出占空比DCout＝100％的脉宽调制驱动信号来启动，直到霍尔传感器已经切换至少一次。如果霍尔传感器在时间T开内没有切换，则风扇驱动器进入LRP(锁定转子保护)。在时间T关后，风扇驱动器重新试图开始。典型地，比率T开/T关在1/5和1/10之间。这种启动方法的缺点是可能引起过量的浪涌电流，特别是对于低欧姆线圈电阻应用。当风扇启动时，这种过量的峰值电流也可能导致可听见的噪声。因此，在更高级的现有技术的电机驱动器中，应用不同的激励波形，其被称为软开始波形。图2示出了用于基于霍尔传感器的电机驱动器的启动激励波形的典型示例，其中占空比输出DCout从50％逐渐地增加。如果电机驱动器霍尔传感器切换三次，则电机驱动器将通过PWM输入将其输出占空比DCout从其实际值调整为所要求值。在左图中给出了两个示例，其中PWM输入是80％或10％。在右图中，示出了锁定转子位置(LRP)的情况。DCout增加直到100％，并且然后维持平坦直到T开。对于技术专家明显的是，可以实现这种激励波形的许多变体。在初始加速期间，或者在突然的负载变化的情况下，依赖于先前的时序信息的预测算法也是脆弱的。因此，它们应该通过稳健驱动方法来补充，这些方法允许朝向更高性能的预测驱动方法会聚并且无缝地融入更高性能的预测驱动方法。因此，存在用于以无传感器的方式控制单线圈无刷DC电机的需求，该无传感器的方式更稳健作为在电机的非稳态操作期间对高性能无传感器方法的补充。
技术实现思路
本专利技术的实施例的目的是提供特别适合用于但不限于电机的非稳态操作的用于控制单线圈无刷DC电机的稳健的系统和方法。可以理解的是，本专利中描述的稳健方法也可以在稳态本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，所述方法包括至少第一EHP序列，所述第一EHP序列包括：‑在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)所述电机，以加速所述电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，‑在所述生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式中，‑在所述生成器模式时段期间监测(140)所述相位电流由此获得相位电流信息，‑以及基于所获得的相位电流信息确定(110)下一个EHP序列的参数。

【技术特征摘要】
2017.07.04 EP 17179611.31.一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，所述方法包括至少第一EHP序列，所述第一EHP序列包括：-在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)所述电机，以加速所述电机，使得在随后的生成器模式时段期间相位电流进入生成器模式，-在所述生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)所述电机，所述生成器模式信号允许所述相位电流处于生成器模式中，-在所述生成器模式时段期间监测(140)所述相位电流由此获得相位电流信息，-以及基于所获得的相位电流信息确定(110)下一个EHP序列的参数。2.根据权利要求1所述的方法，其中所获得的相位电流信息的一部分是时序信息，所述时序信息包括所述相位电流的第一过零点时刻和/或所述相位电流的第二过零点时刻和/或在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的时间导数的过零点时刻。3.根据权利要求1所述的方法，其中确定步骤(110)包括基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的驱动信号的上升沿和/或下降沿。4.根据权利要求2所述的方法，其中确定步骤包括基于所获得的相位电流信息来确定下一个EHP序列的驱动信号的上升沿和/或下降沿，并且其中进一步的驱动信号的所述上升沿被确定(110)紧接在所述相位电流的所述第二过零点时刻之后，或者紧接在所述相位电流的所述第一过零点时刻之后或紧接在所述相位电流的所述时间导数的过零点时刻之后或者在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间或者在这些过零点时刻中的两个过零点时刻的任意组合之间。5.根据权利要求3所述的方法，其中确定(110)所述驱动信号的所述下降沿的开始时刻，使得相较于对于先前EHP序列，对于下一个EHP序列的所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻彼此更接近。6.根据权利要求2所述的方法，其中-监测步骤(140)包括获得在所述相位电流的所述第一过零点时刻和所述第二过零点时刻之间的所述相位电流的所述时间导数的所述过零点时刻的在所述生成器模式时段期间的所述相位电流的生成器模式峰值电流值，-并且其中确定(110)步骤包括基于所获得的时序信息以及所获得的生成器模式峰值电流值来确定(110)下一个EHP的参数。7.根据权利要求6所述的方法，其中-监测步骤(140)包括当在扭矩生成时段期间驱动电机时捕获电流信息，其中捕获指示所述相位电流的驱动电流值，-基于所述生成器模式峰值电流值和所述驱动电流值的比率来确定使用所述进一步的驱动信号来驱动(...

【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