一种高速无刷直流电机驱动器及其驱动方法技术

本发明专利技术提供了一种高速无刷直流电机驱动器，包括：第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元；所述第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元之间两两相互连接。本发明专利技术能保证位置检测的准确性、稳定性、可靠性；提升电机在不同工况条件下的启动成功率；提升电机驱动系统在外同步运行状态下的稳定性，减小冲击，提升对不同负载工况条件的适应性；换相过程进一步降低了掺杂在非导通相反电动势信号中的高频噪声，将切换过程中驱动系统对于过零点信号的误判率降低，提升自同步运行切换成功率；方便确认开关动作发生时刻；通过采取超前角度补偿可保证电机高速状态运行稳定性。定性。定性。

【技术实现步骤摘要】
一种高速无刷直流电机驱动器及其驱动方法


[0001]本专利技术涉及无刷直流电机驱动
，具体涉及一种高速无刷直流电机驱动器及其驱动方法。

技术介绍

[0002]现有无刷直流电机驱动产品存在以下几点不足：
[0003]1、采用位置传感器来为无刷直流电机驱动算法提供转子位置信息，对于小型化产品来说会占用额外的体积，并且对于低成本应用而言传感器的价格成本较高。
[0004]2.采用硬件过零点检测电路的无位置传感器驱动方案依赖于特定的检测电路，并且为了保证检测信号的稳定性和准确性，要为检测信号设计信号调理电路，硬件电路设计复杂，在特殊工况下有检测电路失效风险。
[0005]3.常规的以软件过零点检测为核心的无位置传感器驱动方法以顺序采样方式采集各相电压信号，并根据相序和运行时态区分出所需要的反电动势过零点信号，由于采样时机不精确，导致采样信号中掺杂过多的噪声信号，需要设置滤波电路或者采取软件滤波方法，这会引入信号时延，不适用电机转速较高的应用场合。
[0006]4.常规的以软件过零点检测为核心的无位置传感器驱动方法在电机运行低速段检测过零点信号时，电机仍处于外同步运行状态，导致检测出的反电动势信号掺杂脉冲开关信号带来的高频噪声，影响电机切换进入自同步运行状态的时间和在初步进入自同步运行状态的稳定性。
[0007]5.常规的以软件过零点检测为核心的无位置传感器驱动方法在电机运行在高速区段时，由于非导通相的时长减小，导致过零检测的次数减小，叠加PWM频率的限制，使得在一个60
°
扇区，无法有效判断过零点，容易导致失步。

技术实现思路

[0008]本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。
[0009]本专利技术提供了一种高速无刷直流电机驱动器，包括：
[0010]第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元；
[0011]所述第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元之间两两相互连接。
[0012]进一步地，所述第一级降压电路由开关管S0、电感L、二极管D、电容C构成，其中开关管S0的一端连接外部电压输入的正极，另一端连接电感L的一端和二极管D的负极，电感L的另一端连接电容C的一端，电容C的另一端、二极管D的正极均连接外部电压输入的负极。
[0013]进一步地，所述第二级三相二电平逆变器由开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6组成，开关管S1、S2串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间，开关管S3、S4串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间，开关管S5、S6串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间；开关管S1和S2之间的连接点、开关管S3和S4之间的连接点、开关管S5和S6之间的连接点分别作为所述第二级三相二电平逆变器的三个输出端子。
[0014]进一步地，所述控制单元接收所述第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器的输入电压、母线电流、中间母线电压、温度、相电压信号，输出7个开关管的驱动信号。
[0015]进一步地，所述驱动器进一步包括运行模式切换模块，用于产生运行模式切换信号并输入控制单元，以控制电机的启动、停止以及速度指令。
[0016]本专利技术还提供了一种根据所述的高速无刷直流电机驱动器的驱动方法，包括以下步骤：
[0017]当启动信号触发后，控制单元驱动开关管S0，使得第一级降压电路的输出，即中间母线电压达到所述外部电压输入的一半；
[0018]控制单元驱动S1
‑
S6开关管，进行预定位操作，电机转子从初始位置旋转到预定位置；
[0019]无刷直流电机进入外同步运行状态，在加速后进入切换状态，当检测到过零点信号后进入自同步运行状态；
[0020]无刷直流电机电机进入自同步运行状态，按照给定信号轮流驱动S1
‑
S6，依据100％的占空比加速到一定转速，处于无位置传感器控制模式。
[0021]进一步地，控制单元驱动开关管S0的导通与关断，升高中间母线电压，无刷直流电机转速升高，控制单元执行组合时机的采样机制和动态比较的方法，实现高速运行。
[0022]进一步地，所述预定位操作包含两次逆变器开关信号调整过程，对三相开关信号同时操作，以产生与六步换相方法生成电压矢量偏离30度电角度的电压矢量；在进行两次开关信号调整后，电机转子受到生成的两个相邻的电压矢量作用，从而旋转至预定位置。
[0023]进一步地，当电机外同步运行到指定转速时，瞬时关闭开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6信号动作，使得电机在自身惯性作用下发生自由旋转，同时过零检测程序工作，并根据换相顺序对采集得到的电机三相反电动势波形进行判定，通过记录过零时刻点用以确认30度电角度时长，通过定时器外设进行30度电角度延时换相动作并进入自同步运行状态。
[0024]进一步地，从外同步运行状态开始选择各相上管调制，各相下管直通的六步换相方式，设置PWM计数模式为中央计数模式；
[0025]对于调制相的驱动信号，当该驱动信号输出为高电平时，反电动势信号与中间母线电压的一半进行比较判断，当该驱动信号输出为低电平时，反电动势信号与零值电压比较判断，对于执行期间可能包含开关动作发生的采样动作予以丢弃。
[0026]本专利技术的优点在于：
[0027]1、本驱动器包含第一级降压电路，在电机启动升速前，将输入电压降低，维持一个相对较小的中间母线电压。然后，控制单元控制后级三相二电平逆变器实现预定位、强拖、切换过程，且占空比增加到100％后保持不变。而后，再控制前一级降压电路，使得中间母线电压升高，此时电机转速进一步升高，控制单元执行组合时机的采样机制和动态比较的方法在100％占空比状态下运行，即使有效检测窗口时间减小，仍然能保证位置检测的准确性、稳定性、可靠性。
[0028]2、采用预定位操作将电机从静止状态下启动，预定位操作包含两次逆变器开关信号调整过程，并且与常规的只导通两相桥臂，第三相悬空的开关方式不同，本专利技术将对三相开关信号同时操作，以产生与六步换相方法生成电压矢量偏离30度电角度的电压矢量。在进行两次开关信号调整后，电机转子受到生成的两个相邻的电压矢量作用，能旋转至预设
位置，保证进入外同步运行的初始电压矢量将与转子位置形成90度偏差，以保证最大转矩，提升电机在不同工况条件下的启动成功率。
[0029]3.采用更加顺滑的外同步运行速度曲线规划电机运行，电机在预定位操作完成后将进入外同步运行状态，即驱动系统的换相信号将按照指定电角度进行，为了提升电机在外同步运行状态下的升速的稳定性和平滑性，将电机外同步运行速度指令规划为S形曲线，相应时间点为换相信号时间间隔，按照换相顺序切换开关信号，采用S形曲线的规划方式，进一步提升电机驱动系统在外同步运行状态下的稳定性，减小冲击，提升对不同负载工况条件的适应性。
[0030]4.在切换状态中利用悬空状态来检测电机三相的反电动势波形，从而获得更加清晰的反本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高速无刷直流电机驱动器，其特征在于，包括：第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元；所述第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器、控制单元之间两两相互连接。2.根据权利要求1所述的一种高速无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述第一级降压电路由开关管S0、电感L、二极管D、电容C构成，其中开关管S0的一端连接外部电压输入的正极，另一端连接电感L的一端和二极管D的负极，电感L的另一端连接电容C的一端，电容C的另一端、二极管D的正极均连接外部电压输入的负极。3.根据权利要求2所述的一种高速无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述第二级三相二电平逆变器由开关管S1、S2、S3、S4、S5、S6组成，开关管S1、S2串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间，开关管S3、S4串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间，开关管S5、S6串联后并接在电感L的另一端和外部电压输入的负极之间；开关管S1和S2之间的连接点、开关管S3和S4之间的连接点、开关管S5和S6之间的连接点分别作为所述第二级三相二电平逆变器的三个输出端子。4.根据权利要求1
‑
3任一项所述的一种高速无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述控制单元接收所述第一级降压电路、第二级三相二电平逆变器的输入电压、母线电流、中间母线电压、温度、相电压信号，输出7个开关管的驱动信号。5.根据权利要求4所述的一种高速无刷直流电机驱动器，其特征在于，所述驱动器进一步包括运行模式切换模块，用于产生运行模式切换信号并输入控制单元，以控制电机的启动、停止以及速度指令。6.一种根据权利要求2
‑
5所述的高速无刷直流电机驱动器的驱动方法，其特征在于，包括以下步骤：当启动信号触发后，控制单元驱动开关管S0，使得第一级降压电路的输出，即中间母线...

【专利技术属性】
技术研发人员：王从宁，
申请(专利权)人：艾勒动力科技苏州有限公司，
类型：发明
国别省市：