三相有傳感器bldc電機驅動系統及其驅動方法
2023-10-06 11:24:04
三相有傳感器bldc電機驅動系統及其驅動方法
【專利摘要】本發明公開了一種三相有傳感器BLDC電機驅動系統，其特徵在於：主要由換向處理器（1），設置在三相BLDC電機轉子磁鋼附近的三個霍爾傳感器（2），以及與三相BLDC電機的三相繞組相連接的三相驅動電路（3）組成，所述的三個霍爾傳感器（2）所檢測到的轉子位置信號經換向處理器（1）處理後送至三相驅動電路（3）的控制端。本發明不僅能克服傳統三相BLDC電機驅動系統中一個霍爾傳感器出現故障時系統無法正常運行的缺陷，還能克服二個霍爾傳感器出現故障時系統無法正常驅動的缺陷，因此使用範圍非常廣，便於推廣和應用。
【專利說明】三相有傳感器BLDC電機驅動系統及其驅動方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種電機驅動系統，具體是指一種三相有傳感器BLDC電機驅動系統及其驅動方法。
【背景技術】
[0002]目前，利用霍爾傳感器檢測電機轉子位置不僅可以使三相BLDC(直流無刷電機)的啟動和運行具有很好的魯棒性，並且還能使電機的調速範圍較寬。但是，傳統上三相BLDC必須使用3個霍爾傳感器，一旦其中任何一個霍爾傳感器出故障，則驅動系統將無法準確獲取轉子信號，也就無法工作。在實際應用中，霍爾傳感器是個相當敏感和脆弱的器件，在應用中其對使用條件和環境都有相當嚴格的要求。因此，如何讓三相電機在部分霍爾傳感器損壞的情況下仍然能夠工作，這是許多應用中非常關心的問題，但至今人們也未能很好的解決該問題。
【發明內容】
[0003]本發明的目的在於克服目前三相BLDC電機驅動系統所存在的當其中任意一個霍爾傳感器出現故障時，其整個驅動系統將無法正常工作的缺陷，提供一種不僅結果簡單，而且還能徹底克服當任意一個霍爾傳感器出現故障時，其整個驅動系統便無法正常工作缺陷的三相有傳感器BLDC電機驅動系統。
[0004]本發明的另一目的是提供一種上述三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法。
[0005]本發明的目的通過下述技術方案實現:三相有傳感器BLDC電機驅動系統，主要由換向處理器，設置在三相BLDC電機轉子磁鋼附近的三個霍爾傳感器，以及與三相BLDC電機的三相繞組相連接的三相驅動電路組成，所述的三個霍爾傳感器所檢測到的轉子位置信號經換向處理器處理後送至三相驅動電路的控制端。
[0006]所述三相驅動電路由三組結構相同的場效應管組組成，而每組場效應管組均由兩個相互串接的場效應管構成，且每組場效應管組中的兩個場效應管之間的連接點則與三相BLDC電機的三相繞組中的一組繞組相連接。
[0007]鑑於霍爾傳感器的損壞個數，本發明的具體驅動方法涉及以下四種方式，當只有一個霍爾傳感器損壞時，其方案如下:
[0008]方案一:三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，主要包括以下步驟:
[0009](I)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽；否，則按照正常有霍爾傳感器的驅動方式進行驅動；
[0010](2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0011](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0012](4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔Λ t ；
[0013](5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號；否，則首先用At秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後在根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在秒後產生新的電流切換信號；
[0014](6)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0015]方案二:三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，主要包括以下步驟:
[0016](I)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽，並把霍爾傳感器的安裝誤差設置為零；否，則按照正常驅動方式進行驅動；
[0017](2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到兩個霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0018](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0019](4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At，並按照霍爾傳感器的安裝誤差對該狀態變化信號在時域上進行補償；
[0020](5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，並執行步驟(7);否，則執行步驟(6)；
[0021](6)判定時間間隔Λ t是否小於速度判斷閾值，是，則先檢測新的狀態變化信號和反電勢的過零點信號，並以無感驅動的模式對電流進行切換，然後再利用狀態變化信號和反電勢的過零點信號來計算霍爾傳感器的安裝誤差，並記錄這一誤差；否，則用At秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後再根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在At秒後產生新的電流切換信號；
[0022](7)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0023]當有兩個霍爾傳感器損壞時，本發明的實現方法有如下方案:
[0024]方案一:三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，主要包括以下步驟:
[0025](I)驅動系統對有問題的霍爾傳感器進行指定，並對其進行屏蔽；
[0026](2)按照TH-2啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0027](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0028](4)根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號;
[0029](5)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔Λ t，並用Λ t/3s秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值；
[0030](6)根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在60°後依次產生新的第一個電流切換信號和第二個電流切換信號；
[0031](7)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0032]方案二:三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，主要包括以下步驟:
[0033](I)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽，並把霍爾傳感器的安裝誤差設置為零；否，則按照正常驅動方式進行驅動.設定霍爾傳感器的位置信號誤差為零；
[0034](2)按照TH-2啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到兩個霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0035](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0036](4)對狀態變化信號的誤差在時域中進行補償，並根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號；
[0037](5)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔Λ t，並判定該時間間隔Λ t是否小於速度判斷閾值；是，則先檢測新的狀態變化信號和反電勢的過零點信號，並以無感驅動的模式對電流進行切換，然後再利用狀態變化信號和反電勢的過零點信號來計算霍爾傳感器的安裝誤差，並記錄這一誤差；否，則用At/3秒時間去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在60°後依次產生新的第一個電流切換信號和第二個電流切換信號；
[0038](6)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0039]本發明較現有技術相比具有以下優點及有益效果:
[0040](I)本發明的硬體結構相對較為簡單，其製作和應用非常方便。
[0041](2)本發明的實現方法不僅非常安全可靠，而且還能徹底克服傳統三相BLDC電機驅動系統所存在的當其中任意一個霍爾傳感器出現故障時系統無法正常使用的缺陷。
[0042](3)本發明不僅能克服傳統三相BLDC電機驅動系統中一個霍爾傳感器出現故障時系統無法正常運行的缺陷，還能克服二個霍爾傳感器出現故障時系統無法正常驅動的缺陷，因此使用範圍非常廣，便於推廣和應用。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0043]圖1為本發明在三相BLDC電機驅動系統中的整體結構示意圖。
[0044]圖2為本發明的霍爾傳感器與三相BLDC電機的反電勢之間的關係曲線圖。
[0045]圖3為本發明最佳驅動時三相BLDC電機的相電流和反電勢之間的關係曲線圖。
[0046]圖4為本發明中一個霍爾傳感器損壞時的流程圖。
[0047]圖5為本發明中一個霍爾傳感器損壞時的另一種流程圖。
[0048]圖6為本發明中兩個霍爾傳感器損壞時的流程圖。
[0049]圖7為本發明中兩個霍爾傳感器損壞時的另一種流程圖。
[0050]以上附圖中的附圖標記名稱分別為:
[0051]1-換向處理器，2-霍爾傳感器，3-三相驅動電路。
【具體實施方式】
[0052]下面結合實施例對本發明作進一步地詳細說明，但本發明的實施方式不限於此。
[0053]實施例1
[0054]圖1?3所示，本發明的系統由換向處理器1，三個結構相同的霍爾傳感器2，以及三相驅動電路3組成。其中，三個霍爾傳感器2均設置在三相BLDC電機的轉子磁鋼處附近；三相驅動電路3則由三組結構相同的場效應管組組成，而每組場效應管組均由兩個相互串接的場效應管構成，且每組場效應管組中的兩個場效應管之間的連接點則與三相BLDC電機的三相繞組中的一相繞組相連接，即這三組場效應管組中的三個連接點分別對應一相繞組。使用時，三個霍爾傳感器2所檢測到的轉子位置信號經換向處理器I處理後送至三相驅動電路3的控制端。
[0055]運用時，如果霍爾傳感器2的安裝位置正確，其產生的位置信號和電機繞組的反電勢信號之間的關係應當是一致的，如圖2所示。其中，切換角α可以是0°或者30°電角度。檢測出電機的轉子位置後，驅動器對電機的繞組輸出電流，而電流與反電勢的關係如圖3來簡單表不。在電機運行中，一旦有一個霍爾傳感器2輸出信號發生變化,換向信號(也就是有一個霍爾傳感器2能夠根據轉子的位置變化產生變化信號)，換向處理器I將根據預先設定好的邏輯關係把開關控制信號送到相應的功率半導體器件的控制端，例如MOSFET管的控制端，而電機繞組的電流因此就根據轉子的位置發生變化。這種電流切換模式使得電機能夠按照要求產生連續的轉矩，而且電機的效率比較高。
[0056]因此，本發明的驅動系統中，霍爾傳感器2的角色非常重要，如果3個霍爾傳感器2中的一些不能夠正常工作，電流的切換邏輯就被破壞，電機也就沒有辦法正常運行，甚至無法工作。
[0057]實施例2
[0058]如圖4所示，本實施例為在基於實施例1基礎上，在任意一個霍爾傳感器出現故障時的驅動實現方法，其具體步驟如下:
[0059](I)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽；否，則按照正常有霍爾傳感器的驅動方式進行驅動；
[0060](2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0061](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0062](4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At ；
[0063](5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號；否，則首先用At秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後在根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在秒後產生新的電流切換信號；
[0064](6)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0065]基於相同的原理，本實施例還給出了另外一種當其中一個霍爾傳感器出現故障時的驅動方法，其流程如圖5所示，具體過程如下:
[0066](I)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽，並把霍爾傳感器的安裝誤差設置為零，否，則按照正常驅動方式進行驅動。設定霍爾信號的誤差為零；
[0067](2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到兩個霍爾傳感器產生新的狀態變化信號；
[0068](3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟(4)；
[0069](4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At，並按照霍爾傳感器的安裝誤差對該狀態變化信號在時域上進行補償；
[0070](5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，並執行步驟(7);否，則執行步驟(6)；
[0071](6)判定時間間隔Λ t是否小於速度判斷閾值，是，則先檢測新的狀態變化信號和反電勢的過零點信號，並以無感驅動的模式對電流進行切換，然後再利用狀態變化信號和反電勢的過零點信號來計算霍爾傳感器的安裝誤差，並記錄這一誤差；否，則用At秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後再根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在At秒後產生新的電流切換信號；
[0072](7)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
[0073]本實施例中所述「TH-1啟動方法」是本領域技術人員為解決在一個霍爾傳感器出現故障的時候提出的一種解決電機啟動的辦法。其基本原理是，根據兩個霍爾傳感器的信號與三相繞組反電勢之間的邏輯關係來控制輸入電機繞組的電流，使電機所產生的平均轉矩大於零，並且電流產生最大轉矩的概率為最高。
[0074]綜上所述，當三相BLDC電機的一個霍爾損壞的時候，本發明使用TH-1的方法啟動電機。如圖所不，這裡用Ha、Hb和H。來表不對應於A相、B相和C相繞組的霍爾傳感器。為了敘述方便，這裡假設三個霍爾傳感器中的Hb是受損的，當霍爾傳感器的狀態變化信號與相應繞組的反電勢過零信號的角度差為0°和30°電角度的時候，TH-1可以分別敘述如下:
[0075]角度差為O°:
[0076]這種狀況下驅動電流分配與霍爾傳感器的信號之間的關係如下表所示
[0077]
【權利要求】
1.三相有傳感器BLDC電機驅動系統，其特徵在於:主要由換向處理器(I)，設置在三相BLDC電機轉子磁鋼附近的三個霍爾傳感器(2)，以及與三相BLDC電機的三相繞組相連接的三相驅動電路⑶組成，所述的三個霍爾傳感器⑵所檢測到的轉子位置信號經換向處理器⑴處理後送至三相驅動電路⑶的控制端。
2.根據權利要求1所述的三相有傳感器BLDC電機驅動系統，其特徵在於:所述三相驅動電路⑶由三組結構相同的場效應管組組成，而每組場效應管組均由兩個相互串接的場效應管構成，且每組場效應管組中的兩個場效應管之間的連接點則與三相BLDC電機的三相繞組中的一組繞組相連接。
3.三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: (1)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽；否，則按照正常有霍爾傳感器的驅動方式進行驅動； (2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到霍爾傳感器產生新的狀態變化信號； (3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟⑷； (4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At; (5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號；否，則首先用At秒時間值去更 新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後在根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在秒後產生新的電流切換信號； (6)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
4.三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: (1)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽，並設定霍爾傳感器的位置信號誤差設置為零；否，則按照正常驅動方式進行驅動； (2)按照TH-1啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到兩個霍爾傳感器產生新的狀態變化信號； (3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟⑷； (4)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At，並按照霍爾傳感器的安裝誤差對該狀態變化信號在時域上進行補償； (5)判定損壞的霍爾傳感器在邏輯上是否應當在剛過去的At內產生狀態變化信號，是，則根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，並執行步驟(7);否，則執行步驟(6)； (6)判定時間間隔At是否小於速度判斷閾值，是，則先檢測新的狀態變化信號和反電勢的過零點信號，並以無感驅動的模式對電流進行切換，然後再利用狀態變化信號和反電勢的過零點信號來計算霍爾傳感器的安裝誤差，並記錄這一誤差；否，則用At秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號，然後再根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在At秒後產生新的電流切換信號； (7)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
5.三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: (1)驅動系統對有問題的霍爾傳感器進行指定，並對其進行屏蔽； (2)按照TH-2啟動方法產生 電機轉子電流，保持該電流直到霍爾傳感器產生新的狀態變化信號； (3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟⑷； (4)根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號； (5)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At，並用At/3秒時間值去更新存儲器中的60°的時域值； (6)根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在60°後依次產生新的第一個電流切換信號和第二個電流切換信號； (7)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(5);否，則停機。
6.三相有傳感器BLDC電機驅動系統的驅動方法，其特徵在於，主要包括以下步驟: (1)驅動系統檢測是否有損壞的霍爾傳感器，有，則對有問題的霍爾傳感器進行屏蔽，並把霍爾傳感器的安裝誤差設置為零；否，則按照正常驅動方式進行驅動； (2)按照TH-2啟動方法產生電機轉子電流，保持該電流直到兩個霍爾傳感器產生新的狀態變化信號； (3)判定該新的狀態變化信號是否是第一個狀態變化信號；是，則返回步驟(2);否，則執行步驟⑷； (4)對狀態變化信號的誤差在時域中進行補償，並根據當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯產生新的電流切換信號； (5)計算前面兩個新的狀態變化信號的時間間隔At，並判定該時間間隔At是否小於速度判斷閾值；是，則先檢測新的狀態變化信號和反電勢的過零點信號，並以無感驅動的模式對電流進行切換，然後再利用狀態變化信號和反電勢的過零點信號來計算霍爾傳感器的安裝誤差，並記錄這一誤差；否，則用At/3秒時間去更新存儲器中的60°的時域值，並利用當前的電流分配狀態和正常狀況下的信號處理邏輯在60°後依次產生新的第一個電流切換信號和第二個電流切換信號； (6)驅動系統根據輸入的運行控制信號判定驅動系統是否需要繼續運行，是，則保持現有的電流狀態，檢測下一個新的狀態變化信號，並返回步驟(4);否，則停機。
【文檔編號】H02P6/16GK104079216SQ201310101189
【公開日】2014年10月1日 申請日期:2013年3月26日 優先權日:2013年3月26日
【發明者】畢磊 申請人:峰岹科技（深圳）有限公司