[发明专利]无传感器无刷直流电动机的控制电路及其方法

说明书

本发明涉及一种无传感器无刷直流电动机(下面简称为无传感器BLDC电动机)，它可应用于高温高湿或机内难以安装传感器的环境与场所，特别是涉及一种能很有效地滤去噪声干扰的无传感器无刷直流电动机的控制装置与方法，它具有一由两个计数器组成的数字移相器，在根据测得的相电压所形成的换向信号的一定区间，对每相进行计数而滤去噪声干扰。

根据电子工业器件小型化的要求，直流电动机最基本的一个问题无刷化的研究已在稳步地进行，并开发了一种控制向直流电动机正常供电的无刷电动机，在无刷电动机中最基本的问题是准确测定为供给正确电压所要求的电动机转子的位置。然而由于高温或高湿，位置测定装置的传感器很难正常工作，或又由于如压缩机这类装置，更不可能安置位置测定装置，这样就使得准确测定位置极为困难。此外，由于位置测定装置在BLDC电动机中所占据的空间很大，所以无传感器BLDC电动机也就应运而生。

无传感器BLDC电动机控制向定子绕组的供电是基于在转子没有位置传感器的情况下定子绕组端点的感应电压。

通过测定一个比较输出量波形的边缘来产生个边缘测定信号，该比较输出量是由沿转子旋转方向分布的定子多个绕组的每一个端点处产生的感应电压与一个标准电位(0伏)比较而得的。

同时为了消除当电源通断时形成的尖峰电压Vs引起的输出量的变化，对比较输出量进行了标准化处理。根据标准化后的比较输出量，就能实现对每一个定子绕组电源供电的控制，即实现换向。

然而，即使定子绕组不是处于电源通断状态，同样也能产生边缘信号，这就使得系统不能正确的工作。换句话说，这就使得定子绕组的换向时间变得不准确，因而电动机也就不能平稳地运转。

为了解决上述问题，提出了很多改进的办法。其中之一就是由日本公开专利No．4-317585(1992)所公开的改进技术，下面将详尽予以介绍。

图1是常规的无传感器BLDC电动机控制电路的方框图。图2是说明图1系统中各部分工作时的波形图。参照图1和图2，Lu，Lv与Lw每一个符号代表根据转子旋转方向安排的每一相定子绕组。标号1是换向信号发生电路。标号2，3和4分别表示多相驱动电路，零电位比较电路和边缘测定电路。标号5，6和7又分别代表时间控制电路，边缘测定控制电路和起动振荡电路。标号8和9则是时钟转换电路和控制单元。

根据时钟CK的信号，换向信号发生电路1发出多相控制信号，也就是换向信号，以此来控制每相定子绕组Lu，Lv和Lw上的电源供电。根据基于换向信号的相位，多相驱动电路2就向定子绕组Lu，Lv和Lw供电以实现驱动。零电位比较电路3分别将在定子绕组Lu，Lv和Lw每一个端点产生的感应电压U-N，V-N和W-N与零伏标准电位进行比较。在本系统中，采用了具有预定输入值的磁滞比较电路来作为零电位比较电路3。根据它们的相位，边缘测定电路4测定比较电路3的输出波形的边缘，并将之与每相边缘测定脉冲进行逻辑相加，从而产生换向信号发生电路1的标准时钟CK2。时间控制电路5将由边缘测定电路4产生的标准时钟信号CK2延迟到预定时间t₂，并将此延迟后的标准时钟信号CK送往换向信号发生电路1以形成换向信号。

边缘测定控制电路6包括延迟电路61和或逻辑门电路62，它的工作原理是当定子绕组Lu，Lv和Lw已处于与电源接通或切断时，根据显示换向信号发生电路1的运行状态的状态信号，来防止对每一相应相的比较输出波形进行边缘测定。当电动机开始驱动时，振荡电路7产生标准时钟信号CK1。开关电路8接受来自振荡电路7的标准时钟信号CK1，通过时间控制电路5将标准时钟信号CK送往换向信号发生电路1。当电动机驱动后，开关电路8从边缘测定电路4中接受标准时钟信号CK2，通过时间控制电路5来将标准时钟信号CK送往换向信号发生电路1。控制单元9则根据由边缘测定电路4输出的标准时钟信号CK2来控制开关电路8。

下面继续对上述结构的控制电路的工作进行说明。上面所述的无传感器BLDC电动机的驱动电路根据将定子绕组Lu，Lv和Lw的每一个端点产生的感应电压U-N，V-N和W-N与每一个零伏标准电位进行比较，以及根据比较后输出量的相位对其每一个波形边缘进行测定，而得到用以进行换向的标准时钟信号CK。

与此同时，根据每相定子绕组Lu，Lv和Lw与电源的切换，用比较电路3来测定感应电压上所产生的尖峰电压Vs的影响，这样就可以在边缘测定电路4进行测定之前，通过边缘测定控制电路6来加以有选择地排除。