一种三相无传感器无刷直流电机控制系统技术方案

一种三相无传感器无刷直流电机控制系统，包括驱动控制器和过零检测电路，所述过零检测电路的输入端分别输入电机输出的三相信号，并转化为包含过零信息的反馈信号，所述驱动控制器根据过零检测电路的反馈信号输出电机控制信号，还包括相位补偿电路，所述相位补偿电路输出PWM波形，使输出的反馈信号过零点与所述电机输出的三相信号换相点重合。本发明专利技术使用相位补偿电路直接对过零信号进行源头补偿，使得AD采集比较后得到的信号即为真实的换相信号，并且使用控制器输出PWM，可以更加方便的调节补偿时间。

【技术实现步骤摘要】
一种三相无传感器无刷直流电机控制系统
本专利技术属于无刷直流电机控制领域，涉及一种三相无传感器无刷直流电机控制系统。
技术介绍
无刷直流电机（BLDC）使用电子换向器取代了传统的机械换向器，既具有直流电机良好的调速性、动态性能等特点，又具有交流电机结构简单、无换向火花，运行可靠和易于维护等优点。无位置传感器BLDC不仅可以避免位置传感器的诸多限制，如成本、传感器引线、损坏影响可靠性，并且还扩大了无刷直流电机的应用范围，如某些尺寸严格的场合，因位置传感器缘故无法适应整机要求。介于上述原因，研究无位置传感器BLDC驱动技术具有极其重要的意义和应用前景。虽然无位置传感器具有结构简单、运行稳定等优点，但是其驱动电路却相对比较复杂，尤其是在零启动时如何实现对转子位置的判断，对启动时负载情况的自适应调节，成为了研究的热门。传统的启动方案是：预定位->按照预定加速曲线开环加速->切入闭环。传统的启动算法适用在固定电机及固定负载的特定场合。若存在要求启动频繁、迅速等场合，传统的启动算法将面临失效。TI以及ST等大公司具有FOC(Field-OrientedControl,磁场定向控制)技术方案，但是存在的问题是，若是电机空载或者带轻载启动，效果理想，不过若是带重载启动时，却存在抖动、失步问题。除此之外，使用FOC需要的控制器成本也较高。除了使用FOC方案外，很多技术方案还阐述了方波控制的方案，该方案因为是在启动时候在PWM关断期间检测反电动势，能够更早的检测到反电动势，也能更早的进入反电动势闭环。但是由于启动时开环进行的，一旦启动时存在负载变化或者带重在运行，依旧会出现失步抖动的可能。除了可靠的启动外，电机在运行中若遇到突发情况或者对电机停止时间有要求的场合，需要电机能够从运行过程中，快速刹车至速度为零。普遍的刹车方案是在控制器运行时，独立一路刹车电路对电机进行刹车操控。这并不能满足有些需要进行掉电刹车的需求。对于掉电刹车的实现，市面上很多方案是使用的延时继电器进行。不过延时继电器带来的除了体积增加之外，成本也随之增高。
技术实现思路
为克服现有技术存在的缺陷，本专利技术公开了一种三相无传感器无刷直流电机控制系统。本专利技术所述三相无传感器无刷直流电机控制系统，包括驱动控制器和过零检测电路，所述过零检测电路的输入端分别输入电机输出的三相信号，并转化为包含过零信息的反馈信号，所述驱动控制器根据过零检测电路的反馈信号输出电机控制信号，其特征在于，还包括相位补偿电路，所述相位补偿电路输出PWM波形，使输出的反馈信号过零点与所述电机输出的三相信号换相点重合。优选的，所述过零检测电路包括三条检测支路,每一检测支路包括前级滤波器和输入端与滤波器输出端连接的第一跟随器,及连接在第一跟随器输出端的后端滤波器,所述相位补偿电路连接在前级滤波器输出端和第一跟随器输入端之间的补偿点上，所述第一跟随器输出端作为反馈信号输出端；所述三条检测支路的补偿点之间分别通过虚拟中点生成电阻连接虚拟中点，所述虚拟中点连接第二跟随器输入端，所述第二跟随器输出端作为虚拟中点电压输出端。优选的，其中一条检测支路的补偿点连接有电源上拉电路。优选的，所述相位补偿电路包括生成一对相互反相PWM波形的补偿信号生成电路，以及连接在补偿点的第一开关电路和第二开关电路；所述第一开关电路包括连接在补偿点和地之间的第一开关器件，第一开关器件控制端与补偿信号生成电路的正相输入端连接；所述第二开关电路包括串联在补偿点和地之间的补偿电容、补偿电阻和第二开关器件，第二开关器件控制端与补偿信号生成电路的反相输入端连接；所述补偿电容和补偿电阻的值满足下式：tanθ=-2πfRC,其中θ为相位补偿角度，f为补偿信号频率。优选的，所述补偿信号生成电路为比较器。优选的，所述前级滤波器和/或后端滤波器包括连接在滤波器输入端和地之间的两个分压电阻，所述两个分压电阻的公共端和地之间连接有滤波电容。优选的，还包括掉电刹车模块和为驱动控制器供电的线性稳压模块,所述掉电刹车模块与所述驱动控制器信号连接,并和线性稳压模块的使能端控制连接;所述掉电刹车模块包括连接在电源和地之间的NPN管,所述NPN管集电极和电源之间串联有集电极电阻,还包括PNP管,所述PNP管的基极与NPN管集电极连接,发射极连接电源,所述PNP管的发射极还通过断电启停开关和第一二极管连接线性稳压模块使能端,所述PNP管的集电极通过第二二极管连接线性稳压模块使能端,其中两个二极管的负极连接线性稳压模块使能端;所述断电启停开关和第一二极管的公共端通过分压电阻连接驱动控制器的电源电压采集端,所述NPN管的基极与驱动控制器的中断信号输出端连接。优选的，所述电源电压采集端连接有ESD防护二极管。优选的，所述电源电压采集端连接有滤波电容和分压电阻。采用本专利技术所述三相无传感器无刷直流电机控制系统，具有如下优势:1、使用BEMF过零检测原理，搭建过零检测电路，控制器对三相BEMF调理后的信号和中性点电位信号进行实时采样计算。只要电机存在稍微的转动，就能检测到其BEMF过零点。也就是说从零速开始启动时即处于位置闭环状态。可以保证闭环启动。2、使用相位补偿电路直接对BEMF过零信号进行源头补偿，使得AD采集比较后得到的信号即为真实的换相信号，并且使用控制器输出PWM，可以更加方便的调节补偿时间。3、使用AD采集三相反电动势的过零点，比使用传统的硬件比较器对信号进行对比，其优势在于可以通过软件的配置，更加快捷的调节滤波时间、也可以更加方便的对滤波算法进行修正。可以更加真实的获取到电机的换相点，使得换相更加准确，达到带可变负载、大负载启动也能无抖动、平滑的快速启动。4、采用的掉电刹车电路，其使用的元器件以及电路特性，除了在成本上具有很大优势外，其所具有的很小的漏电流也比延时继电器更加具有优势。附图说明图1是本专利技术所述三相无传感器无刷直流电机控制系统的一个具体实施方式示意图。图2是本专利技术所述过零检测模块、相位补偿模块的一个具体实施方式示意图;图2中未标注的长方形器件表示电阻；图3是未补偿前本专利技术所述电机反馈电压信号与输出的电机控制信号及过零信号示意图;图4是补偿后本专利技术所述电机反馈电压信号与输出的电机控制信号及过零信号示意图;图5是本专利技术所述掉电刹车模块的一个具体实施方式示意图；图中附图标记名称为：BLDC-无刷直流电机，T1-第一开关器件，T2-第二开关器件，C1-前端滤波器滤波电容，C2-后端滤波器滤波电容，U1-第一跟随器，U2-第二跟随器，U3–比较器，C3-补偿电容，R1-补偿电阻，R2-虚拟中点生成电阻；Q1-NPN管、Q2-PNP管，S1-断电启停开关，D1-第一二极管，D2-第二二极管，D3-ESD防护二极管。具体实施方式下面对本专利技术的具体实施方式作进一步的详细说明。...

【技术保护点】
1.一种三相无传感器无刷直流电机控制系统，包括驱动控制器和过零检测电路，所述过零检测电路的输入端分别输入电机输出的三相信号，并转化为包含过零信息的反馈信号，所述驱动控制器根据过零检测电路的反馈信号输出电机控制信号，其特征在于，还包括相位补偿电路，所述相位补偿电路输出PWM波形，使输出的反馈信号过零点与所述电机输出的三相信号换相点重合。/n

【技术特征摘要】
1.一种三相无传感器无刷直流电机控制系统，包括驱动控制器和过零检测电路，所述过零检测电路的输入端分别输入电机输出的三相信号，并转化为包含过零信息的反馈信号，所述驱动控制器根据过零检测电路的反馈信号输出电机控制信号，其特征在于，还包括相位补偿电路，所述相位补偿电路输出PWM波形，使输出的反馈信号过零点与所述电机输出的三相信号换相点重合。


2.如权利要求1所述的三相无传感器无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述过零检测电路包括三条检测支路,每一检测支路包括前级滤波器和输入端与滤波器输出端连接的第一跟随器,及连接在第一跟随器输出端的后端滤波器,所述相位补偿电路连接在前级滤波器输出端和第一跟随器输入端之间的补偿点上，所述第一跟随器输出端作为反馈信号输出端；
所述三条检测支路的补偿点之间分别通过虚拟中点生成电阻连接虚拟中点，所述虚拟中点连接第二跟随器输入端，所述第二跟随器输出端作为虚拟中点电压输出端。


3.如权利要求1所述的三相无传感器无刷直流电机控制系统，其特征在于，其中一条检测支路的补偿点连接有电源上拉电路。


4.如权利要求2所述的三相无传感器无刷直流电机控制系统，其特征在于，所述相位补偿电路包括生成一对相互反相PWM波形的补偿信号生成电路，以及连接在补偿点的第一开关电路和第二开关电路；
所述第一开关电路包括连接在补偿点和地之间的第一开关器件，第一开关器件控制端与补偿信号生成电路的正相输入端连接；
所述第二开关电路包括串联在补偿点和地之间的补偿电容、补偿电阻和第二开关器件，第二开关器件控制端与补偿信号生成电路的反相输入端连接；

【专利技术属性】
技术研发人员：徐朝鹏，任维，杨志天，
申请(专利权)人：成都寰蓉光电科技有限公司，
类型：发明
国别省市：四川;51