[发明专利]一种直流无刷电机的转子位置检测电路

说明书

技术领域

本发明涉及电机技术领域，具体为一种直流无刷电机的转子位置检测电路。

背景技术

永磁无刷直流电机由于其无换向火花、运行可靠、维护方便、结构简单、无励磁 损耗等众多优点，自20世纪50年代出现以来，就在很多场合得到越来越广泛的应用。 传统的永磁无刷直流电机均需一个附加的位置传感器，用以向逆变桥提供必要的换向 信号。它的存在给直流无刷电机的应用带来很多不便：首先，位置传感器会增加电机 的体积和成本；其次，连线众多的位置传感器会降低电机运行的可靠性，即便是现在 应用最为广泛的霍尔传感器，也存在一定程度的磁不敏感区；再次，在某些恶劣的工 作环境中，如在密封的空调压缩机中，由于制冷剂的强腐蚀性，常规的位置传感器根 本就无法使用；此外，传感器的安装精度还会影响电机的运行性能，增加生产的工艺 难度。针对位置传感器所带来的种种不利影响，近一二十年来，永磁无刷直流电机的 无位置传感器控制一直是国内外较为热门的研究课题。

无位置传感器控制，在电机运转的过程中，作为逆变桥功率器件换向导通时序的 转子位置信号仍然是需要的，只不过这种信号不再由位置传感器来提供，而应该由新 的位置信号检测措施来代替，即以提高电路和控制的复杂性来降低电机的复杂性。所 以，目前永磁无刷直流电机无位置传感器控制研究的核心和关键就是架构一转子位置 信号检测线路，从软硬件两个方面来间接获得可靠的转子位置信号，借以触发导通相 应的功率器件，驱动电机运转。

直流无刷电机中，受定子绕组产生的合成磁场的作用，转子沿着一定的方向转动。 电机定子上放有电枢绕组，因此，转子一旦旋转就会在空间形成导体切割磁力线的情 况。根据电磁感应定律可知，导体切割磁力线会在导体中产生感应电热。所以，在转 子旋转的时候就会在定子绕组中产生感应电势，即运动电势，一般称为反电动势或反 电势。

具有梯形反电动势波形的三相无刷直流电机主电路如图1所示。OUT-U、OUT-V 和OUT-W为全桥逆变电路的三相输出，直接驱动电机。三个R1电阻组成星型连接， 虚拟出中性点。RF电阻为电流检测电阻，用于电流过流保护。RA和RB电阻构成分 压网络，形成参考电压。中性点电压与参考电压比较，从而获取到三相反向电动势在 一个电角度周期内的总共6个过零点。从图2中可以看到OUT-U相和OUT-V相的驱 动波形，第三行波形为三相中性点的波形，第四行波形为比较器的输出波形，其中包 含了反向电动势的过零点信息。实线为比较器负输入端的参考电压。

上面提到的这种反电势过零点检测电路的优点是结构简单、成本低，但缺点也十 分明显。比较器负输入端的参考电压需要进行调整，这就必然会使检测到的过零点与 真实过零点存在一些相位误差，导致电机运行时，或多或少的存在抖动。在同样的负 载条件下，母线电流变大，电机效率变低，发热增加。同时在大量生产时会增加生产 工序，浪费时间，从而提高成本。另外比较器检测到的过零点波形不包含相序信息， 使用时必须假设驱动相序，否则存在驱动失步的风险。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明提出了一种直流无刷电机的转子位置检测电 路，对反向电动势过零点检测电路进行改进，使用电容分离反向电动势中的直流信号， 并将每一路反向电动势与参考电压进行比较，从而完成过零点检测。

本发明的技术方案为：

所述一种直流无刷电机的转子位置检测电路，其特征在于：包括三组检测电路， 每组检测电路分别检测直流无刷电机的一相反向电动势；在每组检测电路中，反向电 动势输入检测电路，首先由电阻网络进行分压处理，再由电容隔开直流，然后通过阻 容网络滤波，得到以参考电压为中心的反向电动势信号，最后与参考电压比较，检测 得到反向电动势的过零点；根据三组检测电路得到的直流无刷电机三相反向电动势过 零点，得到直流无刷电机的转子位置。

有益效果

本发明通过检测电路分别检测直流无刷电机每一相的反向电动势，在检测电路中， 通过阻容网络将反向电动势中的直流分量分离出去，并与固定的参考电压进行比较， 能够获得每一相反向电动势的真实过零点。

与经典的检测电路相比，此电路过零点检测准确，提高了电机的工作效率，发热 量低。而且此电路不必对前端的阻容网络进行调整匹配，方便灵活，虽然电路成本增 加一点，但是减少了生产环节，提高了效率，平衡下来总体成本还是下降一些。