[发明专利]无传感器BLDC控制

说明书

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。

技术领域

本发明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。

背景技术

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(commutation point))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，EP 1612925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。