專利名稱：無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，特別是涉及一種能適應(yīng)各種 PWM調(diào)制策略控制的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)統(tǒng)一精確檢測電路。
背景技術(shù)：
無位置傳感器無刷直流電機(jī)檢測轉(zhuǎn)子位置最簡單、實(shí)用的方法是通過檢測反 電動勢過零點(diǎn)來確定，由于繞組的反電動勢是難以直接測量的物理量，目前主要
有兩種方法 一是通過檢測電機(jī)端電壓信號，進(jìn)行比較后間接獲取繞組反電動勢 信號的過零點(diǎn)，該方法的不足是:在檢測電路中需要用電容濾掉端電壓中的PWM 調(diào)制波，會產(chǎn)生相移，而且隨著電機(jī)轉(zhuǎn)速的變化而變化，使換相不準(zhǔn)確，尤其是
當(dāng)系統(tǒng)調(diào)速范圍很寬時(shí)，電機(jī)運(yùn)行在高頻時(shí)相移過大，不能實(shí)施正確換相；二是 在PWM斬波關(guān)斷或?qū)ㄆ陂g對電機(jī)的端電壓進(jìn)行采樣，直接獲取反電勢信號的 過零點(diǎn)，該種方法雖然克服了第一種方法存在的不足，但針對不同的PWM調(diào)制 策略需要采用不同的采樣方法，增加了生產(chǎn)制造成木，不利于組織生產(chǎn)，同時(shí)受 逆變器開關(guān)管和二極管壓降的影響，限制了電機(jī)低速工作時(shí)對反電動勢過零點(diǎn)的 正確檢測。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種不需要濾波電容，不出現(xiàn)相移，不 受逆變器開關(guān)管和二極管壓降的影響，能適應(yīng)各種PWM調(diào)制技術(shù)控制的無刷直 流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)統(tǒng)一檢測電路。
本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是
包括線電壓差檢測電路、PWM調(diào)制噪聲消除電路、過零點(diǎn)比較電路、虛假
零點(diǎn)屏蔽電路，線電壓差檢測電路接口 A、 B、 C分別與無刷直流電機(jī)的三相線 連接，PWM調(diào)制噪聲消除電路與線電壓差檢測電路連接，過零點(diǎn)比較電路與 PWM調(diào)制噪聲消除電路連接，虛假零點(diǎn)屏蔽電路與過零點(diǎn)比較電路連接，六個(gè) 未經(jīng)過PWM調(diào)制的換相信號S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分別與PWM調(diào)制噪聲
消除電路和虛假零點(diǎn)屏蔽電路連接。
所述的線電壓差檢測電路包括電阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，運(yùn)算放大器U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F， R1A、 R1B、 R1C的 一端分別與電機(jī)三相線A、 B、 C連接，R1A的另一端與R2A的一端、R3C的--'端、UA的TH相端、U1C 的反相端匯接，R1B的另一端與R2B的一端、R3A的一端、U1B的TH相端、 U1A的反相端匯接，R1C的另一端與R2C的一端、R3B的一端、U1C的正相端、 U1B的反相端匯接，R4A的一端、R3A的另一端、U1A輸出端匯接，R4B的一 端、R3B的另一端、U1B輸出端匯接，R4C的一端、R3C的另一端、U1C輸出 端匯接，R4A的另一端、R5A的一端、U1D的反相端、U1E的正相端匯接，R4B 的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、U1F的[H相端匯接，R4C的另一端、 R5C的一端、U1E的反相端、U1D的^相端匯接。
所述的PWM調(diào)制噪聲消除電路包括運(yùn)算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D， 雙端輸入模擬丌關(guān)U3A、 U3B、 U3C，或門U4A、 U4B、 U4C，電阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的iH相輸入端分別與線電壓差檢測電路的U1D、 U1E、 U1F的輸出端相連接，還分別與IBA、 U3B、 U3C的一個(gè)輸入端連接， U2A、 U2B、 U2C的輸出端分別與各自的反相端連接，還分別與U3A、 U3B、 U3C的另一輸入端連接；U3A、 U3B、 U3C輸出端分別與三個(gè)電阻R6A、 R6B、 R6C的一端連接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分別與U4A、 U4B、 U4C的輸出 端連接，U4A兩個(gè)輸入端分別與換相信號S1、 S2連接，U4B兩個(gè)輸入端分別與 換相信號S3、 S4連接、U4C兩個(gè)輸入端分別與換相信號S5、 S6連接，三個(gè)電 阻R6A、 R6B、 R6C的另一端與U2D的正相輸入端連接，U2D的反相輸入端經(jīng) 過電阻R7與輸出端連接，U2D的輸出端、二極管D1的下端、二極管D2上端 匯接，二極管Dl的上端連接+15V電源，二極管D2下端連接-15V電源。
所述的過零點(diǎn)比較電路運(yùn)算放大器U5正相端接地，運(yùn)算放大器U5的反相 端與PWM調(diào)制噪聲消除電路運(yùn)算放大器U2D的輸出端連接。
所述的虛假零點(diǎn)屏蔽電路包括非門U6、異或門U7與UIO、與門U8與Ull、 或非門U9、 D觸發(fā)器U12、電阻Rdl與Rd2、電容Cdl與Cd2，過零點(diǎn)比較電 路運(yùn)算放大器U5的輸出端、電阻Rdl的一端、U10的一個(gè)輸入端、U12的D端 匯接，Rdl的另一端、電容Cdl的一端、U10的另一個(gè)輸入端匯接，U10的輸出 端與Ull的一個(gè)輸入端連接，Ull的輸出端與U12的時(shí)鐘觸發(fā)端C連接，U12的輸出端輸出反電動勢過零方波信號，六個(gè)未經(jīng)過PWM調(diào)制的換相信號Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分別對應(yīng)連接各自的電阻Rd2—端、各自的U6輸入端、 各自的U7—個(gè)輸入端，各自的電阻Rd2另一端、各自的電容Cd2的一端、各自 的U7的另一個(gè)輸入端匯接，各自的U6輸出端、各自的U7輸出端與各自U8的 輸入端連接，六個(gè)U8的輸出端與U9的六個(gè)輸入端連接，U9的輸出端與Ull 的另一個(gè)輸入端連接。
本發(fā)明的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)精確檢測電路，應(yīng)用模擬開關(guān)消除了 PWM調(diào)制噪聲并得到了放大四倍的平滑非導(dǎo)通相反電勢信號，應(yīng)用簡單的數(shù)字 電路消除了換相時(shí)刻因?yàn)殡姍C(jī)三相繞組同時(shí)導(dǎo)通出現(xiàn)的虛假過零點(diǎn)，與背景技術(shù) 相比實(shí)現(xiàn)了不受PWM調(diào)制技術(shù)和逆變器丌關(guān)管與二極管壓降的影響，無需濾波 電容，在更低的速度下實(shí)現(xiàn)對反電動勢過零點(diǎn)信號無相移精確檢測的目的。


圖l是本發(fā)明的方框示意圖。
圖2是本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的電路連接圖。
圖中1、線電壓差檢測電路，2、 PWM調(diào)制噪聲消除電路，3、過零點(diǎn)比 較電路，4、虛假零點(diǎn)屏蔽電路。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一歩說明。
如圖1所示，本發(fā)明的一種無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，包括線 電壓差檢測電路(1)、 PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)、過零點(diǎn)比較電路(3)、虛 假零點(diǎn)屏蔽電路(4)，線電壓差檢測電路(1)接口A、 B、 C分別與無刷直流電 機(jī)的三相線連接，PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)與線電壓差檢測電路(1)連接， 過零點(diǎn)比較電路(3)與PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)連接，虛假零點(diǎn)屏蔽電路 (4)與過零點(diǎn)比較電路(3)連接，六個(gè)未經(jīng)過PWM調(diào)制的換相信號Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分別與PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)和虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)連接。
如圖2所示，線電壓差檢測電路(1)包括電阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、 R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，運(yùn) 算放大器U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F， R1A、 R1B、 R1C的一端分別 與電機(jī)三相線A、 B、 C連接，R1A的另一端與R2A的一端、R3C的一端、U1A 的正相端、U1C的反相端匯接，R1B的另一端與R2B的一端、R3A的一端、U1B的正相端、U1A的反相端匯接，R1C的另一端與R2C的一端、R3B的一端、 U1C的正相端、U1B的反相端匯接，R4A的一端、R3A的另一端、U1A輸出端 匯接，R4B的一端、R3B的另一端、U1B輸出端匯接，R4C的一端、R3C的另 一端、U1C輸出端匯接，R4A的另一端、R5A的一端U1D的反相端、U1E的正 相端匯接，R4B的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、U1F的IH相端匯接， R4C的另一端、R5C的一端、U1E的反相端、U1D的TH相端匯接；PWM調(diào)制噪 聲消除電路(2)包括運(yùn)算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D，雙端輸入模擬開關(guān) U3A、 U3B、 U3C，或門U4A、 U4B、 U4C，電阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的正相輸入端分別與線電壓差檢測電路(1)的U1D、 U1E、 U1F的 輸出端相連接，還分別與U3A、 U3B、 U3C的 -個(gè)輸入端連接，U2A、 U2B、 U2C的輸出端分別與各自的反相端連接，還分別與U3A、 U3B、 U3C的另一輸 入端連接；U3A、 U3B、 U3C輸出端分別與三個(gè)電阻R6A、 R6B、 R6C的一端連 接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分別與U4A、 U4B、 U4C的輸出端連接，U4A 兩個(gè)輸入端分別與換相信號S1、 S2連接，U4B兩個(gè)輸入端分別與換相信號S3、 S4連接、U4C兩個(gè)輸入端分別與換相信號S5、 S6連接，三個(gè)電阻R6A、 R6B、 R6C的另一端與U2D的正相輸入端連接，U2D的反相輸入端經(jīng)過電阻R7與輸 出端連接，U2D的輸出端、二極管Dl的下端、二極管D2上端匯接，二極管 Dl的上端連接+15V電源，二極管D2下端連接-15V電源；過零點(diǎn)比較電路(3) 運(yùn)算放大器U5正相端接地，運(yùn)算放大器U5的反相端與PWM調(diào)制噪聲消除電 路(2)運(yùn)算放大器U2D的輸出端連接；虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)包括非門U6、異 或門U7與U10、與門U8與U11、或非門U9、 D觸發(fā)器U12、電阻Rdl與Rd2、 電容Cdl與Cd2，過零點(diǎn)比較電路(3)運(yùn)算放大器U5的輸出端、電阻Rdl的 一端、U10的一個(gè)輸入端、U12的D端匯接，Rdl的另一端、電容Cdl的一端、 U10的另一個(gè)輸入端匯接，U10的輸出端與Ull的一個(gè)輸入端連接，Ull的輸出 端與U12的時(shí)鐘觸發(fā)端C連接，U12的輸出端輸出反電動勢過零方波信號，六 個(gè)未經(jīng)過PWM調(diào)制的換相信號Sl、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分別對應(yīng)連接各自的 電阻Rd2—端、各自的U6輸入端、各自的U7—個(gè)輸入端，各自的電阻Rd2另 一端、各自的電容Cd2的一端、各自的U7的另一個(gè)輸入端匯接，各自的U6輸 出端、各自的U7輸出端與各自U8的輸入端連接，六個(gè)U8的輸出端與U9的六個(gè)輸入端連接，U9的輸出端與U11的另一個(gè)輸入端連接。
本發(fā)明的U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F采用一片集成芯片NJM2116M， U2A、 U2B、 U2C、 U2D采用一片集成芯片LM324， U3A、 U3B、 U3C采用三 片集成芯片MAX4669, U4A、 U4B、 U4C采用一片集成芯片CD4001 ， U5采用 一片集成芯片NJM2406F。
本發(fā)明的工程過程是
如圖3所示，含有PWM調(diào)制波的無刷直流電機(jī)三相端電壓經(jīng)過線電壓差檢 測電路和PWM調(diào)制噪聲消除電路處理后輸出放大四倍不含PWM調(diào)制波的平滑
非導(dǎo)通相反電勢信號VABC， VABC經(jīng)限幅電路限幅、過零點(diǎn)比較電路比較后得到
含有換相時(shí)刻虛假零點(diǎn)的反電動勢過零點(diǎn)信號ZABC, ZABC經(jīng)虛假零點(diǎn)屏蔽電路 去除虛假零點(diǎn)輸出只有反電動勢過零點(diǎn)的方波信號ZABCO。
上述具體實(shí)施方式
用來解釋本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進(jìn)行限制，在本發(fā)明的 精神和權(quán)利要求的保護(hù)范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明 的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于包括線電壓差檢測電路(1)、PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)、過零點(diǎn)比較電路(3)、虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)，線電壓差檢測電路(1)接口A、B、C分別與無刷直流電機(jī)的三相線連接，PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)與線電壓差檢測電路(1)連接，過零點(diǎn)比較電路(3)與PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)連接，虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)與過零點(diǎn)比較電路(3)連接，六個(gè)未經(jīng)過PWM調(diào)制的換相信號S1、S2、S3、S4、S5、S6分別與PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)和虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)連接。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于 所述的線電壓差檢測電路(1)包括電阻R1A、 R2A、 R1B、 R2B、 R1C、 R2C、 R3A、 R3B、 R3C、 R4A、 R4B、 R4C、 R5A、 R5B、 R5C，運(yùn)算放大器 U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F, R1A、 R1B、 R1C的一端分別與電機(jī) 三相線A、 B、 C連接，R1A的另一端與R2A的一端、R3C的一端、U1A 的正相端、U1C的反相端匯接，R1B的另一端與R2B的一端、R3A的一端、 UlB的if.相端、U1A的反相端匯接，R1C的另一端與R2C的一端、R3B的 一端、U1C的FH相端、U1B的反相端匯接，R4A的一端、R3A的另一端、 U1A輸出端匯接，R4B的一端、R3B的另一端、U1B輸出端匯接，R4C的一 端、R3C的另一端、U1C輸出端匯接，R4A的另一端、R5A的一端、U1D 的反相端、U1E的正相端匯接，R4B的另一端、R5B的一端、U1E的反相端、 U1F的正相端匯接，R4C的另一端、R5C的一端、U1E的反相端、U1D的正 相端匯接。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于 所述的PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)包括運(yùn)算放大器U2A、 U2B、 U2C、 U2D， 雙端輸入模擬丌關(guān)U3A、 U3B、 U3C,或門U4A、 U4B、 U4C，電阻R6A、 R6B、 R6C、 R7， U2A、 U2B、 U2C的iH相輸入端分別與線電壓差檢測電路(1)的U1D、 U1E、 U1F的輸出端相連接，還分別與U3A、 U3B、 U3C的 一個(gè)輸入端連接，U2A、 U2B、 U2C的輸出端分別與各自的反相端連接，還 分別與U3A、 U3B、 U3C的另一輸入端連接；U3A、 U3B、 U3C輸出端分別 與三個(gè)電阻R6A、 R6B、 R6C的一端連接，U3A、 U3B、 U3C的控制端分別與U4A、 U4B、 U4C的輸出端連接，U4A兩個(gè)輸入端分別與換相信號Sl、 S2連接，U4B兩個(gè)輸入端分別與換相信號S3、 S4連接、U4C兩個(gè)輸入端分 別與換相信號S5、 S6連接，三個(gè)電阻R6A、 R6B、 R6C的另一端與U2D 的正相輸入端連接，U2D的反相輸入端經(jīng)過電阻R7與輸出端連接，U2D的 輸出端、二極管D1的下端、二極管D2上端匯接，二極管D1的上端連接+15V 電源，二極管D2下端連接-15V電源。
4、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于-. 所述的過零點(diǎn)比較電路(3)運(yùn)算放大器U5正相端接地，運(yùn)算放大器U5的 反相端與PWM調(diào)制噪聲消除電路(2)運(yùn)算放大器U2D的輸出端連接。
5、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于 虛假零點(diǎn)屏蔽電路(4)包括非門U6、異或門U7與U10、與門U8與U11、或 非門U9、 D觸發(fā)器U12、電阻Rdl與Rd2、電容Cdl與Cd2，過零點(diǎn)比較電 路(3)運(yùn)算放大器U5的輸出端、電阻Rdl的一端、U10的一個(gè)輸入端、U12 的D端匯接，Rdl的另一端、電容Cdl的一端、U10的另一個(gè)輸入端匯接， U10的輸出端與Ull的一個(gè)輸入端連接，Ull的輸出端與U12的時(shí)鐘觸發(fā)端 C連接，U12的輸出端輸出反電動勢過零方波信號，六個(gè)未經(jīng)過PWM調(diào)制 的換相信號S1、 S2、 S3、 S4、 S5、 S6分別對應(yīng)連接各自的電阻Rd2—端、 各自的U6輸入端、各自的U7—個(gè)輸入端，各自的電阻Rd2另一端、各自的 電容Cd2的一端、各自的U7的另一個(gè)輸入端匯接，各自的U6輸出端、各自 的U7輸出端與各自U8的輸入端連接，六個(gè)U8的輸出端與U9的六個(gè)輸入 端連接，U9的輸出端與Ull的另 一個(gè)輸入端連接。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，其特征在于 U1A、 U1B、 U1C、 U1D、 U1E、 U1F采用一片集成芯片NJM2116M， U2A、 U2B、 U2C、 U2D采用一片集成芯片LM324， U3A、 U3B、 U3C采用三片集 成芯片MAX4669, U4A、 U4B、 U4C采用一片集成芯片CD4001， U5采用 一片集成芯片NJM2406F。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路，包括線電壓差檢測電路、PWM調(diào)制噪聲消除電路、過零點(diǎn)比較電路、虛假零點(diǎn)屏蔽電路。使用中，含有PWM調(diào)制波的電機(jī)三相端電壓送入線電壓差檢測電路和PWM調(diào)制噪聲消除電路處理后輸出放大四倍不含PWM調(diào)制波的平滑非導(dǎo)通相反電勢信號，經(jīng)過零點(diǎn)比較電路比較后得到含有換相時(shí)刻的反電動勢過零點(diǎn)信號，再經(jīng)虛假零點(diǎn)屏蔽電路去除虛假零點(diǎn)后輸出精確的反電動勢過零點(diǎn)信號。本發(fā)明的無刷直流電機(jī)反電動勢過零點(diǎn)檢測電路無需濾波電路，能適應(yīng)各種PWM調(diào)制技術(shù)控制的無刷直流電機(jī)，在0.5％至100％額定轉(zhuǎn)速的寬速度范圍內(nèi)對反電動勢過零點(diǎn)信號無相移的精確檢測。
文檔編號G01R31/34GK101581765SQ20091014756
公開日2009年11月18日 申請日期2009年6月15日 優(yōu)先權(quán)日2009年6月15日
發(fā)明者倩 時(shí), 薛曉明 申請人:薛曉明