低压大电流BLDC电机反电势过零检测方法[发明专利]

(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201811617023.1
(22)申请日 2018.12.28
(71)申请人 浙江水利水电学院
地址 310018 浙江省杭州市经济技术开发
区学府街508号
(72)发明人 张颖　高申勇　
(74)专利代理机构 杭州奥创知识产权代理有限
公司 33272
代理人 王佳健
(51)Int.Cl.
H02P 6/182(2016.01)
(54)发明名称
低压大电流BLDC电机反电势过零检测方法
(57)摘要
本发明公开了一种低压大电流BLDC电机反
电势过零检测方法。

本发明首先设计采样电路：
将传统的电阻分压加电容滤波的采样方式，改为
直接使用电阻分压采样，而不经过电容滤波的方
式。

然后设计采样方式：修改PWM载波调制方式，
采用三角波载波实现在PWM导通的中间点采样反
电势电压，实现准确采样。

最后进行反电势过零
检测：是通过比较检测相的反电势电压与计算的
虚拟中心点电压进行比较，从而判定过零点的发
生；其中每相进入该相反电势过零点检测时，增
加一个延时环节，在延时环节完成后再执行过零
点检测。

本发明在低压大电流BLDC电机在反电势
过零点检测时，能提高采样准确率，降低过零点
的误判，
从而更加适应低压大电流的特性。

权利要求书1页 说明书2页CN 109687778 A 2019.04.26
C N 109687778
A
1.低压大电流BLDC电机反电势过零检测方法，其特征在于该方法包括以下步骤：
设计采样电路：将传统的电阻分压加电容滤波的采样方式，改为直接使用电阻分压采样，而不经过电容滤波的方式；
设计采样方式：修改PWM载波调制方式，采用三角波载波实现在PWM导通的中间点采样反电势电压，实现准确采样；
反电势过零检测：是通过比较检测相的反电势电压与计算的虚拟中心点电压进行比较，从而判定过零点的发生；其中每相进入该相反电势过零点检测时，增加一个延时环节，在延时环节完成后再执行过零点检测。

权　利　要　求　书1/1页CN 109687778 A
低压大电流BLDC电机反电势过零检测方法
技术领域
[0001]本发明涉及BLDC电机无传感器控制领域，具体涉及一种低压大电流BLDC电机无传感器控制反电势过零检测方法。

背景技术
[0002]现有的BLDC电机无传感器控制，都是通过检测反电势过零点，然后延时30°电角度进行换相控制。

所采用的过零点检测方法是通过检测三相输出电压信号，经过电容滤波后，由单片机的AD通道进行采样，并计算出虚拟中心点电压，与反电势过零检测相的电压进行比较，从而判断出过零点时刻。

该方法在传统的电压较高，电流不大的应用场合具有比较强的通用性；但是针对低电压大电流的应用场合体现出了一定的局限性。

[0003]低压大电流BLDC电机电阻、电感值相对很小；在导通的两相进行PWM斩波调压控制时，开关管关断线电压为零，线电流减小，由于电感值较小，电流变化率di/dt较大且为负值，由电流变化产生的反向电压较大，该电压叠加在检测相上，导致检测相的反电势电压跌落。

开关管导通线电压为母线电压，导通相上电流增加，电流变化率di/dt为正，产生的反向电压主要阻值电流上升，检测相上的电压只含该相磁链的反电势电压。

由于PWM斩波的开通关断导致检测相反电势电压的周期跌落恢复，普通的BLDC电机可以通过较小的电容滤波直接采样；而低压大电流BLDC由于电感值较低，电压跌落速度很快且幅值较大，无法通过较小电容滤除。

滤波电容容值较大又将导致检测电压幅值不准，且造成较大的相位延迟，这将导致反电势过零检测时间不准、换相失败。

发明内容
[0004]本发明针对现有技术的不足，提供了一种低压大电流BLDC电机反电势过零检测方法。

[0005]本发明解决技术问题所采取的技术方案为：
设计采样电路：将传统的电阻分压加电容滤波的采样方式，改为直接使用电阻分压采样，而不经过电容滤波的方式。

[0006]设计采样方式：修改PWM载波调制方式，采用三角波载波实现在PWM导通的中间点采样反电势电压，实现准确采样。

[0007]反电势过零检测：是通过比较检测相的反电势电压与计算的虚拟中心点电压进行比较，从而判定过零点的发生；其中每相进入该相反电势过零点检测时，增加一个延时环节，在延时环节完成后再执行过零点检测。

[0008]本发明的有益效果：本发明在低压大电流BLDC电机在反电势过零点检测时，能提高采样准确率，降低过零点的误判，从而更加适应低压大电流的特性。

具体实施方式
[0009]本发明针对当前无传感器BLDC控制反电势过零点检测，在应用到低压大电流BLDC
电机上时，存在过零点检测困难的情况，提出了一种实用有效的反电势过零点检测方法。

[0010]本发明主要包括采样电路设计，采样方法和反电势过零点检测算法。

[0011]采样电路设计：本方法采用的采样电路，相较于传统的电阻分压加电容滤波的采样方式，改为直接使用电阻分压采样，而不经过电容滤波的方式。

低压大电流BLDC电机由于自身的特性，导致检测相上的周期电压跌落时间占比较高，无法用电容直接将电压跌落导致的反电势检测干扰给滤除掉。

采用较小的滤波电容也会由于电容周期性的充放电，将反电势电压采样点圆滑掉，导致采样失真，故本方法采用直接电阻采样。

[0012]采样方法：传统的BLDC电机反电势电压采样时刻一般在PWM斩波的开通点和关断点，PWM开通点由于开关管的振铃噪声，电压可能会出现较大波动，而采用滤波电容，在反电势电压恢复时，电容充电需要时间，采样误差较大，一般较少采用；在PWM关断点采样，普通的BLDC电机di/dt较小，故反电势电压跌落速度慢，幅值小，经过电容的滤波保持，可以较准确的采样反电势电压。

而低压大电流电机di/dt大，反电势电压迅速跌落，在PWM关断点采样同样会有较大误差。

本方法采用修改PWM载波调制方式，采用三角波载波从而实现在PWM导通的中间点采样反电势电压，实现准确采样。

[0013]反电势过零检测算法：传统的反电势过零点检测，是通过比较检测相的反电势电压与计算的虚拟中心点电压进行比较，从而判定过零点的发生。

低压大电流BLDC反电势过零点检测，在检测方法上与传统方法相同。

但低压大电流BLDC电机由于其低压和大电流的特性，使其在过零点检测的过程中有其特殊性。

BLDC电机上桥进行换相时，导通相变成检测相，由于电机的电流不能进行突变，此时检测相的下管进行续流，检测相的电平被钳位在低电平。

同理下桥进行换相时，检测相的上管进行续流，检测相的电平被钳位在高电平。

低压大电流BLDC电机在换相过程中由于电压低导致换流速度慢、电流大则需要更长的时间进行换流，致使其整体换相时间长，容易导致换相完成时间点晚于反电势电压检测时间点。

在这种情况下检测的反电势电压并非实际电压，但又必定触发换相，从而导致误换相，检测失败。

本发明在传统反电势过零检测方法的基础上，提出一种增加一个窗口滤波器的方法，解决由上述原因导致换相失败的方法。

具体做法是在每相进入该相反电势过零点检测时，增加一个延时环节（具体根据续流时间调整），在延时环节完成后再执行过零点检测，从而将可能导致误换相的检测点滤除在检测窗口之外。