无传感器电机控制制造技术

本公开涉及无传感器电机控制。例如，一种用于无刷直流(BLDC)电机的控制器电路可被配置为估计BLDC电机的转子位置，并且使用估计的转子位置向BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压，直到定子绕组处的电流对应于局部最小电流。控制器电路可进一步被配置为：响应于定子绕组处的电流对应于局部最小电流，允许定子绕组处的电流的换流，响应于允许定子绕组处的电流的换流计算转子位置，并且使用计算的转子位置对定子绕组处的电流进行换流。

Sensorless motor control

【技术实现步骤摘要】
无传感器电机控制
本公开涉及电动机，并且更具体地，涉及与单相无刷直流(BLDC)电机控制相关联的技术和电路。
技术介绍
无刷直流(BLDC)电机的操作可通过控制器执行。控制器基于转子相对于BLDC电机的定子绕组的位置来控制BLDC电机的转子旋转。在一些示例中，控制器可推断转子相对于定子线圈的位置，而不依赖于诸如霍尔效应传感器的旋转传感器。在这些示例中，不依赖霍尔效应传感器的控制器可以被称为“无传感器”控制器。
技术实现思路
本公开描述了用于改进无刷直流(BLDC)电机的操作的技术、设备和系统，其估计转子位置而不是依赖霍尔效应传感器来直接测量转子位置。例如，控制器电路可使用逆电动势(以下称为“反电动势”)电压来确定BLDC电机的转子位置。然而，在一些情况下，反电动势电压可能很难测量，直到BLDC机的转子旋转超过最小速度。在一些示例中，开环电压过频(V/f)控制和/或开环电流过频(I/f)控制可用于启动BLDC电机而不依赖反电动势电压。然而，通过这种开环控制，在加速BLDC电机以实现适用于检测BLDC电机的未驱动线圈的反电动势电压的最小速度方面会存在相对较高的故障风险。根据本公开的一个或多个方面，不依赖于开环控制来用于启动，控制器电路装置可估计BLDC电机的转子位置，并使用BLDC电机的估计转子位置向BLDC电机的定子绕组施加恒定的启动电压。因此，可以使BLDC电机的启动状态期间的BLDC电机和/或控制器电路装置的故障风险最小化，同时与在施加恒定启动电压时不使用估计转子位置的系统相比，使复杂性和成本最小化。与三相电机相反，在单相BLDC控制器在BLDC电机的定子绕组处对电流进行换流时，反电动势电压是不可测量的。如此，为了测量定子绕组两端的反电动势电压，一些BLDC电机控制器可应用消隐周期，定子绕组处的电流在此期间被完全消散，以测量定子绕组的欧姆电阻两端的反电动势电压。然而，这种消隐周期阻碍了BLDC电机控制器驱动BLDC电机，来产生最大的扭矩和速度。根据本公开的一个或多个方面，不依赖消隐周期来测量反电动势电压，控制器电路装置可使用BLDC电机的定子绕组处的电流来估计反电动势电压。因此，在不中断BLDC电机的正常操作的情况下可以连续地推断反电动势电压，这可以允许BLDC控制器将BLDC电机驱动到最大扭矩并且比BLDC控制器使用消隐周期测量反电动势更快的速度。一些BLDC电机控制器可使用磁链观测器控制，其使用BLDC电机的定子绕组中的永磁体的磁通量来估计BLDC电机的转子位置。为了解释斜坡漂移和直流(DC)偏移，一些BLDC控制器使用总磁通量作为比例积分(PI)控制器的输入。然而，PI控制器没有足够快到对动态场景(诸如BLDC电机的加速)期间可能发生的快速变化频率作出响应。根据本公开的一个或多个方面，不依赖于BLDC电机的总磁通量来确定对斜坡漂移和DC偏移的补偿，控制器电路装置可使用BLDC电机的定子绕组中的永磁体的最小和最大磁通量来确定对用于估计BLDC电机的转子位置的漂移的补偿。因此，与依赖于BLDC电机处的总磁通量的BLDC电机控制器相比，可以改进的精度来估计BLDC电机的转子位置，具体是在诸如BLDC电机的加速的动态场景期间。在一些示例中，本公开的目的在于提供一种用于BLDC电机的控制器电路，该控制器电路被配置为：估计BLDC电机的转子位置；使用估计的转子位置向BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压，直到定子绕组处的电流对应于局部最小电流；响应于定子绕组处的电流对应于局部最小电流，允许定子绕组处的电流的换流；响应于允许定子绕组处的电流的换流，计算转子位置；以及使用计算的转子位置来对定子绕组处的电流进行换流。在一些示例中，本公开的目的在于提供一种用于控制BLDC电机的方法，该方法包括：通过控制器电路估计BLDC电机的转子位置；通过控制器电路，使用估计的转子位置向BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压，直到定子绕组处的电流对应于局部最小电流；响应于定子绕组处的电流对应于局部最小电流，通过控制器电路允许定子绕组处电流的换流；响应于允许定子绕组处电流的换流，通过控制器电路计算转子位置；以及通过控制器电路，使用计算的转子位置对定子绕组处的电流进行换流。在一些示例中，本公开的目的在于提供一种系统，包括：单相BLDC电机；电流传感器，被配置为在BLDC电机的定子绕组处生成电流的测量值；电源，包括电源节点和参考节点；第一开关模块，被配置为选择性地将定子绕组的第一节点耦合至电源节点或参考节点；第二开关模块，被配置为选择性地将定子绕组的第二节点耦合至电源节点或参考节点；驱动器，被配置为在第一状态和第二状态下工作，其中在第一状态期间，驱动器被配置为驱动第一开关模块以将定子绕组的第一节点耦合至电源节点以及驱动第二开关模块以将定子绕组的第二节点耦合至参考节点，并且在第二状态期间，驱动器被配置为驱动第一开关模块以将定子绕组的第一节点耦合至参考节点以及驱动第二开关模块以将定子绕组的第二节点耦合至电源节点；以及控制器电路，被配置为：通过驱动器估计BLDC电机的转子位置，通过驱动器，使用估计的转子位置向定子绕组施加恒定启动电压，直到定子绕组处的电流的测量值对应于局部最小电流；响应于定子绕组处的电流的测量值对应于局部最小电流，允许定子绕组处的电流的换流；响应于允许定子绕组处的电流的换流，计算转子位置，以及使用计算的转子位置，利用驱动器对定子绕组处的电流进行换流。在附图和下面的描述中阐述一个或多个示例的细节。本公开的其他特征、目的和优点将从说明书和附图以及权利要求中显而易见。附图说明图1是示出根据本公开的一种或多种技术的被配置用于无传感器电机控制的示例系统的框图。图2是示出根据本公开的一种或多种技术的通过各种操作范围的连续电机控制的框图。图3是根据本公开的一种或多种技术的定子绕组电感和电角的示图。图4是根据本公开的一种或多种技术的响应于电压脉冲的定子绕组处的电流的示图。图5是根据本公开的一种或多种技术的第一旋转期间的反电动势电压和相电流的示图。图6是示出根据本公开的一种或多种技术的磁链观测器控制的示例实施方式的框图。图7是示出根据本公开的一种或多种技术的磁通漂移补偿的示例实施方式的框图。图8是示出根据本公开的一种或多种技术的基于磁通量的角度估计的示例实施方式的框图。图9是根据本公开的一种或多种技术的在3500转/分(rpm)的转速下计算的磁通量和延迟π/2的磁通量以及提取的转子角度的示图。图10是根据本公开的一种或多种技术的用于估计转子位置以及使用估计的转子位置向BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压的流程图。图11是根据本公开的一种或多种技术的用于使用估计的反电动势对BLDC电机的定子绕组处的电流进行换流的流程图。图12是根据本公开的一种或多种技术的用于使用基于最小和最大磁通量的漂移补偿对BLDC电机的定子绕组处的电流进行换流的流程图。图13是根据本公开的一种或多种技本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种用于无刷直流(BLDC)电机的控制器电路，所述控制器电路被配置为：/n估计所述BLDC电机的转子位置；/n使用估计的所述转子位置，向所述BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压，直到所述定子绕组处的电流对应于局部最小电流；/n响应于所述定子绕组处的电流对应于所述局部最小电流，允许所述定子绕组处的电流的换流；/n响应于允许所述定子绕组处的电流的换流，计算所述转子位置；以及/n使用计算的所述转子位置对所述定子绕组处的电流进行换流。/n

【技术特征摘要】
20181017 US 16/163,0141.一种用于无刷直流(BLDC)电机的控制器电路，所述控制器电路被配置为：
估计所述BLDC电机的转子位置；
使用估计的所述转子位置，向所述BLDC电机的定子绕组施加恒定启动电压，直到所述定子绕组处的电流对应于局部最小电流；
响应于所述定子绕组处的电流对应于所述局部最小电流，允许所述定子绕组处的电流的换流；
响应于允许所述定子绕组处的电流的换流，计算所述转子位置；以及
使用计算的所述转子位置对所述定子绕组处的电流进行换流。


2.根据权利要求1所述的控制器电路，其中所述控制器电路被配置为：
当所述定子绕组处的电流的时间导数对应于零时，确定所述定子绕组处的电流对应于所述局部最小电流。


3.根据权利要求1所述的控制器电路，其中为了估计所述转子位置，所述控制器电路被配置为使用所述定子绕组处的电流估计所述转子位置。


4.根据权利要求1所述的控制器电路，其中为了估计所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
响应于在所述定子绕组处施加第一电压脉冲，在所述定子绕组处测量第一电流样本；以及
响应于在所述定子绕组处施加第二电压脉冲，在所述定子绕组处测量第二电流样本，
其中所述第二电压脉冲具有与所述第一电压脉冲相反的极性。


5.根据权利要求4所述的控制器电路，
其中为了施加所述恒定启动电压，所述控制器电路被配置为：当所述第一电流样本大于所述第二电流样本时，施加具有第一极性的所述恒定启动电压，以及当所述第一电流样本不大于所述第二电流样本时，施加具有第二极性的所述恒定启动电压，并且
其中所述第一极性与所述第二极性相反。


6.根据权利要求1所述的控制器电路，
其中为了计算所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
使用所述定子绕组处的电流估计反电动势(反emf)电压；以及
使用所述反电动势电压计算所述转子位置；并且
其中为了对所述定子绕组处的电流进行换流，所述控制器电路被配置为使用计算的所述转子位置为所述定子绕组处的电流选择第一极性或第二极性，其中所述第一极性与所述第二极性相反。


7.根据权利要求6所述的控制器电路，
其中为了计算所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
当所述反电动势电压具有所述第一极性时，响应于所述反电动势电压过零，确定计算的所述转子位置对应于180度的电角；以及
当所述反电动势电压具有所述第二极性时，响应于所述反电动势电压过零，确定计算的所述转子位置对应于0度的电角；并且
其中为了对所述定子绕组处的电流进行换流，所述控制器电路被配置为：
响应于确定计算的所述转子位置对应于0度的电角，为所述定子绕组处的电流选择所述第一极性；以及
响应于确定计算的所述转子位置对应于180度的电角，为所述定子绕组处的电流选择所述第二极性。


8.根据权利要求1所述的控制器电路，其中为了计算所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
响应于计算的所述转子位置对应于0度的电角，生成第一磁通量样本；
响应于计算的所述转子位置对应于180度的电角，生成第二磁通量样本；以及
使用所述第一磁通量样本和所述第二磁通量样本生成补偿电压。


9.根据权利要求8所述的控制器电路，其中为了生成所述补偿电压，所述控制器电路被配置为：
确定所述第一磁通量样本和所述第二磁通量样本的平均值作为比例积分控制器的输入；以及
通过所述BLDC电机的转速缩放所述比例积分控制器的输出。


10.根据权利要求8所述的控制器电路，其中为了计算所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
使用所述定子绕组处的电流估计反电动势(反emf)电压；
当所述反电动势电压具有第一极性时，响应于所述反电动势电压过零，确定计算的所述转子位置对应于180度的电角；以及
当所述反电动势电压具有第二极性时，响应于所述反电动势电压过零，确定计算的所述转子位置对应于0度的电角，其中所述第一极性与所述第二极性相反。


11.根据权利要求8所述的控制器电路，其中为了计算所述转子位置，所述控制器电路被配置为：
使用所述补偿电压连续地估计所述BLDC电机的磁通量；以及
使用所述磁通量连续地计算所述转子位置，其中生成所述第一磁通量样本响应于对应于0度的电角的连续地估计的所述转子位置，并且其中生成所述第二磁通量样本响应于对应于180度的电角的连续地估计的所述转子位...

【专利技术属性】
技术研发人员：C·罗伊梅尔玛耶，M·布格拉夫，
申请(专利权)人：英飞凌科技股份有限公司，
类型：发明
国别省市：德国;DE