无刷直流电机相位控制电路及控制方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无刷直流电机驱动技术领域，尤其涉及一种应用于无刷直流电机驱动的实现超前角优化的相位控制电路及控制方法。
【背景技术】
[0002]无刷直流电机是集交流电机和直流电机优点于一体的机电一体化产品，它既具有交流电机结构简单、运行可靠、维护方便等一系列优点，又具备直流电机运行效率高、调速性能好的特点，同时无励磁损耗，因此近年来无刷直流电机的应用日益普及。无刷电动机利用电子换向替代了机械换向，克服了传统直流电机由于电刷摩擦而产生的一系列问题，并且具有调速性能好、体积小、效率高等优点，因而广泛应用于国民经济生产的各个领域以及人们的日常生活中。
[0003]无刷电机的绕组呈电感特性，当无刷直流电机的转速较快时，由于电机线圈的电感特性，使得线圈电流会比逆变器电压延时一定时间，造成效率的下降。要补偿该延时，需要在霍尔信号翻转之前提前改变逆变器状态，即超前一定的相位角度。相位超前角的设置可以通过相电流检测实现，不过需要消耗较多的计算资源，硬件成本也高；可以采用间接估算的方法来进行相位超前角的计算，比如基于电机平均电流的自动超前角算法，但当电机轻载尤其是空载时会导致电机容易飞车；电机飞车会造成电机过热而受损，甚至威胁人员安全。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于，针对现有技术中无刷直流电机相位超前角设置存在的问题，提供一种无刷直流电机相位控制电路及控制方法，实现产生与霍尔信号同步的相位信息，以及控制相位相位超前角度。
[0005]为实现上述目的，本发明提供了一种无刷直流电机相位控制电路，包括:编码器、第一速度计数器、第二速度计数器、速度寄存器、比较单元、相位计数器以及输出控制单元；所述编码器分别与相位超前角信号输出端以及所述相位计数器的输入端相接，用于接收相位超前角输入信号，并对所需的相位超前角度编码后输出至所述相位计数器；所述第一速度计数器的时钟端与无刷直流电机的时钟信号输出端相连，所述第一速度计数器的清零端与无刷直流电机的霍尔边沿信号输出端相连，所述第一速度计数器的输出端与速度寄存器的输入端相连，用于根据霍尔边沿信号将计数到的霍尔边沿信号周期时长存入到所述速度寄存器后清零准备下次计数；所述速度寄存器的输出端与所述比较单元的第一输入端相连；所述第二速度计数器的时钟端与所述时钟信号输出端相连，所述第二速度计数器的输出端与所述比较单元的第二输入端相连，所述第二速度计数器的清零端与所述比较单元的输出端相连；所述比较单元的输出端进一步与所述相位计数器的时钟端相连，用于对所述速度寄存器与所述第二速度计数器的输出进行比较，并输出相位计数信号至所述相位计数器以及清零所述第二速度计数器；所述相位计数器的初始化端与所述霍尔边沿信号输出端相连，用于根据霍尔边沿信号将计数初始化为所述编码器输出的编码，所述相位计数器的输出端与所述输出控制单元相连，用于将相位计数结果输出至所述输出控制单元；所述输出控制单元，用于输出相位超前角优化后的超前霍尔边沿信号以调整施加于所述无刷直流电机的相位。
[0006]为实现上述目的，本发明还提供了一种无刷直流电机相位控制方法，包括:(I)设定M位相位计数器初始值，其中M为正整数；(2)根据霍尔边沿信号将N位速度计数器计数到的霍尔边沿信号周期时长高N-M位存入N-M位速度寄存器，并清零所述N位速度计数器准备下次计数，其中N为大于M的正整数；(3) N-M位速度计数器对霍尔边沿信号周期时长进行计数，并将N-M位速度计数器各输出端的计数分别与N-M位速度寄存器相应的各输出端的计数进行比较，并输出相位计数信号至M位相位计数器，同时清零所述N-M位速度计数器准备下次计数；(4)判定所述M位相位计数器的相位计数结果满足相位超前角优化要求时，输出优化后的超前霍尔边沿信号以调整施加于所述无刷直流电机的相位。
[0007]本发明的优点在于:本发明提供的无刷直流电机相位控制电路及控制方法，采用两路速度计数器来计算上一次霍尔周期的时长，通过寄存，比较的方法产生一个霍尔周期内的相位信息，再通过设置相位计数器初始值的方式设置相位超前角，实现产生与霍尔信号同步的相位信息，以及控制相位相位超前角度。且，本发明可应用于单相/三相无刷直流电机驱动，以及可应用于方波/梯形波/正弦波或其他波形电机驱动。
【附图说明】
[0008]图1，本发明无刷直流电机相位控制电路架构示意图；
[0009]图2，本发明无刷直流电机相位控制电路一实施方式示意图；
[0010]图3，本发明应用于单相方波驱动电机时各个节点的工作波形；
[0011]图4，本发明无刷直流电机相位控制方法流程图。
【具体实施方式】
[0012]下面结合附图对本发明提供的无刷直流电机相位控制电路及控制方法做详细说明。
[0013]参考图1，本发明所述的无刷直流电机相位控制电路架构示意图O所述无刷直流电机相位控制电路包括编码器11、第一速度计数器12、第二速度计数器13、速度寄存器14、比较单元15、相位计数器16以及输出控制单元17。该电路采用两路速度计数器来分别计算上一次霍尔周期的时长，通过寄存、比较的方法产生一个霍尔周期内的相位信息，再通过设置相位计数器初始值的方式设置相位超前角；并控制相位超前角优化后的超前霍尔边沿信号输出以调整施加于所述无刷直流电机的相位，以下给出详细解释。
[0014]所述编码器11分别与相位超前角信号输出端以及所述相位计数器16的输入端相接，用于接收相位超前角输入信号，并对所需的相位超前角度编码后输出至所述相位计数器16。
[0015]所述第一速度计数器12的时钟端CK与无刷直流电机的时钟信号输出端相连，所述第一速度计数器12的清零端Reset与无刷直流电机的霍尔边沿信号(Hall Edge)输出端相连，所述第一速度计数器12的输出端OUT与速度寄存器14的输入端相连。所述第一速度计数器12输入是周期为t的内部时钟CK，并根据霍尔边沿信号将计数到的霍尔边沿信号周期时长存入到所述速度寄存器14，之后清零准备下次计数。
[0016]所述速度寄存器14的输出端OUT与所述比较单元15的第一输入端相连。
[0017]所述第二速度计数器13的时钟端CK与所述时钟信号输出端相连，所述第二速度计数器13的输出端OUT与所述比较单元15的第二输入端相连；所述第二速度计数器13的清零端Reset与所述比较单元15的输出端相连。所述第二速度计数器13输入也为周期为t的内部时钟CK，其将计数到的霍尔边沿信号周期时长输入到所述比较单元15，并在所述比较单元15输出相位计数信号Step时清零准备下次计数。
[0018]所述比较单元15的输出端进一步与所述相位计数器16的时钟端CK相连，用于对所述速度寄存器14与所述第二速度计数器13的输出进行比较，并输出相位计数信号Step至所述相位计数器16 ;输出的相位计数信号Step同时清零所述第二速度计数器13，以使其准备下次计数。即当所述第二速度计数器13计数到Hall周期的1/^时，所述比较单元15输出相位计数信号Step作为时钟输入到相位计数器16，每个Step对应的相位为180° /2'其中，M为正整数，其取值根据相位控制的精度确定。
[0019]所述相位计数器16的初始化端Init与所述霍尔边沿信号输出端相连，用于根据霍尔边沿信号将计数初始化为所述编码器11输出的编码，所述相位计数器16的输出端OUT与所述输出控制单元17相连，用于将相位计数结果输出至所述输出控制单元17。所述相位计数器16的初始值为编码器11输出的编码，对比较单元15输出的相位计数信号Step计数，并将相位计数结果输出至所述输出控制单元17。
[0020]所述输出控制单元17，用于输出相位超前角优化后的超前霍尔边沿信号(LeadingHall Edge)以调整施加于所述无刷直流电机的相位。所述输出控制单元17判定相位计数结果满足相位超前角优化要求时，输出超前霍尔边沿信号。也即，通过设置所述相位计数器16的初始值，可以使换相信号超前相位O?180°，从而实现超前角的控制。
[0021]所述无刷直流电机可以为单相或三相无刷直流电机，也即，本发明可应用于单相/三相无刷直流电机驱动。
[0022]所述无刷直流电机驱动波形包括方波、梯形波以及正弦波，也即，本发明可应用于方波/梯形波/正弦波或其他波形电机驱动。
[0023]参考图2，本发明所述的无刷直流电机相位控制电路一实施方式示意图。在本实施方式中，所述第一速度计数器12采用N位速度计数器22，所述相位计数器16采用M位相位计数器26，所述第二速度计数器13采用N-M位速度计数器23，所述速度寄存器14采用N-M位速度寄存器24。其中，N、M为正整数，且N大于M。
[0024]N 的值的设定满足:2N