專利名稱：無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于無刷直流電機無傳感器控制領(lǐng)域，尤其是涉及電動自行車行業(yè)300w/500w無刷直流電機無傳感器控制。
背景技術(shù)：
無刷直流電機利用電子開關(guān)裝置取代了傳統(tǒng)有刷電機的機械換向，避免了炭刷機械換向帶來的換向火花、噪聲，具備良好的調(diào)速特性、動態(tài)性能并且體積小、結(jié)構(gòu)簡單、功率密度高，應(yīng)用越來越廣泛。
通常直流無刷電機在電機內(nèi)部安裝霍爾傳感器或其他類型的位置傳感器來獲取轉(zhuǎn)子位置信息，以此來確定電子開關(guān)的換向點。位置傳感器的引入能使得無刷電機換向精準，從而實現(xiàn)電機扭矩大、無抖動、零啟動等一系列優(yōu)良特性，但同時也帶入了諸多的缺陷，譬如1、增加了電機內(nèi)部結(jié)構(gòu)復(fù)雜度，使得維護和制造成本上升，90％的電機故障都是由于位置傳感器的損壞造成的；2、電機軸引出線由3根電機線，外加3根位置信號線以及電源線、地線共8根線所組成，額外增加了5根引出線，使軸的內(nèi)徑增大，因而降低了電機軸的可靠性以及引線間的抗干擾性；3、在某些對電機體積要求嚴格的場合，位置傳感器因不符合整機要求而無法安裝。
基于如上所述原因，近年來國內(nèi)外開展對無位置傳感器無刷直流電機控制策略的研究，無位置傳感器直流無刷電機的控制思想主要體現(xiàn)在摒棄位置傳感器，利用電機的物理特性來獲取換向信號。主要有反電動勢過零檢測方法、反電動勢三次諧波積分檢測法、續(xù)流二極管檢測法、磁鏈估計法、擴展卡爾曼濾波法等?，F(xiàn)有的無傳感無刷直流控制策略存在以下幾方面的缺點1、零啟動性能差，失步現(xiàn)象、回退現(xiàn)象、堵轉(zhuǎn)現(xiàn)象出現(xiàn)頻繁，初始轉(zhuǎn)子定位啟動力矩不夠大；2、采用DSP芯片處理高頻注入信號檢測轉(zhuǎn)子空間位置，運算負荷重、可靠性穩(wěn)定性有待提高；3、與原無刷直流電機硬件系統(tǒng)、軟件系統(tǒng)不可兼容，采用無傳感器無刷直流電機控制策略將給原生產(chǎn)流程、作業(yè)方法、系統(tǒng)設(shè)計帶來巨大的變更，升級風(fēng)險性過高、成本控制較難。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，它是基于反電動勢過零檢測原理，在保持原無刷直流電機控制器軟硬件系統(tǒng)完整性的前提下，實現(xiàn)無刷直流電機無傳感器控制，并將無傳感控制模塊化、分立化，自由切換無刷直流電機有/無傳感控制模式。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是包括無刷直流電機、無刷直流電機控制器、反饋補償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路和過零點檢測電路；無刷直流電機與濾波延遲電路連接；穩(wěn)壓電源電路分別與反饋補償電路、濾波延遲電路和過零點檢測電路連接；反饋補償電路分別與濾波延遲電路和過零點檢測電路連接；濾波延遲電路經(jīng)過零點檢測電路與無刷直流電機控制器連接；無刷直流電機控制器與無刷直流電機連接。
所述的無刷直流電機的三相電機線分別與濾波延遲電路的接口A1、A2、A3連接。
所述的反饋補償電路的集成芯片U2端口13、14、1分別與濾波延遲電路的電阻R30、R31、R32連接；反饋補償電路的電阻R33經(jīng)RC回路電阻R25、電容C13與過零點檢測電路的二極管D2、D4、D6連接。
所述的濾波延遲電路的電阻R13、R17、R18分別與過零點檢測電路的電阻R19、R20、R21連接。
所述的過零點檢測電路的接口A6、A5、A4與無刷直流控制器的霍爾接口連接。
所述的反饋補償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路、過零點檢測電路構(gòu)成實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立模塊，其與無刷直流電機控制器是相分離的。
基于反電動勢過零檢測原理，硬件時延90度，反饋補償電路、過零點檢測電路采用集成芯片LM339。
本發(fā)明與背景技術(shù)相比具有的有益效果是1、采用分立模塊化設(shè)計方法，與原系統(tǒng)友好兼容，能在實現(xiàn)無刷直流電機無傳感控制策略的基礎(chǔ)上保持系統(tǒng)的可繼承性，并增加了無刷直流電機有/無傳感控制策略的模式切換功能，最大程度地確保了生產(chǎn)流程的穩(wěn)定性以及規(guī)避了企業(yè)二次研發(fā)生產(chǎn)的風(fēng)險。
2、采用純硬件電路設(shè)計，無需外加DSP做運算處理，系統(tǒng)外加成本極低，純硬件處理速度極快，穩(wěn)定性可靠性高。
3、采用反電動勢過零檢測原理，利用硬件時延90度確定電機的換相點，零啟動具有大扭矩、無抖動、平滑、提速快的特性，可以完全取代霍爾傳感器。


圖1是本發(fā)明的邏輯示意圖。
圖2是本發(fā)明的一個實施例的電路連接圖。
圖中1、無刷直流電機，2、無刷直流電機控制器，3、反饋補償電路，4、穩(wěn)壓電源電路，5、濾波延遲電路，6、過零點檢測電路。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步說明。
如圖1所示，本發(fā)明的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，包括無刷直流電機1、無刷直流電機控制器2、反饋補償電路3、穩(wěn)壓電源電路4、濾波延遲電路5和過零點檢測電路6；無刷直流電機1與濾波延遲電路5連接；穩(wěn)壓電源電路4分別與反饋補償電路3、濾波延遲電路5和過零點檢測電路6連接；反饋補償電路3分別與濾波延遲電路5和過零點檢測電路6連接；濾波延遲電路5經(jīng)過零點檢測電路6與無刷直流電機控制器2連接；無刷直流電機控制器2與無刷直流電機1連接。
如圖2所示，反饋補償電路3的集成芯片U2端口13、14、1分別與濾波延遲電路5的電阻R30、R31、R32連接；反饋補償電路3的電阻R33經(jīng)RC回路R25、C13與過零點檢測電路6的二極管D2、D4、D6連接；反饋補償電路3的接口A1、A2、A3與無刷直流電機1的三相電機線連接；濾波延遲電路5的電阻R13、R17、R18分別與過零點檢測電路6的電阻R19、R20、R21連接；過零點檢測電路6的接口A6、A5、A4與無刷直流控制器2的霍爾接口三路霍爾信號線連接；穩(wěn)壓電源電路4的接口A7、A8分別與無刷直流控制器2的霍爾接口地線、霍爾傳感器電源線連接。
本發(fā)明的工作過程是基于反電動勢過零檢測法，濾波延遲電路5檢測電機U、V、W三相反電動勢信號，通過3路對稱的深度RC濾波電路延遲90度電角度后，利用LM339芯片作為比較器電路檢測三相反電動勢的過零點；其中RC深度濾波對3相反電動勢信號硬件延遲90度電角度，避免了傳統(tǒng)反電動勢過零檢測30度軟件時延的方法，可靠性、穩(wěn)定性加強，運算負荷減少，系統(tǒng)成本下降；濾波延遲電路5的A1支路(U相)接有方波發(fā)生電路，在電機啟動階段時持續(xù)輸出特定頻率、幅值的方波信號，使得U相初始端電壓輸入信號為特定的方波信號；此時，啟動階段保持A2支路(V相)初始端電壓輸入信號為高電平，A3支路(W相)初始端電壓輸入信號為低電平。反饋補償電路3采用LM339作為鋸齒波發(fā)生器產(chǎn)生3路補償信號輸入至濾波延遲電路5和過零點檢測電路6，使得無傳感器無刷直流電機在啟動階段能避免失步、回退、堵死等現(xiàn)象，實現(xiàn)零啟動、大轉(zhuǎn)矩。過零點檢測電路6采用LM339搭建，將煩雜的反電動勢信號轉(zhuǎn)化為方波信號作為模擬換相信號輸入至原無刷直流電機控制器2的霍爾信號接口。穩(wěn)壓電源電路4采用10v穩(wěn)壓管，確保模塊上各個芯片的正常工作。
上述具體實施方式
用來解釋說明本發(fā)明，而不是對本發(fā)明進行限制，在本發(fā)明的精神和權(quán)利要求的保護范圍內(nèi)，對本發(fā)明做出的任何修改和改變，都落入本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于包括無刷直流電機(1)、無刷直流電機控制器(2)、反饋補償電路(3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路(5)和過零點檢測電路(6)；無刷直流電機(1)與濾波延遲電路(5)連接；穩(wěn)壓電源電路(4)分別與反饋補償電路(3)、濾波延遲電路(5)和過零點檢測電路(6)連接；反饋補償電路(3)分別與濾波延遲電路(5)和過零點檢測電路(6)連接；濾波延遲電路(5)經(jīng)過零點檢測電路(6)與無刷直流電機控制器(2)連接；無刷直流電機控制器(2)與無刷直流電機(1)連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于所述的無刷直流電機(1)的三相電機線分別與濾波延遲電路(5)的接口A1、A2、A3連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于所述的反饋補償電路(3)的集成芯片U2端口13、14、1分別與濾波延遲電路(5)的電阻R30、R31、R32連接；反饋補償電路(3)的電阻R33經(jīng)RC回路電阻R25、電容C13與過零點檢測電路(6)的二極管D2、D4、D6連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于所述的濾波延遲電路(5)的電阻R13、R17、R18分別與過零點檢測電路(6)的電阻R19、R20、R21連接。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于所述的過零點檢測電路(6)的接口A6、A5、A4與無刷直流控制器(2)的霍爾接口連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于所述的反饋補償電路(3)、穩(wěn)壓電源電路(4)、濾波延遲電路(5)、過零點檢測電路(6)構(gòu)成實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立模塊，其與無刷直流電機控制器(2)是相分離的。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)，其特征在于基于反電動勢過零檢測原理，硬件時延90度，反饋補償電路(3)、過零點檢測電路(6)采用集成芯片LM339。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)。所述的實現(xiàn)無傳感器無刷直流電機零啟動的純硬件分立系統(tǒng)由無刷直流電機、無刷直流電機控制器、反饋補償電路、穩(wěn)壓電源電路、濾波延遲電路和過零點檢測電路組成。本發(fā)明基于反電動勢過零檢測的原理，在保持原無刷直流電機控制器軟硬件系統(tǒng)完整性的前提下，實現(xiàn)無刷直流電機無傳感器控制，并將無傳感控制模塊化、分立化，自由切換無刷直流電機有/無傳感控制模式。系統(tǒng)采用純硬件電路設(shè)計，響應(yīng)時間極短、運算負荷極低，沒有采用DSP芯片處理，具有低成本、高可靠性、零啟動、90°硬件時延、分立化設(shè)計的特點。
文檔編號H02P6/08GK101018034SQ20071006715
公開日2007年8月15日 申請日期2007年2月2日 優(yōu)先權(quán)日2007年2月2日
發(fā)明者潘雙夏, 林瀟 申請人:浙江大學(xué)