[发明专利]一种用于无刷直流电机的反电势过零点检测方法

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机领域，尤其涉及一种用于无刷直流电机的反电势过零点检测方法，本发明完成了无刷直流电机的换相或其他控制功能，适合于无刷直流电机进行无位置传感器控制或其他依赖于反电势过零点的无刷直流电机控制操作。

背景技术

无刷直流电机具有结构紧凑简单、运行稳定可靠、维护成本低等优点。无刷直流电机的位置传感器增大了电机体积，其安装精度将直接影响无刷直流电机的运行性能。在高温、高压、湿度灰尘大的恶劣工况下，位置传感器亦将限制无刷直流电机的应用。

反电势法是实现无刷直流电机无位置传感器控制的常用方法之一，其关键在于检测反电势的过零点。J.Shao和D.Nolan等提出了直接反电势法(IEEE Trans.Ind.Appl,vol.39,no.6,pp.1734–1740,2003年11/12月)，直接反电势法在零矢量作用时检测断开相端电压和参考零电平的大小关系，如果检测结果相对上一个周期发生跳变则触发过零点信号。直接反电势法不使用电流传感器，无需构造虚拟中性点，避免了由低通滤波器带来的相移问题。但是，在电机高速运行区间，零矢量的脉冲宽度很窄，将导致反电势法难以实现。

Y.S.Lai和F.S.Shyu等提出了在有效矢量作用时进行检测的方法(Proc.IEEE IECONConf.,2003,pp.2144–2149)，该方法的有效矢量占空比可达到1，直流电源电压利用率得到了保证，适合于电机高速运行。但是，电机低速运行区间，有效矢量的脉冲宽度很窄，该方法亦难以实现。

Jianwen Shao在美国专利US7301298B2提出了根据电机转速高低分别在零矢量和有效矢量作用时进行过零点检测。该方法可以使无刷直流电机在较宽的速度范围内运行，并保证了直流电源电压利用率。但是，检测点需要根据电机转速进行切换。Y.S.Lai和Y.K.Lin提出了根据不同的调制方式设置了对应的参考电平(IEEE Trans.Power Electron,vol.26,no.6,pp.1704–1713,2011年6月)，从而使改进的直接反电势法适用于多种调制方式。

为了提高过零点检测精度，J.Shao和D.Nolan提出了基于互补PWM调制的直接反电势法(Proc.IEEE APEC,2003,pp.300–305)，互补PWM调制的零矢量以两个MOS管作为续流通道，这有助于降低功率器件导通损耗，也可避免因反并联二极管导通压降导致的检测误差，同时还能避免轻载工况下电流断续对过零点检测的影响。但是，互补PWM调制需要考虑死区的设置。

已有的直接反电势法及其改进方法用于无刷直流电机反电势过零点检测依然存在一些问题：反电势过零点检测和无刷直流电机调速两个控制过程之间相互影响；在零矢量作用下进行过零点检测将限制直流电源电压利用率；在有效矢量作用下进行过零点检测需要对断开相端电压进行分压衰减，这将降低信噪比，带来一定的检测误差。

发明内容

本发明提供了一种用于无刷直流电机的反电势过零点检测方法，本发明将反电势过零点检测和无刷直流电机调速两个控制过程分离，直通矢量不直接参与电机调速，而有效矢量和零矢量被专用于电机调速，详见下文描述：

一种用于无刷直流电机的反电势过零点检测方法，所述方法包括以下步骤：

在直流电源和三相桥式逆变器之间设置一个可避免直通矢量作用下电源正负极发生短路的二端口电路网络；

在直通矢量作用下利用比较器电路或专用芯片对无刷直流电机端电压的电平进行周期性过零点检测；

有效矢量和零矢量被专用于无刷直流电机调速或其他控制。

所述无刷直流电机采用六步换相驱动策略，在每一步中，无刷直流电机只有两相存在驱动电流，另外一相不存在驱动电流，存在驱动电流的电机定子绕组及三相桥式逆变器对应桥臂被称为导通相，不存在驱动电流的电机定子绕组及三相桥式逆变器对应桥臂被称为断开相。

所述直通矢量由三相桥式逆变器的导通两相的上、下桥臂两个开关管同时导通而产生，或，

由导通两相的四个开关管同时导通而产生，或，

由并联在三相桥式逆变器输入端的独立开关管导通而产生，

上述三种方式应控制断开相的上、下桥臂两个开关管保持关断。

所述周期性过零点检测具体为：在每个调制周期都将直通矢量作用下的断开相端电压与参考电平进行比较，若比较结果相对于上一个调制周期的比较结果发生变化则触发反电势过零点信号。

所述二端口网络为：Z源网络或准Z源网络，