[发明专利]一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置

摘要

本发明公开了一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，包括：电压提取与信号滤波电路（1）、过零点检测电路（2）、信号隔离电路（3）、信号整形电路（4）、锁相环电路（5）、DSP控制器（6）和可变线程选择电路（7）。永磁同步电机运行时，电压提取与信号滤波电路（1）将电机的三个相电压信号分别进行分压和滤波，过零点检测电路（2）中的电压比较器U2将滤波后的相电压信号变成过零点方波信号，电压比较器U3将滤波后的相电压信号变成过零点方波信号，DSP控制器（6）根据正交虚拟霍尔信号和正交虚拟光电码盘信号得到转子磁极位置。本发明减小了电机接线的数量，提高了系统的检测精度和可靠性。

主权项

一种基于锁相环的永磁同步电机转子磁极位置检测装置，包括：电压提取与信号滤波电路（1）、过零点检测电路（2）、信号隔离电路（3）、信号整形电路（4）、锁相环电路（5）、DSP控制器（6）和可变线程选择电路（7）；电压提取与信号滤波电路（1）有三个相同的支路，每一个支路均包括：电阻R_a、电阻R_b 、电阻R₂、电阻R₃、电容C₁、电容C₂、电容C₃ 和运算放大器U1；过零点检测电路（2）包括：电压比较器U2和电压比较器U3；信号隔离电路（3）包括：光耦UA和光耦UB；信号整形电路（4）包括：施密特触发器UC和施密特触发器UD；锁相环电路（5）包括：锁相环芯片A（8）和锁相环芯片B（14）；可变线程选择电路（7）包括：串行计数器A（9）、串行计数器B（15）、数据选择器A（10）、数据选择器B（13）、数据选择器C（16）、数据选择器D（19）、反相器A（11）、反相器B（17）、或门A（12）和或门B（18）；电机输入端子A、电机输入端子B、电机输入端子C分别与三个支路的电阻R_a的一端连接；每个支路中：电阻R_a的另一端分别与电阻R_b的一端、电容C₁的一端和电阻R₂的一端连接，电阻R_b的另一端和电容C₁的另一端分别与中性点N连接，电阻R₂的另一端分别与电容C₂的一端和电阻R₃的一端连接，电容C₂的另一端和运算放大器U1的输出端连接，电阻R₃的另一端分别与电容C₃的一端和运算放大器U1的正向输入端连接，电容C₃的另一端与中性点N连接，运算放大器U1的负向输入端与运算放大器U1的输出端连接；第一支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U2的正向输入端连接，第二支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U2的负向输入端连接，第三支路的运算放大器U1输出端与电压比较器U3的负向输入端连接，电压比较器U3的正向输入端与中性点N连接；电压比较器U2的输出端与电阻R₄的一端连接，电阻R₄的另一端与光耦UA的正输入端连接，光耦UA的负输入端与中性点N连接，光耦UA的输出端与施密特触发器UC的输入端连接，施密特触发器UC的输出端分别与锁相环芯片A（8）的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接；电压比较器U3的输出端与电阻R₅的一端连接，电阻R₅的另一端与光耦UB的正输入端连接，光耦UB的负输入端与中性点N连接，光耦UB的输出端与施密特触发器UD的输入端连接，施密特触发器UD的输出端分别与锁相环芯片B（14）的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接；锁相环电路（5）的输出端分别与可变线程电路的输入端和DSP控制器（6）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端与可变线程电路的输入端连接；锁相环芯片A（8）的输出端与串行计数器A（9）的输入端连接，串行计数器A（9）的输出端分别与数据选择器A（10）的输入端和数据选择器B（13）的输入端连接，数据选择器A（10）的输出端和数据选择器B（13）的输出端均与或门A（12）的输入端连接，或门A（12）的输出端与锁相环芯片A（8）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器A（10）的数据选择端与数据选择器B（13）的数据选择端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器A（10）的片选信号端和反相器A（11）的输入端连接，反相器A（11）的输出端与数据选择器B（13）的片选信号端连接；锁相环芯片B（14）的输出端与串行计数器B（15）的输入端连接，串行计数器B（15）的输出端分别与数据选择器C（16）的输入端和数据选择器D（19）的输入端连接，数据选择器C（16）的输出端和数据选择器D（19）的输出端均与或门B（18）的输入端连接，或门B（18）的输出端与锁相环芯片B（14）的输入端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器C（16）的数据选择端与数据选择器D（19）的数据选择端连接，DSP控制器（6）的输出端分别与数据选择器C（16）的片选信号端和反相器B（17）的输入端连接，反相器B（17）的输出端与数据选择器D（19）的片选信号端连接；永磁同步电机运行时，电压提取与信号滤波电路（1）将电机的三个相电压信号u_AN、u_BN、u_CN分别在三个支路中进行分压和滤波，得到三个经过滤波之后的相电压信号u_A’N、u_B’N、u_C’N，过零点检测电路（2）中的电压比较器U2将滤波后的相电压信号u_A’N、u_B’N变成过零点方波信号H_AB，电压比较器U3将滤波后的相电压信号u_C’N变成过零点方波信号H_C，信号隔离电路（3）中的光耦UA将过零点方波信号H_AB变成隔离方波信号H_AB’，光耦UB将过零点方波信号H_C 变成隔离方波信号H_C’， 隔离方波信号H_AB’ 与隔离方波信号H_C’相互正交；信号整形电路（4）中的施密特触发器UC将隔离方波信号H_AB’ 变成虚拟霍尔信号H_AB”， 施密特触发器UD将隔离方波信号H_C’变成虚拟霍尔信号H_C”， 虚拟霍尔信号H_AB” 与虚拟霍尔信号H_C” 相互正交；锁相环电路（5）接收可变线程选择电路（7）输出的两路正交反馈信号H_AB”’、H_C”’和信号整形电路（4）输出的两路正交虚拟霍尔信号H_AB”、H_C”生成两路正交虚拟光电码盘信号：QEP_AB、QEP_C；DSP控制器（6）根据预先设定的十进制线程值M，其中，M为2的P次方，且P为正整数，输出P值对应的四位二进制开关信号DD3DD2DD1DD0至可变线程选择电路（7）的输入端；可变线程选择电路（7）根据锁相环电路（5）输出的两路正交虚拟光电码盘信号：QEP_AB、QEP_C和DSP控制器（6）输出的四位二进制开关信号DD3DD2DD1DD0生成正交反馈信号信号H_AB”’、H_C”’， DSP控制器（6）根据正交虚拟霍尔信号H_AB”、H_C”和正交虚拟光电码盘信号QEP_AB、QEP_C得到转子磁极位置。