本公開的實(shí)施例涉及一種用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備和控制方法，更具體地，涉及一種被配置為通過PWM控制中的非換流時(shí)段增加過零點(diǎn)的檢測(cè)的精度的技術(shù)。

背景技術(shù)：

通常，無刷DC電機(jī)(BLDC電機(jī))具有簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)和高的效率，并且被廣泛地用于工業(yè)。典型地，通過將電流施加到線圈所形成的電樞(armature)被用作BLDC電機(jī)定子，以及是通過重復(fù)的N極和S極所形成的永磁體并且被用作轉(zhuǎn)子。

為了使BLDC電機(jī)連續(xù)地旋轉(zhuǎn)，必須形成BLDC電機(jī)的連續(xù)旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)，并且由于定子通量與轉(zhuǎn)子的永磁體的磁場(chǎng)同步地旋轉(zhuǎn)，因此可能需要轉(zhuǎn)子的位置信息。換句話說，為了形成連續(xù)旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，流向電樞的線圈的每個(gè)相的電流的換流必須在適當(dāng)?shù)臅r(shí)間執(zhí)行，并且要求轉(zhuǎn)子的位置被準(zhǔn)確地識(shí)別以用于適當(dāng)?shù)膿Q流。這里，換流表示改變電機(jī)定子線圈的電流方向以允許轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

為了BLDC電機(jī)的平順的操作，轉(zhuǎn)子的位置與相電流換流時(shí)間必須精準(zhǔn)地匹配，并且為此，需要被配置為檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置的設(shè)備。一般地，針對(duì)轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)，可以使用位置檢測(cè)傳感器，諸如霍爾傳感器、分解器(resolver)元件和編碼器。

然而，最近由于制造成本增加和驅(qū)動(dòng)電路變得復(fù)雜，因此使用可以在沒有用于轉(zhuǎn)子位置的檢測(cè)的傳感器的情況下驅(qū)動(dòng)電機(jī)的無傳感器方法。

用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的方法包括在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)提取在每個(gè)相的定子線圈中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)，并且通過使用相反(phase back)EMF的過零點(diǎn)來估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置信息和每個(gè)相電流換流時(shí)間。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

為了解決上述缺陷，主要目的是提供用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備和控制方法，其可以通過PWM控制中的非換流時(shí)段增加過零點(diǎn)的檢測(cè)的精度以準(zhǔn)確地估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置信息。

本公開的附加方面將在以下說明書中部分地闡述，并且將根據(jù)說明書部分地變得明顯，或者可以通過對(duì)本公開的實(shí)踐來習(xí)得。

根據(jù)本公開的一個(gè)方面，一種用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)以基于轉(zhuǎn)子的位置來切換施加到定子繞組的電流的設(shè)備包括：三相逆變器，被配置為將DC輸入電壓轉(zhuǎn)換成三相AC電壓，并且將三相AC電壓供應(yīng)到BLDC電機(jī)；端子電壓檢測(cè)器，被配置為從三相逆變器的輸出端子檢測(cè)三相端子電壓；以及控制器，被配置為基于在檢測(cè)到的端子電壓中所包括的三相反電動(dòng)勢(shì)(EMF)來執(zhí)行端子電壓的脈沖寬度調(diào)制(PWM)控制，其中，PWM控制包括在其中不發(fā)生電流的切換的非換流控制。

設(shè)備可以進(jìn)一步包括過零點(diǎn)(ZCP)檢測(cè)器，其被配置為基于通過端子電壓的PWM控制所產(chǎn)生的PWM信號(hào)來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

ZCP檢測(cè)器可以包括零點(diǎn)(ZP)比較器，其被配置為通過將檢測(cè)到的三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

ZP比較器可以在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為正的時(shí)段中輸出正電壓，并且可以在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為負(fù)的時(shí)段中輸出零電壓。

控制器可以執(zhí)行非換流控制，其被配置為通過去除用于切換電流的開關(guān)的操作的PWM信號(hào)來產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段。

控制器可以基于檢測(cè)到的三相反EMF的ZCP來檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，并且可以基于檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子的位置來控制三相逆變器的切換操作。

ZCP檢測(cè)器可以基于通過端子電壓的PWM控制所產(chǎn)生的、包括非換流控制的非換流信號(hào)時(shí)段來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

設(shè)備可以進(jìn)一步包括相電流轉(zhuǎn)換器，其被配置為通過基于檢測(cè)到的三相反EMF的ZCP確定在電機(jī)中所包括的轉(zhuǎn)子的位置并且基于所確定的轉(zhuǎn)子的位置確定電機(jī)的換流時(shí)間，來驅(qū)動(dòng)三相逆變器。

設(shè)備還可以包括PWM信號(hào)發(fā)生器，其被配置為基于PWM控制來確定PWM信號(hào)的切換模式，并且將切換模式傳送到三相逆變器。

設(shè)備還可以包括脈沖寬度調(diào)制器，其被配置為通過改變PWM信號(hào)的脈沖寬度來改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

根據(jù)本公開的另一方面，一種用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)以基于轉(zhuǎn)子的位置來切換施加到定子繞組的電流的方法包括：將DC輸入電壓轉(zhuǎn)換成三相AC電壓，并且將三相AC電壓供應(yīng)到BLDC電機(jī)；從三相逆變器的輸出端子檢測(cè)三相端子電壓；基于在檢測(cè)到的端子電壓中所包括的三相反EMF來執(zhí)行包括非換流控制的端子電壓的PWM控制，在該非換流控制中不發(fā)生電流的切換；以及基于通過端子電壓的PWM控制所產(chǎn)生的PWM信號(hào)來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

ZCP的檢測(cè)可以通過對(duì)檢測(cè)到的三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

ZCP的檢測(cè)可以在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為正的時(shí)段中輸出正電壓，并且在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為負(fù)的時(shí)段中輸出零電壓。

非換流控制可以通過去除用于切換電流的開關(guān)的操作的PWM信號(hào)來產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段。

方法還可以包括基于檢測(cè)到的三相反EMF的ZCP來檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，并且基于檢測(cè)到的轉(zhuǎn)子的位置來控制三相逆變器的切換操作。

ZCP的檢測(cè)可以基于從端子電壓的PWM控制所產(chǎn)生的、包括非換流控制的非換流信號(hào)時(shí)段來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

方法還可以包括通過基于檢測(cè)到的三相反EMF的ZCP確定在電機(jī)中所包括的轉(zhuǎn)子的位置并且基于所確定的轉(zhuǎn)子的位置確定電機(jī)的換流時(shí)間，來驅(qū)動(dòng)三相逆變器。

方法還可以包括基于PWM控制來確定PWM信號(hào)的切換模式，并且將切換模式傳送到三相逆變器。

方法還可以包括通過改變PWM信號(hào)的脈沖寬度來改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。

在開始下面的具體實(shí)施例部分之前，闡述貫穿本專利文獻(xiàn)所使用的特定詞語和短語的定義是有利的：術(shù)語“包含”和“包括”及其派生詞意味著包括但不限制；術(shù)語“或”是包含性的，意味著和/或；短語“與…相關(guān)聯(lián)”和“與之相關(guān)聯(lián)”及其派生詞可以意味著包括、被包括于其中、與之互連、包含、被包含于其中、連接到或與之連接、耦合到或與之耦合、與之通信、與之協(xié)作、交織、與之并列、與之鄰近、綁定到或與之綁定、具有、具有該性質(zhì)等等；以及術(shù)語“控制器”意味著控制至少一個(gè)操作的任何設(shè)備、系統(tǒng)或其一部分，這樣的設(shè)備可以以硬件、固件或軟件、或其中至少兩項(xiàng)的某一組合實(shí)現(xiàn)。應(yīng)當(dāng)注意，與任何具體控制器相關(guān)聯(lián)的功能可以是集中式的或分布式的，不管是本地地還是遠(yuǎn)程地。貫穿本專利文獻(xiàn)提供了特定詞語或短語的定義，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，如果不是在大多數(shù)情況下，則在許多情況下，這樣的定義適用于所定義的詞語或短語的現(xiàn)有的以及將來的使用。

附圖說明

為了更全面的理解本公開及其優(yōu)點(diǎn)，現(xiàn)在參考以下結(jié)合附圖的描述，在附圖中，相同的附圖標(biāo)記代表相同的部件：

圖1是示出用于驅(qū)動(dòng)一般的BLDC電機(jī)的逆變器與電機(jī)之間的連接的圖；

圖2是示出用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的三相反電動(dòng)勢(shì)和霍爾傳感器的圖；

圖3是示出基于開關(guān)控制的電流流動(dòng)的圖；

圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備的控制框圖；

圖5是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的端子電壓檢測(cè)器和零點(diǎn)比較器的控制流程；

圖6和圖7是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的端子電壓檢測(cè)器的詳細(xì)配置的圖；

圖8是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的在其中從PWM信號(hào)產(chǎn)生非換流時(shí)段的信號(hào)的圖；

圖9是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段的切換操作的圖；

圖10是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的在其中通過比較器檢測(cè)到過零點(diǎn)并且輸出信號(hào)的信號(hào)的圖；

圖11是示出本公開的實(shí)施例的通過將每個(gè)相電阻相加來檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)電壓的圖；以及

圖12是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的控制方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

下面討論的圖1至圖12以及本專利文獻(xiàn)中用來描述本公開的原理的各種實(shí)施例僅僅是示例性的，并且不應(yīng)以限制本公開的范圍的方式來解釋。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解到，可以在任何適當(dāng)布置的設(shè)備或系統(tǒng)中實(shí)施本公開的原理。下文中將參考附圖來更全面地描述本公開，在附圖中示出了本公開的示例性實(shí)施例。

如本領(lǐng)域技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到地，所描述的實(shí)施例可以以各種不同的方式來修改，所有這些都不脫離本公開的精神或范圍。

現(xiàn)在將詳細(xì)地參考在附圖中示出其示例的本公開的實(shí)施例。然而，對(duì)于本公開的描述，如果確定詳細(xì)描述使本公開的實(shí)施例不清楚，則詳細(xì)描述可以被省略。與描述不相關(guān)的部分被省略以便具體地描述本公開，并且貫穿說明書，相同的附圖標(biāo)記指代相同的元件。將理解的是，盡管術(shù)語第一、第二、第三等可以在本文中用來描述各種元件，但是這些元件不受這些術(shù)語限制。這些術(shù)語僅被用來將一個(gè)元件與另一個(gè)元件區(qū)分開。

貫穿本公開，“開關(guān)元件”表示被配置為在電氣和電子設(shè)備中連接或斷開電流的布線元件。開關(guān)元件可以包括被配置為根據(jù)控制信號(hào)來連接電流的晶體管、雙極型晶體管(BJT)和場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)，但不限于此。

當(dāng)開關(guān)元件用作FET時(shí)，開關(guān)元件可以包括柵極端子、漏極端子和源極端子。另外，根據(jù)輸入信號(hào)，漏極端子可以用作源極端子而源極端子可以用作漏極端子。

開關(guān)元件可以被劃分成在低電壓下進(jìn)行操作的低電壓開關(guān)元件(LN)和在高電壓下進(jìn)行操作的高電壓開關(guān)元件(HN)。在一些實(shí)施例中，高電壓開關(guān)元件(HN)可以被配置為承受高電壓被施加到漏極端子的狀態(tài)，并且可以典型地用在各種電力元件中。

高電壓開關(guān)元件(HN)可以包括雙擴(kuò)散MOSFET(DMOSFET)、絕緣柵雙極晶體管(IGBT)、擴(kuò)展漏極MOSFET(EDMOSFET)、橫向雙擴(kuò)散MOSFET(LDMOSFET)和氮化鎵(GaN)晶體管，但不限于此。

貫穿本公開，“接通”表示將開關(guān)元件的狀態(tài)從非傳導(dǎo)狀態(tài)改變?yōu)閭鲗?dǎo)狀態(tài)(換流狀態(tài))。具體地，“接通”表示供應(yīng)信號(hào)到柵極以允許電流流到開關(guān)元件。與此相反，“關(guān)斷”表示將開關(guān)元件的狀態(tài)從傳導(dǎo)狀態(tài)改變?yōu)榉莻鲗?dǎo)狀態(tài)(非換流狀態(tài))。

如上所述，一種用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的方法可以包括在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)提取在每個(gè)相的定子線圈中產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)(EMF)，并且通過使用相反EMF的過零點(diǎn)(ZCP)來估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置信息和每個(gè)相電流換流時(shí)間。ZCP表示其中每個(gè)相的反EMF經(jīng)過零點(diǎn)的時(shí)段的交叉點(diǎn)，并且可以在沒有額外的位置檢測(cè)傳感器——例如，霍爾傳感器——的情況下，通過經(jīng)由檢測(cè)ZCP來檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置以允許驅(qū)動(dòng)電機(jī)的控制。然而，該方法可以包括通過使用在制造電機(jī)時(shí)未考慮的中性點(diǎn)來直接地測(cè)量相電壓。因此，在提取相反EMF和ZCP方面可能存在限制，并且相反EMF電壓的ZCP可以通過對(duì)端子電壓與電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電壓的一半進(jìn)行比較來提取。因此，通過使用上述方法來驅(qū)動(dòng)電機(jī)的方法不可以應(yīng)用于反EMF很小的低速驅(qū)動(dòng)區(qū)域，并且可能具有的難點(diǎn)是，通過脈沖寬度調(diào)制方法驅(qū)動(dòng)的電機(jī)的端子電壓包括通過高速切換引起的噪聲分量。

圖1是示出用于驅(qū)動(dòng)一般的BLDC電機(jī)的逆變器與電機(jī)之間的連接的圖，圖2是示出用于驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)的三相反電動(dòng)勢(shì)和霍爾傳感器的圖，以及圖3是示出基于開關(guān)控制的電流流動(dòng)的圖。

用于控制三相BLDC電機(jī)的三相逆變器100可以在圖1中示出，并且三相逆變器100可以是被配置為通過使用六個(gè)金屬氧化物硅場(chǎng)效應(yīng)晶體管(MOSFET)控制電壓占空比來執(zhí)行150度換流控制的驅(qū)動(dòng)電路。此外，除了150度換流控制之外，控制可以通過120度換流方法來執(zhí)行，并且150度換流方法可以防止通過以機(jī)械方式(30度)進(jìn)行的開關(guān)的交叉操作所引起的臂短接，并且可以不需要防止臂短接的死時(shí)間(dead time)。

如圖1所示，三相逆變器100中所包括的6個(gè)開關(guān)Q1至Q6的柵極信號(hào)可以是方波形式。此外，控制器70可以通過使用柵極信號(hào)來驅(qū)動(dòng)開關(guān)，通過控制PWM信號(hào)發(fā)生器80來脈沖寬度調(diào)制(PWM)或脈沖頻率調(diào)制(PFM)該柵極信號(hào)。

脈沖寬度調(diào)制(PWM)是一種在將模擬信號(hào)調(diào)制成具有噪聲優(yōu)勢(shì)的數(shù)字信號(hào)之后傳送模擬信號(hào)的方法，因?yàn)槟M由于噪聲而損壞。即，由于PWM是與將模擬信號(hào)調(diào)整成數(shù)字值一樣多地(as much as)調(diào)制脈沖寬度的方法，因此當(dāng)信號(hào)寬度大時(shí)脈沖寬度可以變大，并且當(dāng)信號(hào)寬度小時(shí)脈沖寬度可以變小。脈沖頻率調(diào)制(PFM)是根據(jù)信號(hào)的大小來改變脈沖重復(fù)頻率的調(diào)制方法，以及當(dāng)信號(hào)大時(shí)重復(fù)頻率可以變大，并且當(dāng)信號(hào)小時(shí)重復(fù)頻率可以變小。如上所述，開關(guān)操作的控制方法可以與熟知的方法相對(duì)應(yīng)。

開關(guān)Q1至Q6可以由氮化鎵(GaN)場(chǎng)效應(yīng)晶體管(FET)來實(shí)現(xiàn)。硅MOSFET(Si-MOSFET)在傳統(tǒng)上被用作開關(guān)元件。被稱為下一代功率半導(dǎo)體元件的GaN FET可以具有相對(duì)低的傳導(dǎo)電阻，這是由于與Si-MOSFET相比的寬帶隙半導(dǎo)體的特征，從而可以使得產(chǎn)生的熱量最小化。此外，GaN FET可以具有小的電容值，并且可以由于短的開關(guān)導(dǎo)通和截止時(shí)間而執(zhí)行高速開關(guān)。開關(guān)期間所產(chǎn)生的損耗可以小于Si-MOSFET。因此，通過使用由GaN FET實(shí)現(xiàn)的開關(guān)，可以實(shí)現(xiàn)高效率的功率因子校正電路。此外，由于GaN FET的高頻率的開關(guān)，無源元件的體積可以減少并且可以實(shí)現(xiàn)電路的高密度。此外，通過使用GaN FET元件的高反向恢復(fù)特征，可以使功率因數(shù)校正電路的性能最大化。

參考圖1，開關(guān)Q1和Q4可以通過“A”示出，開關(guān)Q2和Q5可以通過“B”示出，以及開關(guān)Q3和Q6可以通過“C”示出。A、B和C被隨機(jī)設(shè)置以描述基于三相反EMF或霍爾傳感器信號(hào)的開關(guān)。

開關(guān)Q1和Q4可以不同時(shí)接通或關(guān)斷，并且當(dāng)開關(guān)Q1或Q4接通時(shí)，另一個(gè)可以被關(guān)斷。開關(guān)Q2和Q5可以不同時(shí)接通或關(guān)斷，并且開關(guān)Q3和Q6可以不同時(shí)接通或關(guān)斷。

如圖1所示，BLDC電機(jī)的每個(gè)相電壓可以如下面等式1估計(jì)，并且每個(gè)相電壓可以包括相電流的分量、反EMF和中性點(diǎn)。

等式1

Va、Vb和Vc是相電壓，ia、ib和ic是相電流，ea、eb和ec是相反EMF以及Vn是中性點(diǎn)電壓。

圖2示出通過150°換流方法的三相反EMF和霍爾傳感器信號(hào)。

使用霍爾傳感器的方法可以是用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置的傳統(tǒng)方法，并且可以被配置為基于由霍爾傳感器檢測(cè)到的信號(hào)Ha、Hb和Hc來控制用于驅(qū)動(dòng)電機(jī)的開關(guān)。此外，用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的方法可以包括在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)從每個(gè)相的定子線圈提取反EMF ea、eb和ec，并且基于提取來估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置信息和每個(gè)相電流的換流時(shí)間。

參考圖2，三相DC電機(jī)可以通過U相、V相和W相來表示。根據(jù)150度換流方法，在通過采用30°來劃分信號(hào)時(shí)段所計(jì)算出的電角中，在15°和165°之間，圖1的開關(guān)A中的Q1被接通；在135°和285°之間，圖1的開關(guān)B中的Q2被接通；以及大于255°，圖1的開關(guān)C中的Q3被接通。

參考圖2中所示的開關(guān)表，A+可以表示Q1被接通，而A-可以表示Q4被接通。此外，B+可以表示Q2被接通，而B-可以表示Q5被接通。以相同的方式，C+可以表示Q3被接通，而C-可以表示Q6被接通。開關(guān)表可以基于在電機(jī)旋轉(zhuǎn)時(shí)由霍爾傳感器檢測(cè)到的信號(hào)或在每個(gè)相的定子線圈中產(chǎn)生的反EMF來做出，并且基于開關(guān)表，從圖1的三相逆變器100施加到三相DC電機(jī)的電流流動(dòng)在圖3中被示出。

基于圖2的開關(guān)表的實(shí)施例(T)，當(dāng)電角在135°至165°之間時(shí)，開關(guān)表可以通過A+、B+和C-示出。也就是說，在此時(shí)段中，Q1、Q2和Q6可以被接通，并且從圖1的三相逆變器100施加到三相直流電機(jī)的電流流動(dòng)在圖3中被示出，從而可以控制三相DC電機(jī)的驅(qū)動(dòng)。

圖4是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備的控制框圖。

參考圖4，根據(jù)實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備可以包括端子電壓檢測(cè)器50、過零點(diǎn)檢測(cè)器60、PWM信號(hào)發(fā)生器80、脈沖寬度調(diào)制器85和相電流轉(zhuǎn)換器90。

端子電壓檢測(cè)器50可以從三相逆變器100的輸出端子檢測(cè)三相端子電壓。也就是說，三相逆變器100可以將從外部供應(yīng)的DC輸入電壓轉(zhuǎn)換為與驅(qū)動(dòng)BLDC電機(jī)相關(guān)聯(lián)的脈沖形狀的三相AC電壓，并且輸出三相AC電壓。端子電壓檢測(cè)器50可以通過計(jì)算三相逆變器100的三相輸出端子之間的電壓差來檢測(cè)端子之間的電壓，并且將端子之間的電壓輸入到控制器70。

由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)的端子之間的電壓可以通過BLDC電機(jī)的每個(gè)相電壓之間的差來計(jì)算，如等式1中所示。如上所述，每個(gè)相電壓可以包括反EMF分量，并且由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)到的端子之間的電壓可以包括三相電機(jī)的每個(gè)相的反EMF。

ZCP檢測(cè)器60可以通過將由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)到的端子之間的電壓與電機(jī)的輸入電壓的零點(diǎn)進(jìn)行比較來提取三相反EMF的ZCP。即，端子電壓檢測(cè)器50可以通過從BLDC電機(jī)接收每個(gè)端子的電壓來檢測(cè)包括三相反EMF的端子之間的電壓，并且將檢測(cè)到的端子之間的電壓傳送到在ZCP檢測(cè)器60中所包括的零點(diǎn)(ZP)比較器61。

ZP比較器61可以將從端子電壓檢測(cè)器50傳送的三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較，以及然后可以在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為正的時(shí)段中輸出正電壓，并且可以在三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為負(fù)的時(shí)段中輸出零電壓。

控制器70可以基于在由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)到的端子電壓中所包括的三相反EMF來執(zhí)行端子電壓的PWM控制。PWM控制是在將模擬信號(hào)調(diào)制成具有噪聲優(yōu)勢(shì)的數(shù)字信號(hào)之后傳送模擬信號(hào)的方法，因?yàn)楫?dāng)以有線或無線方法傳送模擬信號(hào)時(shí)，模擬由于噪聲而損壞。也就是說，控制器70可以將在端子電壓中所包括的三相反EMF的模擬信號(hào)調(diào)制成數(shù)字信號(hào)。

由控制器70執(zhí)行的PWM控制可以包括稍后描述的非換流控制，并且非換流控制可以表示通過非換流信號(hào)時(shí)段的產(chǎn)生進(jìn)行的控制，在該非換流信號(hào)時(shí)段中，PWM信號(hào)被去除以防止在三相逆變器100中發(fā)生電流的切換。

ZCP檢測(cè)器60可以基于從PWM控制產(chǎn)生的PWM信號(hào)來檢測(cè)三相反EMF的ZCP，該P(yáng)WM控制包括由控制器70執(zhí)行的三相端子電壓的非換流控制。控制器70可以基于由ZCP檢測(cè)器60檢測(cè)的ZCP來獲取轉(zhuǎn)子的位置信息，并且可以傳送控制信號(hào)，該控制信號(hào)被配置為通過控制電壓被施加到定子繞組的定時(shí)來控制被供應(yīng)到三相逆變器100的PWM信號(hào)模式以防止過電流被供給到電機(jī)。通過發(fā)送控制信號(hào)，可以控制三相逆變器100的切換操作。也就是說，控制器70可以執(zhí)行整體三相逆變器100的控制算法。

PWM信號(hào)發(fā)生器80可以基于由控制器70輸出的PWM信號(hào)來確定PWM信號(hào)的切換模式，并且將所確定的切換模式傳送到三相逆變器100，以便允許開關(guān)Q1至Q6根據(jù)切換模式進(jìn)行操作。

脈沖寬度調(diào)制器85可以改變從PWM信號(hào)發(fā)生器80輸出的PWM信號(hào)的脈沖寬度，從而改變電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度。脈沖寬度調(diào)制器85可以調(diào)整三相逆變器100的切換以變化電機(jī)的旋轉(zhuǎn)速度，從而控制BLDC電機(jī)的無傳感器驅(qū)動(dòng)。

相電流轉(zhuǎn)換器90可以通過由ZCP檢測(cè)器60提取的三相反EMF的ZCP來確定三相電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置，并且基于該確定來確定換流時(shí)間從而控制三相逆變器100以進(jìn)行操作。

圖5是示出端子電壓檢測(cè)器和零點(diǎn)比較器的控制流程，而圖6和圖7是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的端子電壓檢測(cè)器的詳細(xì)配置的圖。

如圖5所示，端子電壓檢測(cè)器50可以通過經(jīng)由使用差分放大器從BLDC電機(jī)接收每個(gè)端子電壓來檢測(cè)端子之間的電壓，包括相之間的反EMF，并且可以將端子之間的電壓傳送到ZP比較器61。

ZP比較器61可以通過比較器來將從端子電壓檢測(cè)器50接收的端子之間的電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較，從而生成方波信號(hào)，該方波信號(hào)被配置為在端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為正的時(shí)段中輸出正電壓，并且被配置為在端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為負(fù)的時(shí)段中輸出負(fù)電壓。

在圖5中，Va、Vb和Vc是相電壓，Vac、Vba和Vcb是相間端子之間的電壓，以及Sac、Sba和Scb是通過將三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較所傳送的信號(hào)。

參考圖6，DC電機(jī)的三相(U，V，W)的端子電壓Va、Vb和Vc可以被電阻R1和R2分壓，并且然后被輸入到控制器70的A/D輸入端口72。額外的齊納二極管可以被包括在A/D輸入端口72中，以使得由每個(gè)電阻分布電路R1和R2分壓的電壓值被限制在每個(gè)相端子電壓的A/D輸入電壓的范圍內(nèi)。

此外，在BLDC電機(jī)的無傳感器操作時(shí)段，每個(gè)相(U，V，W)的端子電壓與三相逆變器100的DC端子的電壓的一半的比較結(jié)果可以被輸入到控制器70的數(shù)字輸入端口74，從而檢測(cè)在三相端子電壓中所包括的三相反EMF的ZCP。

圖8是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的從PWM信號(hào)產(chǎn)生的非換流時(shí)段中的信號(hào)的圖，而圖9是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段的切換操作的圖。

如上所述，根據(jù)BLDC電機(jī)的無傳感器驅(qū)動(dòng)的傳統(tǒng)方法，PWM控制可以針對(duì)在端子電壓中所包括的三相反EMF來執(zhí)行，并且三相反EMF的ZCP可以從PWM控制提取，從而可以控制三相逆變器100的切換。

然而，在以低速驅(qū)動(dòng)電機(jī)的時(shí)段中，存在許多PWM信號(hào)的脈沖，并且反EMF的大小很小。因此，切換噪聲可以很大，并且因此可能難以檢測(cè)到精確的ZCP。

因此，控制器70可以基于三相反EMF來對(duì)PWM信號(hào)執(zhí)行非換流控制，以使得由切換噪聲引起的困難可以被緩解并且可以檢測(cè)到精確的ZCP，由此準(zhǔn)確地檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置。

根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的設(shè)備，不存在用于檢測(cè)轉(zhuǎn)子的位置的額外的位置檢測(cè)傳感器，例如霍爾傳感器，并且因此轉(zhuǎn)子可以根據(jù)先前驅(qū)動(dòng)電機(jī)的預(yù)定相位來布置。

參考圖8，控制器70可以對(duì)PWM信號(hào)執(zhí)行三相非換流控制，以在每個(gè)相中產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段?？刂破?0可以基于由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)到的三相端子電壓來檢測(cè)三相反EMF，并且基于三相反EMF生成PWM信號(hào)。在這種情況下，控制器70可以在產(chǎn)生PWM信號(hào)的PWM控制中執(zhí)行非換流控制，并且具體地，控制器70可以通過在低速時(shí)段中控制開關(guān)Q1至Q6來去除PWM信號(hào)。

如圖8所示，控制器70可以在U相中產(chǎn)生非換流時(shí)段(Z1)，在V相中產(chǎn)生非換流時(shí)段(Z2)，以及在W相中產(chǎn)生非換流時(shí)段(Z3)。此外，如圖9所示，非換流時(shí)段可以通過控制開關(guān)Q1至Q6來產(chǎn)生非換流信號(hào)。

如圖2和圖3所示，控制器70可以產(chǎn)生切換模式，其被配置為通過控制PWM信號(hào)發(fā)生器80來驅(qū)動(dòng)開關(guān)A(Q1和Q4)、開關(guān)B(Q2和Q5)以及開關(guān)C(Q3和Q6)。

為了產(chǎn)生關(guān)于三相DC電機(jī)的PWM信號(hào)的非換流信號(hào)時(shí)段，Q1、Q2和Q3中的所有可以被接通，并且Q4、Q5和Q6中的所有可以被關(guān)斷。當(dāng)Q4、Q5和Q6中的所有被接通并且Q1、Q2和Q3中的所有被關(guān)斷時(shí)，可以產(chǎn)生非換流時(shí)段。

由于PWM信號(hào)的脈沖不存在于非換流時(shí)段中，因此可以從PWM非換流信號(hào)時(shí)段檢測(cè)到精確的ZCP。即，ZCP檢測(cè)器60可以接收在其中執(zhí)行非換流控制的PWM信號(hào)，并且基于通過PWM控制所產(chǎn)生的非換流信號(hào)時(shí)段來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

圖10是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的在其中通過比較器檢測(cè)到過零點(diǎn)并且輸出信號(hào)的信號(hào)的圖。

圖10的部分(a)示出通過ZCP檢測(cè)器60從包括非換流時(shí)段的PWM信號(hào)檢測(cè)到ZCP。在ZCP檢測(cè)器60中所包括的ZP比較器61可以接收在其中由控制器70執(zhí)行非換流控制的三相端子電壓的PWM信號(hào)，并且可以通過將接收到的三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

此外，ZP比較器61可以通過，在其中在三相端子電壓的PWM信號(hào)中所包括的三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為正的時(shí)段中輸出正電壓并且在其中三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓之間的差為負(fù)的時(shí)段中輸出零電壓，來輸出如圖10的部分(b)中所示的信號(hào)，并且輸出信號(hào)可以被輸入到控制器70。

如圖10的部分(c)所示，控制器70可以延遲通過ZP比較器61輸出的信號(hào)的相位。即，由ZP比較器61檢測(cè)到的ZCP可以是三相電機(jī)的驅(qū)動(dòng)點(diǎn)，并且可以通過相對(duì)于ZCP延遲15°來驅(qū)動(dòng)三相電機(jī)。當(dāng)延遲相位時(shí)，電機(jī)可以按照與位置檢測(cè)傳感器——例如霍爾傳感器——相同的方式被驅(qū)動(dòng)。

圖11是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的通過將每個(gè)相電阻相加來檢測(cè)反電動(dòng)勢(shì)電壓的圖。

如圖5至圖7所示，在使用三個(gè)運(yùn)算放大器(op-Amp)的狀態(tài)下，只有當(dāng)所有的三個(gè)運(yùn)算放大器都正常操作時(shí)，才可以檢測(cè)到包括反EMF的端子電壓。

根據(jù)實(shí)施例，代替使用三個(gè)運(yùn)算放大器，每個(gè)相的電阻R1、R2和R3可以被組合為單個(gè)值以檢測(cè)包括反EMF的端子電壓。

如圖11所示，被配置為檢測(cè)反EMF的反EMF檢測(cè)器200可以包括反EMF檢測(cè)電路210、低通濾波器(LPF)220、被配置為將由反EMF檢測(cè)電路210獲取的電壓與極性電壓(Vdc/2)進(jìn)行比較的比較器240以及被配置為檢測(cè)極性電壓的極性電壓檢測(cè)器230。如上所述，當(dāng)每個(gè)相的電阻被組合為單個(gè)值以檢測(cè)反EMF時(shí)，可以解除只有當(dāng)三個(gè)運(yùn)算放大器都正常操作時(shí)才檢測(cè)到反EMF的困難，并且可以簡(jiǎn)化電路配置。

圖12是示出根據(jù)本公開的實(shí)施例的用于驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)的控制方法的流程圖。

參考圖12，三相逆變器100可以將DC輸入電壓轉(zhuǎn)換為三相AC電壓，并且將三相AC電壓供應(yīng)到電機(jī)(S100)。也就是說，三相逆變器100可以是由六個(gè)開關(guān)Q1至Q6和二極管構(gòu)成的典型的開關(guān)電路，以及可以被配置為將從整流單元供應(yīng)的DC電力轉(zhuǎn)換為具有任意可變頻率的脈沖形狀的三相AC電力(U，V，W)并且將AC電力供應(yīng)到BLDC電機(jī)。

端子電壓檢測(cè)器50可以通過計(jì)算三相逆變器100的輸出端子的電壓之間的差來檢測(cè)端子之間的電壓(S110)，并且可以將檢測(cè)到的端子電壓傳送到控制器70。由端子電壓檢測(cè)器50檢測(cè)到的三相端子電壓可以包括三相電機(jī)的每個(gè)相的反EMF。

控制器70可以執(zhí)行包括非換流控制的端子電壓的PWM控制(S120)。即，端子電壓檢測(cè)器50可以產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段，在非換流信號(hào)時(shí)段中，PWM信號(hào)被去除以防止在三相逆變器100中發(fā)生電流切換。控制器70可以通過執(zhí)行關(guān)于PWM信號(hào)的三相非換流控制來在每個(gè)相中產(chǎn)生非換流信號(hào)時(shí)段。

ZCP檢測(cè)器60可以基于通過由控制器70執(zhí)行的、包括三相端子電壓的非換流控制的PWM控制所產(chǎn)生的PWM信號(hào)來檢測(cè)三相反EMF的ZCP(S130)。ZCP檢測(cè)器60可以通過經(jīng)由提供ZP比較器61以將三相端子電壓與電機(jī)的輸入電壓進(jìn)行比較來檢測(cè)三相反EMF的ZCP。

控制器70可以基于三相反EMF的檢測(cè)到的過零點(diǎn)來檢測(cè)電機(jī)的轉(zhuǎn)子的位置(S140)，基于轉(zhuǎn)子的位置確定電機(jī)的換流時(shí)間(S150)，以及控制三相逆變器的切換操作(S160)。

如從上面描述明顯看出，根據(jù)針對(duì)驅(qū)動(dòng)無傳感器BLDC電機(jī)所提議的設(shè)備和控制方法，通過經(jīng)由非換流控制去除關(guān)于反EMF的PWM信號(hào)的切換噪聲，可以提高ZCP的檢測(cè)的精度。

另外，通過在PWM控制期間經(jīng)由非換流時(shí)段增加ZCP的檢測(cè)精度，可以準(zhǔn)確地估計(jì)轉(zhuǎn)子的位置信息。

雖然已經(jīng)采用示例性實(shí)施例描述了本公開，但是可以向本領(lǐng)域技術(shù)人員建議各種改變和修改。意圖在于，本公開包含落入所附權(quán)利要求的范圍之內(nèi)的這樣的改變和修改。