[发明专利]基于电流感测的换向控制

说明书

一种用于控制单线圈无刷DC电机的方法，该方法包括至少第一EHP序列，该序列包括：在扭矩生成时段期间使用驱动信号来驱动(120)电机以加速该电机，使得在随后的生成器模式时段期间，相位电流进入生成器模式；在生成器模式时段期间使用生成器模式信号驱动(130)该电机，生成器模式信号允许相位电流处于生成器模式；在生成器模式时段期间监测(140)该相位电流，由此获得相位电流信息；以及基于所获得的相位电流信息来确定(110)下一个EHP序列的参数。

发明领域

本发明涉及用于控制单线圈无刷DC电机的方法和系统。更具体而言，它涉及无刷DC电机的无传感器控制。

背景技术

无刷DC电机典型地包括磁转子和一个或多个定子线圈。为了通过向一个或多个定子线圈应用适合的驱动电流波形来驱动转子，知晓相对于定子线圈的转子位置是重要的。根据该位置，驱动器生成在特定方向上通过特定线圈的电流以生成扭矩，从而使转子在期望的方向上转动。当转子已经转动超过某个位置(换向点)时，电流方向需要被反转(换向)，使得它再次处于适当的方向以在期望的方向上生成扭矩。

用于控制无刷DC电机的换向的方法和系统可以基于霍尔传感器。这些(多个)霍尔传感器检测转子相对于定子线圈的位置，并且基于此控制通过(多个)电机线圈的电流。

US2016118916公开了一种电机驱动装置，包括用于获得转子的位置的霍尔传感器以及用于当检测到流入电机线圈的线圈电流的方向反转时声明(assert)零电流检测信号的电流监测电路。使用这种配置，可以基于零电流的时序来检测相位超前量和滞后量，并且基于检测到的相位超前量和滞后量来确定适当的校正量。基于校正量，H桥电路的过渡序列在时间上向前或向后移位。

为了避免对霍尔传感器的需求，开发了无传感器换向方法。这种无传感器方法可以例如监测用于估算转子的位置的BEMF(反电动势)电压。无传感器方法使电机结构更不复杂，因为霍尔传感器的位置对于基于霍尔的换向的操作是关键的。在诸如用于CPU冷却、冰箱通风、功率转换器冷却等的低成本大容量风扇系统中，而且在用于置换液体的低成本泵中，基于霍尔感测的单线圈风扇被应用。在这种低成本系统中可以避免霍尔传感器的情况下，显然的是，单线圈电机控制器可能不再必须被靠近转子应用，或者甚至不再在电机组件(例如风扇或泵)内部应用。在当前的低成本系统中，远程控制器典型地使用PWM输入信号和FG/RD输出引脚作为通信接口来控制集成到远程风扇中的风扇驱动器。在无传感器控制的情况下，通过将风扇驱动器定位成靠近控制器，或者甚至集成到远程控制器中，可以实现显著的系统简化。

另一个问题是只有在线圈中没有电流流动时才能正确地测量BEMF电压。为此目的，必须在驱动波形轮廓中创建在线圈中无电流的窗口。在单线圈电机控制的情况下，相位电流的这种中断可能在由电机生成的扭矩中引入扭矩波动，从而引起可听到的或EMC噪声。

在三相BLDC电机中，被称为梯形控制的公知的第一换向策略是监测未被驱动的第三线圈中的BEMF电压过零点(BEMF_ZC)，同时通过驱动第一线圈和第二线圈来递送扭矩。

在被称为正弦波策略的更高级的三相BLDC控制策略中，当所有三个线圈都被驱动时定义换向。存在方法，其中在每60度或60度的倍数的预定义的时刻，定义转子位置。

在被称为场定向控制(FOC)的甚至更高级的方法中，电流被持续地监测。

随着方法变得更复杂，所需的计算急剧地增加。对于FOC控制，8位、16位甚至32位CPU被应用。此外，这些方法的性能强烈地取决于电机磁性设计。在所有情况下，恒定扭矩的递送需要受控电流量的持续流动。在典型的情况下，电机磁性设计不是最佳的。电流量的控制必须补偿这种电机缺陷，从而导致进一步的驱动复杂度。

在所有正弦波方法中，必要部分是以最小的扭矩波动将扭矩矢量从一个线圈平滑地传递到下一个线圈。在单线圈BLDC控制中，这种平滑的传递是不可能的，因为扭矩在转子北极转运到南极的点处必须经过零点。