本发明专利技术涉及一种到无刷直流BLDC电动机的脉宽调制PWM梯形换向驱动，其经正弦修改使得所施加的驱动电压实质上与在所述BLDC电动机中所产生的感应电压相匹配。取决于由在未连接的电动机端子处所测定的零交叉BEMF电压之间的时间所确定的转子角度位置而使用介于-30度与+30度之间的角度的余弦值来修改PWM驱动信号的工作周期。
【技术实现步骤摘要】
【国外来华专利技术】【专利说明】用于无刷直流电动机的经正弦修改的梯形驱动相关专利串请案本申请案主张沃德R.布朗(Ward R.Brown)及霍华德.亨德里克斯(HowardHendricks)共同拥有的序号为61/784，606的美国临时专利申请案的优先权，其在2013年3月14日申请；标题为“用于无刷直流电动机的经正弦修改的梯形驱动(Sine ModifiedTrapezoidal Drive for Brushless DC Motors) ”;且为了所有目的而以引用的方式并入本文中。
本专利技术涉及无刷直流(BLDC)电动机，且更特定来说，涉及生成到BLDC电动机的经正弦修改的梯形驱动。
技术介绍
无刷直流(BLDC)电动机用于例如电器、汽车、航天、消费型、医疗、工业自动化设备及仪器的行业中。BLDC电动机不使用电刷来换向，而是使用电子换向。BLDC电动机具有优于有刷DC电动机及感应电动机的优点，例如，更好的速度对转矩特性、高动态响应、高效率、长工作寿命、更长的维修时间间隔、实质上无噪音操作及更高速范围。BLDC电动机的更详细概述可见于Microchip Applicat1n Note AN857，标题为“易于进行无刷DC电动机控制(Brushless DC Motor Control Made Easy)”;及Microchip Applicat1n Note AN8859，标题为“无刷 DC(BLDC)电动机基本原理(Brushless DC(BLDC)Motor Fundamentals) ” ；两者的网址皆为www.microchip, com，且其中两者为了所有目的而以引用的方式并入本文中。BLDC电动机控制提供三个事项:⑴用于控制电动机速度的脉宽调制(PWM)驱动电压，(2)用于使BLDC电动机的定子换向的机制，及(3)估计BLDC电动机的转子位置的方式。PffM可用于提供可变电压到BLDC电动机的定子绕组。提供到其上的有效电压与PWM工作周期成比例。定子线圈的电感充当低通滤波器以使PWM脉冲平滑为实质上直流(DC)电压。当经适当换向时，BLDC电动机的转矩-速度特性实质上等同于DC电动机。可变电压控制电动机的速度及可用转矩。三相BLDC电动机以六个步进完成电循环，S卩，360电角度的旋转，每个步进为60电角度。与在每每60电角度处同步，绕组相位电流切换被更新(换向)。然而，一个电循环可能不对应于电动机转子的一个机械回转(360机械角度)。待重复以完成一个机械回转的电循环的数目取决于转子极对的数目。BLDC电动机为非自换向的且因此其控制更复杂。BLDC电动机控制需要知道电动机转子位置及用于使BLDC电动机定子绕组换向的机制。针对BLDC电动机的闭合回路速度控制，存在两个额外要求:转速的测量，及用于从其中控制电动机速度及电源的脉宽调制(PMff)驱动信号。为了感测BLDC电动机的转子位置，霍尔效应传感器可用于提供绝对转子位置感测。但是，霍尔效应传感器增加BLDC电动机的成本及复杂性。无传感器BLDC控制通过在电动机的每一相(A-B-C)上监测反电动势(BEMF)电压以确定驱动换向而免除对霍尔效应传感器的需要。当未被驱动相的BEMF在换向周期中间与电动机供应电压的一半交叉时，驱动换向与电动机同步。此被称作“零交叉”，其中BEMF在每一电循环中变化为高于及低于零交叉电压。仅当驱动电压被施加到被驱动相时可在未被驱动相上检测到零交叉。因此，检测未被驱动相上的BEMF从小于电动机供应电压的一半到大于电动机供应电压的一半的变化可在施加驱动电压到三相BLDC电动机的两个被驱动相期间使用。BLDC电动机的最简单控制方法中的一者为梯形换向。切换(换向)(例如，使用功率晶体管)取决于转子位置而给三相BLDC电动机的适当两个定子绕组供能。第三绕组保持与电源断开。在转子电流旋转期间，定子绕组的两者的量值相同且第三未连接定子绕组电流为零(针对Y形连接的定子绕组)。就三相BLDC电动机来说，仅存在六个不同的空间矢量方向，且当转子转动时，穿过定子绕组(Y形连接的定子绕组)的两者的电流每60度的电旋转被电切换(换向)，使得电流空间矢量总是在正交方向的最靠近的30度内。每一绕组的电流波形因此为从零到正电流到零且随后到负电流的阶梯。此产生电流空间矢量，当其在转子转动时在六个不同方向之间步进时为近似平滑旋转。梯形电流驱动的BLDC电动机因控制简单而流行，但遭受比正弦驱动高的转矩涟波及比其低的效率。正弦换向使用在转子转动时可平滑地变化的三个电流来驱动BLDC电动机的三个定子绕组。这些电流的相对相被选择为例如分开120度，使得其提供平滑旋转的电流空间矢量，所述矢量总是在相对于转子的正交方向上且具有恒定量值。此消除与梯形换向相关联的转矩涟波及换向尖峰。但是，正弦换向驱动系统与梯形换向驱动系统相比更复杂及昂虫贝ο
技术实现思路
因此，需要在驱动BLDC电动机时以更低电路复杂性及成本减小转矩涟波且改进效率。根据实施例，一种用于修改到无刷直流(BLDC)电动机的梯形驱动的方法可包括下列步骤:开始换向驱动周期；将换向驱动周期划分为N个时间区段；将~个时间区段关联为N个度数区段，其中N个时间区段中间的N个度数区段中的一者可为实质上零(O)度；确定N个度数区段中的每一者的余弦值；及在换向驱动周期期间的适当时间用余弦值修改到BLDC电动机的脉宽调制(PffM)驱动的工作周期。根据所述方法的另一实施例，BLDC电动机为三相且具有第一、第二及第三电动机端子。根据所述方法的另一实施例，开始换向驱动周期的步骤可包括以下步骤:将第一电动机端子耦合到电源共点；将第二电动机端子耦合到由PWM驱动控制的电源电压；确定何时反电动势(BEMF)电压可在第三电动机端子处实质上为零，其中第三电动机端子可能未连接到电源共点或电压；及从实质上零伏BEMF电压与前一个实质上零伏BEMF电压之间的时间来确定换向驱动周期。根据所述方法的另一实施例，每六十￠0)电角度旋转可存在六个换向驱动周期，且六个换向驱动周期中的每一者具有电动机端子的不同连接配置。根据所述方法的另一实施例，N个度数区段可为从大约负三十(-30)度到大约正三十(+30)度。根据所述方法的另一实施例，PWM驱动的工作周期可能在零(O)度的度数区段处最大。根据所述方法的另一实施例，三相BLDC电动机可具有三个定子极对绕组。根据所述方法的另一实施例，三个定子极对绕组可为Y形连接。根据所述方法的另一实施例，三个定子极对绕组可为三角形连接。根据所述方法的另一实施例，三相BLDC电动机每相可具有一个极对绕组。根据所述方法的另一实施例，三相BLDC电动机每相可具有至少两个极对绕组。根据所述方法的另一实施例，确定当前第1页1 2 3 4 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种用于修改到无刷直流BLDC电动机的梯形驱动的方法，所述方法包括下列步骤：开始换向驱动周期；将所述换向驱动周期划分为N个时间区段；将所述N个时间区段关联为N个度数区段，其中在所述N个时间区段中间的所述N个度数区段中的一者可为实质上零(0)度；确定所述N个度数区段中的每一者的余弦值；及在所述换向驱动周期期间的适当时间用所述余弦值修改到所述BLDC电动机的脉宽调制PWM驱动的工作周期。
【技术特征摘要】
【国外来华专利技术】...
【专利技术属性】
技术研发人员：沃德·R·布朗，霍华德·亨德里克森，
申请(专利权)人：密克罗奇普技术公司，
类型：发明
国别省市：美国;US
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