一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法
2023-07-13 01:35:51 1
一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法
【專利摘要】本發明提供一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，該系統包括用於系統供電的直流電源模塊、控制模塊、與控制模塊信號連接的功率驅動電橋模塊和信號採樣模塊、用於預設電機轉速的轉速調節模塊。系統上電；調節轉速調節模塊，預設期望電機轉速Ve；控制模塊對相關信號進行採樣並計算實際電機轉速Vr；比較實際電機轉速Vr和期望電機轉速Ve，若實際電機轉速Vr低於期望電機轉速Ve則增加電機繞組勵磁時間，否則減小電機繞組勵磁時間。本發明能夠避免霍爾半周期內出現較大的佔空比和長時間勵磁電機繞組，避免電機繞組過熱和磁芯渦流損耗導致的電機使用壽命減少，實現實時監控電機的運轉，實時控制電機轉速，實現較高的電機轉速要求。
【專利說明】—種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電機的驅動控制方法，具體涉及一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法。
【背景技術】
[0002]無刷直流電機中單相BLDC (無刷直流電機)由於其相數最少，電氣系統相對簡單，所需驅動控制電路成本小，在電動工具、風機、吸塵器等領域得到較為廣泛的應用。目前，通常的單相BLDC驅動控制採用H橋-PWM驅動控制方式，在霍爾半周期內，以PWM驅動H橋功率器件勵磁電機繞組，適當調節PWM佔空比以控制電機轉速。由於在整個霍爾半周期內繞組持續以PWM勵磁，效率不是很高，特別是在轉速較高的應用中，較大的佔空比和較長時間勵磁電機繞組易導致磁芯渦流損耗增大、電機繞組過度勵磁發熱，整個電機溫升過大，從而使電機性能和使用壽命都受到很大影響。
【發明內容】
[0003]針對上述現有技術，本發明要解決的技術問題是:提供一種可實時監控調電機轉速並依據電機轉速調整電機繞組勵磁時間的驅動控制方法，改善磁芯渦流損耗較大、電機繞組過度勵磁發熱等問題。
[0004]為了解決上述問題，一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，所述系統包括用於系統供電的直流電源模塊、控制模塊、與所述控制模塊信號連接的功率驅動電橋模塊和信號採樣模塊、用於預設電機轉速的轉速調節模塊，所述方法包括: 51.系統上電；
52.調節轉速調節模塊，預設期望電機轉速Ve;
53.控制模塊對相關信號進行採樣並計算實際電機轉速Vr；
54.比較實際電機轉速Vr和期望電機轉速Ve，若實際電機轉速Vr低於期望電機轉速Ve則增加電機繞組勵磁時間，否則減小電機繞組勵磁時間。
[0005]優選的，所述實際電機轉速Vr根據信號採樣模塊中所包含的霍爾傳感器與無刷直流電機耦合連接測得的轉子位置，通過控制模塊計算得到。
[0006]優選的，該方法中還包括一提前於霍爾信號的信號反轉時間點的提前勵磁時間。提前勵磁的作用是為了提高電機轉速，使得電機能夠高速旋轉。
[0007]優選的，所述提前勵磁時間根據電機轉速調整。
[0008]優選的，所述任意一個霍爾電信號的半周期內包括兩個或兩個以上的電機繞組勵磁時間段，以及兩個或兩個以上的電機繞組續流時間段。
[0009]優選的，所述任意一個霍爾電信號的半周期內，電機繞組勵磁時間和續流時間均隨轉速的變化實時變化。
[0010]與現有技術相比，本發明具有如下優點:
一、避免霍爾半周期內出現較大的佔空比和長時間勵磁電機繞組，避免電機繞組過熱和磁芯渦流損耗導致的電機使用壽命減少。
[0011]二、實現實時監控電機運轉信號，實時控制電機轉速，實現較高的電機轉速要求。
[0012]三、根據需求調節電機轉速。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0013]圖1為本發明實施的驅動控制系統電路圖。
[0014]圖2為本發明實施的控制方法流程圖。
[0015]圖3為本發明實施的驅動控制時序圖。
【具體實施方式】
[0016]為了讓本領域的技術人員更好地理解本發明的技術方案，下面結合附圖對本發明作進一步闡述。
[0017]本發明具體實施的電路圖如圖1所示，一種單相無刷直流電機的驅動控制系統包括用於系統供電的直流電源模塊、控制模塊、與所述控制模塊信號連接的功率驅動電橋模塊和信號採樣模塊、用於預設電機轉速的轉速調節模塊。
[0018]本發明具體實施的一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其具體流程如圖2所示，該方法包括:
S1.系統上電。
[0019]圖1中，直流電源模塊I，用於為系統中的各個電路模塊提供直流電源。
[0020]S2.調節轉速調節模塊10，預設期望電機轉速Ve。
[0021]圖1中，控制模塊2，電源端與直流供電模塊I電氣連接，輸出端與功率驅動電橋模塊5電氣連接，用於產生控制信號控制所述功率驅動電橋模塊5動作。轉速調節模塊10的信號輸出端與控制模塊2的第二輸入端12電氣連接。
[0022]通過調節轉速調節模塊10，利用控制模塊2計算出所需的期望電機轉速Ve。在本實施例中，轉速調節模塊10為滑動變阻器，通過對接入電阻的阻值進行調節，從而達到所需轉速的要求。
[0023]S3.控制器對相關信號進行採樣並計算實際電機轉速Vr。
[0024]圖1中，驅動電橋5，由第一開關管Q1、第二開關管Q2、第三開關管Q3和第四開關管Q4構成電橋電路，上橋臂與直流電源模塊I連接，驅動電橋5用於驅動電機動作。
[0025]信號採樣模塊，包括霍爾信號採樣模塊6，電流採樣模塊7、溫度採樣模塊8以及電壓採樣模塊9。
[0026]其中，霍爾信號採樣模塊6與控制模塊2電氣連接，霍爾信號採樣模塊6中包含一霍爾傳感器，霍爾傳感器的信號採集端與電機耦合連接，並將採集到的信號反饋至控制模塊2第三輸入端13，控制模塊2輸出相應的換流時序。另外，控制模塊2通過霍爾信號採樣模塊6採樣的霍爾信號，測量電機轉子的位置關係，計算得到實際電機轉速Vr。控制模塊2根據得到的電機轉速設置一提前於霍爾信號的信號反轉時間點的提前勵磁時間。
[0027]電流採樣模塊7如圖1中的虛線框部分所示，實現控制模塊2的第四輸入埠 14對所設置的節點A與節點B做電流A/D採樣，實時監控電橋工作電流。
[0028]溫度米樣模塊8包括一熱敏電阻NTC,用以實現控制模塊2的第五輸入埠 15對電機溫度的實時採樣與監控。
[0029]電壓採樣模塊9，由電阻R3與電阻R4組成的分壓網絡構成，實現控制模塊2的第一輸入埠 Il對所設置的節點C做電壓A/D採樣，實時監控電橋的工作電壓。
[0030]為提供足夠的驅動信號到功率驅動電橋模塊，在控制模塊2與驅動電橋5之間設有第一電平轉換驅動模塊3和第二電平轉換驅動模塊4。
[0031 ] 其中，第一電平轉換驅動模塊3和第二電平轉換驅動模塊4的電源端與直流電源模塊I電氣連接，第一電平轉換驅動模塊3的輸出端與第一開關管Ql和第二開關管Q2的柵極電氣連接，其輸入端與控制模塊2的第一輸出端01和第二輸出端02電氣連接；第二電平轉換驅動模塊4的輸出端與第三開關管Q3和第四開關管Q4的柵極電氣連接，其輸入端與控制模塊2的第三輸出端03和第四輸出端04電氣連接。
[0032]控制模塊2提供的驅動信號最終反映在功率驅動電橋模塊5上，依據霍爾信號採樣模塊6的反饋信號切換勵磁電流方向。
[0033]S4.比較實際電機轉速Vr和期望電機轉速Ve，若實際電機轉速Vr低於期望電機轉速Ve則增加電機繞組勵磁時間，否則減小電機繞組勵磁時間。 [0034]任意一個電信號的半周期內包括兩個或兩個以上的電機繞組勵磁時間段，以及兩個或兩個以上的電機繞組續流時間段。
[0035]任意一個電信號的半周期內，電機繞組勵磁時間和續流時間均隨轉速的變化實時變化。即，當實際電機轉速Vr高於期望電機轉速Ve時，減小電機繞組勵磁時間，當實際電機轉速Vr低於期望電機轉速Ve時，增加繞組勵磁時間。因為電機轉速是時刻在變化的，那麼霍爾周期也隨著變化，相應的勵磁時間及續流時間也都是變化的。
[0036]圖1中電路的工作原理如下:
電機永磁轉子產生氣隙磁場，通過控制模塊2輸出驅動信號使第一開關管Ql和第四開關管Q4導通，第二開關管Q2和第三開關管Q3閉合，向功率驅動電橋模塊5通入正向恆量電流，電機定子繞組也產生氣隙磁場，相互作用產生恆量的力矩，電機永磁轉子將產生順時針方向的電磁轉矩。電磁轉矩的大小與電流有關，通過比較採樣轉速調節模塊10的信號所得到的期望電機轉速Ve與採樣霍爾信號採樣模塊6的信號所得到的實際電機轉速Vr，控制模塊2輸出相應驅動信號調節勵磁時間，從而調節矩力作用時間實現調節電機轉速。當電機永磁轉子旋轉180°，控制模塊2根據霍爾傳感器61採樣的霍爾信號輸出驅動信號使第二開關管Q2和第三開關管Q3導通，第一開關管Ql和第四開關管Q4，向功率驅動電橋模塊5通入反向恆量電流，永磁轉子仍將產生順時針方向的電磁轉矩，電機永磁轉子會在順時針方向的電磁力矩作用下連續順時針旋轉。
[0037]本實施例中，勵磁時間包括提前勵磁時間和調整勵磁時間，通過控制模塊2控制調整勵磁時間小於採樣的霍爾電信號的半周期時間。
[0038]在本實施例中，針對某一特定電機，其勵磁時間、續流時間、勵磁提前時間存在一個可量化的關係式。關係式如下:
a: Ht = Et + Fct ；
b: Fwt < 0.13 * Ht ;
c: Et ^ 0.63 ^ Ht ；
d: St < Et/2 ο[0039]其中，Ht為霍爾電信號的半周期；Et為一個霍爾電信號的半周期內總的勵磁時間；Fct為一個霍爾電信號的半周期內總的續流時間；Fwt為一個霍爾電信號的半周期內提前勵磁時間；St為單個分段勵磁時間寬度。對於不同的單相BLDC電機會做一定微調。
[0040]時序圖並非唯一，轉速不同則霍爾電信號的半周期內勵磁時間段和續流時間段個數不同，即轉速高與低，直接影響霍爾電信號的半周期內勵磁時間段的個數，也影響其寬度。圖3中給出了其中一種基本的驅動控制時序圖，其中:
HS:表不霍爾傳感器信號時序；
AH:表示驅動電橋左上橋臂時序；
AL:表示驅動電橋左下橋臂時序；
BH:表不驅動電橋右上橋臂時序；
BL:表示驅動電橋右下橋臂時序。
[0041]圖2中，每個霍爾電信號的半周期內，繞組勵磁時間段總和不大於霍爾電信號半周期的1/2，並且包含繞組提前勵磁時間段。
[0042]每個霍爾電信號的半周期內，繞組提前勵磁時間段不大於霍爾電信號的半周期的1/4。
[0043]每個霍爾電信號的半周期內，繞組單個勵磁時間段應控制在一定寬度，依所驅動的單相BLDC進行微調。
[0044]每個霍爾電信號的半周期內，繞組單個續流時間段應控制在一定寬度，依所驅動的單相BLDC進行微調。
[0045]每個霍爾電信號的半周期內，電機繞組單個勵磁時間段和電機繞組單個續流時間段寬度不一定相同。
[0046]以上為本發明較佳的實現方式，需要說明的是，在不背離本發明精神及其實質的情況下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些改變和變形都應屬於本發明所附的權利要求的保護範圍。
【權利要求】
1.一種單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，所述系統包括用於系統供電的直流電源模塊(I)、控制模塊(2 )、與所述控制模塊(2 )信號連接的功率驅動電橋模塊(5 )和信號採樣模塊、用於預設電機轉速的轉速調節模塊(10)，其特徵在於，所述方法包括， 51.系統上電； 52.調節轉速調節模塊，預設期望電機轉速Ve; 53.控制模塊對相關信號進行採樣並計算實際電機轉速Vr； 54.比較實際電機轉速Vr和期望電機轉速Ve，若實際電機轉速Vr低於期望電機轉速Ve則增加電機繞組勵磁時間，否則減小電機繞組勵磁時間。
2.根據權利要求1所述的單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其特徵在於，所述實際電機轉速Vr根據信號米樣模塊中所包含的霍爾傳感器與無刷直流電機I禹合連接測得的轉子位置，通過控制模塊計算得到。
3.根據權利要求1所述的單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其特徵在於，該方法中還包括一提前於霍爾信號的信號反轉時間點的提前勵磁時間。
4.根據權利要求3所述的單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其特徵在於，所述提前勵磁時間根據電機轉速調整。
5.根據權利要求1所述的單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其特徵在於，所述任意一個霍爾電信號的半周期內包括兩個或兩個以上的電機繞組勵磁時間段，以及兩個或兩個以上的電機繞組續流時間段。
6.根據權利要求1所述的單相無刷直流電機的驅動控制系統的控制方法，其特徵在於，所述任意一個霍爾電信號的半周期內，電機繞組勵磁時間和續流時間均隨轉速的變化實時變化。
【文檔編號】H02P6/06GK104009681SQ201410245698
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2014年6月5日 優先權日:2014年6月5日
【發明者】肖陽作 申請人:惠州市藍微電子有限公司