[发明专利]用于BLDC电机控制的超前角检测

说明书

本申请公开了用于BLDC电机控制的超前角检测。一种用于估计无刷DC电机的超前角的超前角估计器(110)。超前角是相电压的相电压矢量与相电流的相电流矢量之间的角度。超前角估计器包括采样单元(114)和处理单元(112)。采样单元(114)适于获得作为相电流的度量的相样本。处理单元(112)适于通过计算相电压的最大值附近或最小值附近的极值时段中的相样本的差并且通过将所获得的差进行归一化来估计超前角。

技术领域

本发明涉及用于估计无刷DC电机的相的电压矢量和电流矢量之间的超前角的方法和系统的领域。更具体地，本发明涉及用于估计超前角的无传感器方法和系统，并且涉及用于驱动无刷DC电机的方法和系统。

背景技术

无传感器的电机控制在越来越多的电动机上使用。因此，重要的原因在于，位置传感器的移除减少了材料清单或传感器校准成本。最新趋势是，电机控制应使用平滑的连续正弦波电流以例如针对电动汽车和混合动力汽车减少声学噪声。由于缺失内燃机，这些汽车的声学噪音水平非常低。这意味着每个电动机，例如气扇，在听得见的声学发射方面也必须是低的。

BLDC(无刷直流)电机控制中的主要作用起到测量并且稍后控制所谓的超前角的作用，该超前角是电机中所施加的电压矢量与电流的关系。

当使用连续的正弦电流时，用于无传感器驱动的BEMF(反电动势)感测的传统方法是不可能的，因为BEMF在没有电流的情况下要求高阻抗电机相。如在例如US 8212508B2中所述，必须创建感测窗口，BEMF可在该感测窗口中被测量。所创建的该感应窗口可能会生成一些声学噪声。

图1示出了针对正弦驱动的电机的因变于时间的BEMF电压10和相电流20。在图1的A部分中，相电流具有相对于BEMF电压的滞后，而在图1的C部分中，相电流在BEMF电压之前超前。在图1的B部分中，电流和BEMF电压被对准。当BEMF电压和相电流被对准时，电机驱动是最高效的。

例如在2010年的IEEE 978-1-4244-5393-1中公开了对BLDC电机的最优超前角的计算。然而，该公开处理在使用梯形波形驱动的情况下基于传感器的BLDC电机控制的超前角计算。

对于基于传感器的BLDC电机控制，US 8692492B2公开了基于表的超前角设置和取决于电机电流的超前角的选择。此类方法需要提前对电机和应用进行仔细的表征，以便生成和存储此类超前角表。在US 8692492B2中，当相电流为零时，对BEMF电压进行采样。这由图2中的箭头图示。在图2的A部分中，在相电流20与BEMF电压10之间存在超前角。这与电机的欠驱动对应。在图2的B部分中，相电流20和BEMF电压10被对准。这与电机的高效驱动对应。在图2的C部分中，在相电流20与BEMF电压10之间存在滞后角。这与电机的过驱动对应。

在无传感器BLDC电机应用中最常用的方法是例如在US 9998059B2中公开的场定向控制(Field-Oriented-Control)，在该方法中，此类感测窗口不存在，但是由于存在若干转换(例如，从三相a、b、c电流系统到两轴d、q系统)，因此这要求高的处理功率，这将提高IC成本(对于高容量应用是一个问题)，在高容量应用中低成本起主要作用。

因此，需要在不使用位置传感器的情况下测量超前角的方法和系统。

发明内容

本发明的实施例的目的在于提供用于测量无刷DC电机的相的电压矢量与电流矢量之间的超前角的良好方法和系统，以及使用超前角作为反馈信号以用于驱动电机的方法和系统。

以上目标由根据本发明的方法和设备来实现。

在第一方面，本发明的实施例涉及用于估计无刷DC电机的超前角的超前角估计器。超前角是相电压的相电压矢量和相电流的相电流矢量之间的角度。