感测电机的反电动势的制作方法
【专利说明】感测电机的反电动势
【背景技术】
[0001] 直流OC)电机是使用DC功率以在机器的旋转构件或转子上产生扭力的机器。在 典型的DC电机中，根据相位或换向顺序对电机的绕线施加或撤销电流；并且电流与DC电机 的磁场的该交互作用产生扭力，以使电机旋转。
[0002] 电流换向到DC电机的绕组的方式在不同的DC电机形貌之中变化。一种类型的DC 电机是有刷DC电机，其中电刷机械地将电流换向到转子的绕线，并且有刷DC电机的定子具 有永久磁体或产生恒定磁场的电磁体。在典型的无刷DC电机（BLDC)中，永久磁体被安装 到转子中以产生磁场；并且半导体设备根据换向顺序用定子的绕线控制电流的切换。
【发明内容】
[0003] 在示例实施例中，方法包括使用处理核心来调节第一信号的至少一个特征，该第 一信号用于驱动无刷直流（BLDC)转子的第一定子绕组。外围部件用于生成追踪信号来响 应第一信号，该追踪信号指示感测BLDC电机的第二定子绕组的反电动势的时间，并且感测 反电动势来响应追踪信号。
[0004] 在另一个示例实施例中，装置包括控制器和比较器。控制器生成脉冲宽度调制 (PWM)信号，以便以换向顺序驱动无刷直流（BLDC)电机的定子绕组，使得在给定时间的一 个定子绕组开路；以及生成追踪信号，该追踪信号被同步到PWM信号并指示当泄漏电流存 在于开路定子绕组中时的时间。比较器感测开路定子绕组的反电动势何时具有关联过零。 通过追踪信号选择性地启用或禁用通过比较器进行的感测。
[0005] 在另一个示例实施例中，装置包括集成电路，该集成电路包括具有处理核心、比较 器和计时电路的集成电路。计时电路适于提供多个第一信号，以便以换向顺序驱动无刷直 流（BLDC)转子的多个定子绕组，使得以给定的换向顺序相位，多个定子绕组的给定定子绕 组开路，并且计时电路适于提供追踪信号。比较器适于在反电动势的过零的给定相位期间 感测给定定子绕组的电压，其中通过追踪信号控制给定相位期间的感测计时。
[0006] 优点以及其他所需的特征将从以下附图、描述和权利要求中变得明显。
【附图说明】
[0007] 图1为根据示例实施例的电机系统的示意图。
[0008] 图2为根据示例实施例的无刷直流（BLDC)电机的定子绕组的示意图。
[0009] 图3A、图3B和图3C为根据示例实施例示意性描述的BLDC电机的反电动势波形。
[0010] 图4A为描述根据示例实施例的用于感测BLDC电机的反电动势的技术的流程图。
[0011] 图4B为描述根据另一个示例实施例的用于感测BLDC电机的反电动势的技术的流 程图。
[0012] 图5为根据示例实施例的BLDC电机以及图1的电机系统的三相逆变器的电路示 意图。
[0013] 图6A、图6B、图6C、图6D、图6E和图6F为示出根据示例实施例的用于控制BLDC 电机的高压侧脉冲宽度调制（PWM)的波形。
[0014] 图7A示出根据示例实施例在PWM接通时间期间的图5的BLDC电机和三相逆变器 中的电流。
[0015] 图7B示出根据示例实施例在PWM断开时间的初始部分期间的图5的BLDC电机以 及BLDC电机的三相逆变器中的电流。
[0016] 图8A、图8B、图8C、图8D、图8E和图8F为示出根据示例实施例用于控制BLDC电 机的低压侧PWM方案的波形。
[0017] 图9A、图9B、图9C、图9D、图9E和图9F为根据示例实施例示出用于控制BLDC电 机的补充的高压侧PWM方案的波形。
[0018] 图10A、图10B、图10C、图10D、图10E和图10F为示出根据示例实施例用于控制 BLDC电机的补充的低压侧PWM方案的波形。
[0019] 图11A、图11B、图11C、图11D、图11E和图11F为示出根据示例实施例用于控制 BLDC电机的混合模式PWM方案的波形。
[0020] 图12A为根据示例实施例的具有相对低占空比的PWM定子绕组波形。
[0021] 图12B为根据示例实施例的追踪信号的波形，该追踪信号与图12A的PWM定子绕 组波形结合使用，以控制开路定子绕组何时被感测用于检测反电动势的过零。
[0022] 图12C为根据示例实施例的具有相对高占空比的示例PWM定子绕组波形。
[0023] 图12D为根据示例实施例的追踪信号的波形，该追踪信号与图12C的PWM定子绕 组波形结合使用，以控制开路定子绕组何时被感测用于检测反电动势的过零。
[0024] 图13A为根据示例实施例的用于感测上升的反电动势的过零的比较电路的示意 图。
[0025] 图13B为根据示例实施例的用于感测下降的反电动势的过零的比较电路的示意 图。
[0026] 图14为根据示例实施例示出用于感测上升或下降的反电动势的过零的比较电路 的示意图。
[0027] 图15为根据示例实施例的用于捕获反电动势的过零定时的电路的示意图。
[0028] 图16为根据示例实施例的微控制器单元（MCU)的示意图。
[0029] 图17为根据示例实施例的用于生成表示BLDC电机的终端电压的信号的滤波/衰 减电路的示意图。
【具体实施方式】
[0030] 参考图1，根据示例实施例，用于控制无刷直流（BLDC)电机104的系统100包括 控制器110和三相逆变器124。通常，控制器110生成信号116 (本文所描述的脉冲宽度调 制（PWM)信号以及其他信号），该信号116经由栅极驱动器118产生信号120,以使三相逆 变器124将PWM信号130提供到BLDC电机104。PWM信号130具有关联相位或换向顺序， 其控制电流流向/流自BLDC电机104的定子绕组的切换。
[0031] 控制器110基于反馈信号调节PWM信号130的各个方面（作为示例，PWM信号130 的占空比以及PWM信号130的相位），以用于如控制BLDC电机104的速度以及控制通过电 机104施加的扭矩的该类目的。以这种方式，如图1所示，作为该控制的一部分，控制器110 可从滤波/衰减电路136接收反馈信号138。通常，滤波/衰减电路136可耦合到BLDC104 的定子绕组，以接收表示或指示BLDC电机104的定子终端电压的信号134。
[0032] 如本文所公开，控制器110使用反馈信号138以监测BLDC电机的转子的位置，如 此控制器110可出于使电机104以其最大扭矩或接近其最大扭矩操作的目的来调节电流到 电机104的定子绕组的换向。对于该监测，如本文所公开，控制器110观察被称为反电动势 或"emfs. "的电压。通常，反emf为由于旋转磁场而在BLDC电机104的定子绕组上感应的 电压，其中通过电机的转子上的永久磁体产生该旋转磁场。
[0033] 更具体地，给定定子绕组上的反emf为周期性的，并在其周期中上升以及下降到 零伏以上和以下。由于当反emf在零伏（或形成"过零"）时，转子的位置是已知的，因此控 制器110可相应地调节PWM信号130的相位，以使电流的换向与转子运动同步。出于检测 一个或多个监测的反emfs的过零的目的，控制器110包括至少一个比较器140,该比较器 140经构造以检测反emf?过零并提供指示该类检测何时发生的信号。
[0034] 通常，在将电流施加到绕组以及当从绕组移除电流这两种情况下，在定子绕组上 呈现反emf，作为换向顺序的部分。因此，为了检测给定定子绕组的反emf的过零何时发生， 当换向顺序指示定子绕组为"开路"或没有接收电流时（尽管由于泄漏电流，该条件可不适 用，如本文进一步所描述），控制器110监测过零。
[0035] 以这种方式，控制器110感测"开路"定子绕组上的反emf过零。此外，如本文所描 述，控制器110进一步控制这些过零检测的定时，以保证检测没有被泄漏电流不利地影响。
[0036] 参考图2,作为更具体的示例，BLDC电机104可具有定子200,该定子200具有以Y 型配置连接的三个绕组204 (图2中所示的示例绕组204-A、204-B和204-C)。请注意，根据 进一步的示例实施例，定子绕组204可以另一种配置连接，诸如倒三角配置。对于图2的Y 型配置，定子绕组204具有在定子200的中性点208处的普通终端连接。每个定子绕组204 的其他终端根据换向顺序接收PWM信号130。
[0037] 根据示例实施例，结合图1参考图2,三相逆变器124通过六步换向驱动定子绕组 204。对于每个具体的换向步骤，三个绕组204中的两个理想地传导电流，其中剩余绕组204 为"开路"绕组，并且因此理想地不传导电流。例如，一个换向步骤可包括三相逆变器124将 电流施加到（经由分别的信号130)定子绕组204-A和204-B;并且对于该步骤，定子绕组 204-C为"开路"绕组。
[0038] 对于下一个换向步骤，三相逆变器124可将电流施加到定子绕组204-A和204-C。 对于该步骤，定子绕组204-B为开路绕组。下两个换向步骤可包括将电流施加到定子绕组 204-B。在这点上，下一个步骤可包括三相逆变器124将电流施加到定子绕组204-B和定子 绕组204-C。下一个步骤可包括三项逆变器124将电流施加到定子绕组204-B和204-A。 同样地，六步换向的最后两个步骤包括三相逆变器124将电流施加到定子绕组204-C和 204-A，接着通过逆变器124将电流施加到定子绕组204-C和204-B。
[0039] 当BLDC电机104的转子旋转时，转子上的永久磁体在定子绕组204上感应出反 emfs。在这点上，通过永久磁体相对于定子绕组204的旋转产生的变化磁场在每个绕组