本发明专利技术公开了一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，包括：滤波单元FLT，用于对三相无刷直流电机母线电流的采样放大信号进行滤波；模拟比较单元ACMP，其反相输入端连接滤波单元FLT输出端，同相端输入DAC；计数器CNT，其S端连接于模拟比较单元ACMP输出端；计数值捕获单元，其连接于所述计数器CNT，用于存储若干个电流脉冲宽度，所述的电流脉冲宽度与控制的电压矢量相对应；数字比较和输出单元DCOMP，其通过开关阵列连接于计数值捕获单元；PWM状态逻辑单元PSLU，根据三相逆变器的PWM状态，输出对计数器CNT、计数值捕获单元和数字比较和输出单元DCOMP的控制信号。较和输出单元DCOMP的控制信号。较和输出单元DCOMP的控制信号。
【技术实现步骤摘要】
一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置
[0001]本专利技术特别涉及一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置。
技术介绍
[0002]无刷直流电机BLDC定子电感Ld和Lq相等，因此，很难利用凸极效应来实现低速下的转子位置侦测(例如高频注入的方式)。但是，由于转子是永磁体，其相对位置对定子电感有一定的影响，所以，可利用这一特性，来实现0速下的初始位置定位以及低速下的转子位置预测，用于实现0速启动及中低转速下的方波换相，也可以实现低速下的FOC控制的所需的转子角度。具体的原理如下：
[0003]1.初始位置定位
[0004]如图1所示，转子处于静止状态时，根据磁性材料的磁化曲线，磁路上的磁通密度B越接近于磁性材料的饱和磁密Bsat，则电感越小。
[0005]因此，当转子位置离某线圈近时，对线圈具有增磁作用，相同电流下，通过该线圈的磁密B越大，则该线圈的电感越小。当电感越小时，同一电压下，作用相同时间，电流峰值越大，因此通过侦测不同位置下的线圈电流的峰值，可以实时的侦测到电感的变化，从而可预测转子的相对位置。
[0006]图2中，F_AB,F_AC,F_BC,F_BA,F_A,F_CB这6个矢量分别是方波控制时，没两相组合导通下，定子旋转磁场方向。U0～U300这6个矢量分别是SVPWM调制时的6个电压矢量方向。当转子位置处于图2左所示时，可以按照图3的方法发出电压矢量U0和U180，并使两个矢量作用相同的时间Ts，侦测母线电流峰值，并比较两个矢量下电流峰值的大小，则可判断出转子位置在左半平面。
[0007](Fa、Fb、Fc分别代表三相绕组的磁场矢量，Fabc为三相绕组磁场的合成矢量)
[0008]若依次发出U0～U300这6个电压矢量，并侦测每个矢量下的电流峰值，则可推断，转子位置在最大的两个电流峰值矢量之间，这样就可以确定出转子的初始位置。
[0009]2.中低速换相
[0010]在低速下，电机的反电势很小，因此，换相控制不能用反电势过零点侦测来实现。但是，当转子开始旋转时，其对定子电感的影响会随着位置的变化而变化，因此可采用注入不同电压矢量方式来进行电感变化的侦测，从而预测转子位置。
[0011]若当前导通相为AB，如图4a所示的F_AB的磁场方向，参见图4b，为了说明在中低速旋转时，可采用2个电压矢量交替作用，并侦测电感电流峰值的变化，以此来获得换相点，此时，转子会顺时针方向旋转，下一次换相需要导通CB相，则可在当前导通相序下，穿插F_CB的窄脉冲。
[0012]根据转子位置对电感的影响，在Ts下，F_AB和F_CB的电流峰值大小会翻转，刚开始，F_AB的电流峰值大于F_CB，而到换相时刻，两个电流峰值基本相等。所以，通过实时的比较两个电流脉冲的峰值，就可以得到换相点的时刻。
[0013]根据这一原理，估算转子位置最根本的就是实现对定子电感变化的侦测，需要检
测2个或者2个以上的电流峰值，并将其进行比较，来确定不同转子位置电感的变化，其传统实现的方式有2种：
[0014]1)使用软件逻辑，使MCU内部的PWM发波时序和ADC采样相结合，通过一定的判断逻辑来实现；这种方式对ADC的要求较高，不但需要ADC有较快的采样速度，同时需要有较好的抗干扰特性，否则，很容易出现判断错误，而导致定位和启动失败；同时，需要不断切换PWM的发波时序，以至于频繁访问MCU的PWM外设，增加了软件实现的复杂度；
[0015]2)使用分立元件实现。将模拟比较器、MCU内部的PWM、计数器、CAP相结合，并通过软件逻辑来实现。通过分立元件实现不仅增加了硬件和软件的复杂度，同时在实际操作中，由于模拟信号的干扰或者抖动，经常出现错误的判断，需要额外增加很多去抖和抗干扰的措施。
[0016]因此，使用上述2种方式在软件和硬件实施上，均具有很大的局限性，不利于方案的实施。
技术实现思路
[0017]本专利技术的目的是提供一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，自动进行电感变化侦测，其输出结果能够供CPU进行查询或者中断，可方便系统进行转子初始位置定位，以及马达低速控制中进行方波换相或者FOC矢量切换。
[0018]为了实现以上目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0019]一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特点是，包括：
[0020]滤波单元FLT，用于对三相无刷直流电机母线电流的采样放大信号进行滤波；
[0021]模拟比较单元ACMP，其反相输入端连接滤波单元FLT输出端，同相端输入DAC；
[0022]计数器CNT，其S端连接于模拟比较单元ACMP输出端；
[0023]计数值捕获单元，其连接于所述计数器CNT，用于存储若干个电流脉冲宽度，所述的电流脉冲宽度与控制的电压矢量相对应；
[0024]数字比较和输出单元DCOMP，其通过开关阵列连接于计数值捕获单元；
[0025]PWM状态逻辑单元PSLU，根据三相逆变器的PWM状态，输出对计数器CNT、计数值捕获单元和数字比较和输出单元DCOMP的控制信号。
[0026]所述的滤波单元FLT包括：并联的数字滤波单元和模拟滤波器，所述数字滤波单元和模拟滤波器输出端连接一切换开关。
[0027]所述的计数器CNT的S端通过或门连接于模拟比较单元ACMP输出端，所述或门还连接于PWM状态逻辑单元PSLU的CS引脚；
[0028]当S端输入高电平时，计数器CNT对输入的时钟信号进行计数，当S端输入低电平时，停止计数。
[0029]所述的计数值捕获单元包括若干个计数值存储器，每个计数值存储器的输入端连接PWM状态逻辑单元PSLU输出端。
[0030]所述的数字比较和输出单元DCOMP包括一数字比较器和锁存器，所述数字比较器的第一输入端和第二输入端通过开关阵列连接于计数值存储器输出端，根据当前需要比较的两个电压矢量的脉冲宽度，选择开关阵列的状态，并控制只能选择第一输入端或第二输入端的其中一个输入通道；
[0031]所述的数字比较器通过锁存器输出，并通过一下降沿信号控制所述的锁存器输出。
[0032]在每个电压矢量开始作用时，PSLU的CS引脚输出从0到1，计数器开始计数；每当母线电流峰值超过Vdac时，PSLU的CS引脚输出从1到0，计数器停止计数。
[0033]每次PSLU的CS引脚输出从1到0的边沿变化时，延迟Td时间，输出CAP控制信号。
[0034]所述的PSLU输入端设有PWM1～PWM6引脚，PWM1～PWM6分别输入高、低、低、高、低、低电平时，生成对应的控制电压矢量F_AB；并在L1脚输入信号的下降沿时，对应的CAP1生成输出信号；
[0035]PWM1～PWM6分别输入高、低、低、高、低、高电平时，生成对应的控制电压矢量U0；并在L1脚输入信号的下降沿时，对应的CAP1生成输出信号；
[0036]PWM1～PWM6分别输入低、低、本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，包括：滤波单元FLT，用于对三相无刷直流电机母线电流的采样放大信号进行滤波；模拟比较单元ACMP，其反相输入端连接滤波单元FLT输出端，同相端输入DAC；计数器CNT，其S端连接于模拟比较单元ACMP输出端；计数值捕获单元，其连接于所述计数器CNT，用于存储若干个电流脉冲宽度，所述的电流脉冲宽度与控制的电压矢量相对应；数字比较和输出单元DCOMP，其通过开关阵列连接于计数值捕获单元；PWM状态逻辑单元PSLU，根据三相逆变器的PWM状态，输出对计数器CNT、计数值捕获单元和数字比较和输出单元DCOMP的控制信号。2.如权利要求1所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，所述的滤波单元FLT包括：并联的数字滤波单元和模拟滤波器，所述数字滤波单元和模拟滤波器输出端连接一切换开关。3.如权利要求1所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，所述的计数器CNT的S端通过或门连接于模拟比较单元ACMP输出端，所述或门还连接于PWM状态逻辑单元PSLU的CS引脚；当S端输入高电平时，计数器CNT对输入的时钟信号进行计数，当S端输入低电平时，停止计数。4.如权利要求1所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，所述的计数值捕获单元包括若干个计数值存储器，每个计数值存储器的输入端连接PWM状态逻辑单元PSLU输出端。5.如权利要求4所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，所述的数字比较和输出单元DCOMP包括一数字比较器和锁存器，所述数字比较器的第一输入端和第二输入端通过开关阵列连接于计数值存储器输出端，根据当前需要比较的两个电压矢量的脉冲宽度，选择开关阵列的状态，并控制只能选择第一输入端或第二输入端的其中一个输入通道；所述的数字比较器通过锁存器输出，并通过一下降沿信号控制所述的锁存器输出。6.如权利要求1所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，在每个电压矢量开始作用时，PSLU的CS引脚输出从0到1，计数器开始计数；每当母线电流峰值超过Vdac时，PSLU的CS引脚输出从1到0，计数器停止计数。7.如权利要求6所述的三相无刷直流电机定子电感变化检测装置，其特征在于，每次PSLU的CS引脚输出从1到...
【专利技术属性】
技术研发人员：薛超，田涛，
申请(专利权)人：聚辰半导体股份有限公司，
类型：发明
国别省市：
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