专利名称：无刷直流电机非感应式换相信号检测器的制作方法
技术领域：
本实用新型属于电动机领域，具体地说是一种无刷直流电机非感应式换相信 号检测器。
背景技术：
目前无刷直流电机换相信号的检测方法主要有感应式和非感应式两种。其 中，感应式是通过在无刷电机定子上安装三个霍尔传感器來检测转子在运转过程 中的位置，将转子磁钢磁极的位置信号转换成电信号，为控制IC提供正确的换
相信号，以控制逆变器的功率器件的导通与关断，使电机电枢绕组中的电流随着 转子位置的变化而换相，在空间形成歩进式的旋转磁场，驱动转子连续不断地旋
转。该方法的不足是因采用三个单价较高的外置式霍尔传感器，增大了电机体 积，而且不能适应高温、高湿、污浊空气等恶劣环境，特别是一旦霍尔元件损坏， 需更换整个定子，维修成本较高。另一种非感应式普遍使用的方法是反电势过零 点检测法(参见图1)。具体检测方法是将无刷直流电机三相端电压分别分压 90G相移滤波后，与虚拟中性点电压比较得到三相换相信号。该方法的不足是 三相端电压通过90G相移滤波后的相移角度并非恒定在90Q，而是随着电机转速 的变化而变化，使得换相信号的相位也在不断变化，导致换相不准确，严重时换 相会失败，该方法仅能应用于低转速比或固定转速的无刷直流电机上，当需要应 用在高转速比的无刷直流电机上时，控制IC内必须要采用速度估测器对相移角 度进行校正，以保证卯G的恒定相移，这种方法虽可避免换相不准的问题，但检 测算法很复杂，占用控制IC的时间过长，必须要采用高速控制IC，不能直接使 用与霍尔传感器相配套的低廉控制IC，给原采用感应式的生产流程、作业方法、 系统设计带来巨大的变更，升级风险过高，成本增加很多。
发明内容
本实用新型目的是针对以上现有技术存在的缺点，提出一种电路简单，成 本低廉，恒零相移滤波，无需构建虚拟中性点，无需速度估测器和相移校正，在 整个高转速比的范围内都能保持输出准确换相信号，该换相信号与霍尔传感器输 出的换相信号完全一致，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配套 的低廉控制IC的非感应式换相信号检测器。
本实用新型解决其技术问题所采用的方案是包括三个分压电路(O、三个 恒零相移滤波电路(2)和三个线电压比较器(3)。其特征在于三个分压电路(1)
分别由两个电阻R1、 R2串联，其R1的一端作为输入端分别与无刷直流电机的 三相电机线连接，R2接地，Rl、 R2之间的连接点作为输出端分别与相应线电压 比较器的正输入端连接；三个恒零相移滤波电路(2)分别由两个电阻R3、 R4，
两个电容Cl、 C2和一个集成运放构成。电容Cl并连接于分压电路R2，电容 C2的一端与运放的正输入端连接并与电容C1的一端连接，电容C2的另一端与 运放的输出端连接，电阻R3的一端与运放的输出端连接，另一端与运放的负输 入端连接，电阻R4的一端与运放的负输入端连接，另一端接地；三个线电压比 较器(3)的正输入端分别与相应分压电路的输出端连接，而负输入端分别与相 邻分压电路的输出端连接，各线电压比较器的输出分别作为电机的换相信号。
本实用新型与背景技术相比，由于采用了不随电机转速变化的恒零相移滤波 电路，无需相移校正，而送到比较器正负端的电压是两路没有相移的端电压，无 需构建虚拟中性点，比较器检测的是线电压的过零点，这个过零点正好对应电机 的换相点，因此，输出的换相信号与霍尔传感器输出的换相信号完全一致，在无 刷电机高转速比的范围内，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配 套的低廉控制IC，电路结构简单，成本低廉，可替代霍尔传感器广泛应用在家 电、计算机外设和电动车用等无刷直流电机上，最大程度地确保了原采用感应式 生产流程的稳定性以及规避了企业二次研发生产的风险，并增加了无刷直流电机 感应/非感应控制策略的模式切换功能，保持了系统的可继承性和兼容性。
图1为背景技术的反电势过零点检测法原理方框图。 图2为本实用新型的电路原理图。
图3为本实用新型图2中Va、 Vb、 Vc、 Vao、 Vbo、 Vco电压信号以及换相 信号H1、 H2、 H3的波形图。
具体实施方式
以下结合附图对本实用新型作进一歩的说明。
如图2所示，本实用新型包括三个分压电路(1 )、三个恒零相移滤波电路(2) 和三个线电压比较器(3)。其中每个分压电路由两个电阻R1、 R2串联而成，其 Rl分别与无刷直流电机的三相电机线连接，R2接地，Rl、 R2之间的连接点作 为输出端分别并联接各自的恒零相移滤波电路；每个恒零相移滤波电路分别i两 个电阻R3、 R4，两个电容C1、 C2和一个集成运放构成。电容C1并连接于分压 电路R2，电容C2的一端与运放的正输入端连接并与电容C1的一端连接，电容 C2的另一端与运放的输出端连接，电阻R3的一端与运放的输出端连接，另一端 与运放的负输入端连接，电阻R4的一端与运放的负输入端连接，另一端接地； 每个线电压比较器的正输入端分别与相应分压电路的输出端连接，而负输入端分 别与相邻分压电路的输出端连接，各线电压比较器的输出信号分别作为电机的换 相信号。
如图3所示，本实用新型的工作过程是
含有大量PWM调制波的电机三相端电压Va、 Vb、 Vc经三个分压电路和恒 零相移滤波电路后得到幅度减小的平滑端电压Vao、 Vbo 、 Vco，滤波前后每一 相端电压的相移角度^为
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式中《为电机运行的角速度。
只要设计C1^—C2，就可以使得滤波前后的相移角度恒为零，确保端电
压的过零点滤波前后不会跟随电机速度的变化而移动，无需相移校正。
相邻两相的恒零相移端电压送到比较器后，比较器比较的是两相端电压，实 质上就是检测线电压的过零点，这个过零点正好对应电机的换相点，因此，比较 器输出的换相信号与霍尔传感器输出的换相信号完全一致。
权利要求1、无刷直流电机非感应式换相信号检测器，其特征是，该检测器包括三个分压电路(1)、三个恒零相移滤波电路(2)和三个线电压比较器(3)。
2、 根据权利要求1所述的无刷直流电机非感应式换相信号检测器，其特征 是，每个分压电路包括两个电阻R1、 R2串联，其R1的一端作为输入端分别与 无刷直流电机的三相电机线连接，R2接地，Rl、 R2之间的连接点作为输出端分别与相应电压比较器的正输入端连接。
3、 根据权利要求1或2所述的无刷直流电机非感应式换相信号检测器，其 特征是，每个恒零相移滤波电路包括两个电阻R3、 R4，两个电容C1、 C2和一 个集成运放，电容C1并连接于分压电路R2，电容C2的一端与运放的正输入端 连接并与电容C1的一端连接，电容C2的另一端与运放的输出端连接，电阻R3 的一端与运放的输出端连接，另一端与运放的负输入端连接，电阻R4的一端与运放的负输入端连接，另一端接地。
4、 根据权利要求1或3所述的无刷直流电机非感应式换相信号检测器，其特征是，每个恒零相移滤波电路中的C1-:C2。
5、根据权利要求1或2或3所述的无刷直流电机非感应式换相信号检测器， 其特征是，每个线电压比较器的正输入端分别与相应分压电路的输出端连接，而 负输入端分别与相邻分压电路的输出端连接，比较器的输出分别作为电机的换相 信号°
专利摘要一种无刷直流电机无感应换相信号检测器，包括三个分压电路(1)、三个恒零相移滤波电路(2)和三个线电压比较器(3)。每个分压电路的输入端分别与电机的三相线相连接，每个分压电路的输出端并接一个恒零相移滤波电路并与各自线电压比较器的正输入端相连接，每个线电压比较器的负输入端与相邻分压电路的输出端连接，每个线电压比较器的输出端输出供控制IC用的换相信号。本实用新型采用了不随电机转速变化的恒零相移滤波电路和线电压比较器，无需构建虚拟中性点，无需速度估测器和相移校正，在整个高转速比的范围内都能保持输出准确换相信号，该换相信号与霍尔传感器输出的换相信号完全一致，无需高速控制IC，可以直接使用与霍尔传感器相配套的低廉控制IC，电路结构简单，成本低廉，可替代霍尔传感器广泛应用在家电、计算机外设和电动车用等无刷直流电机上。
文档编号G01R19/175GK201188124SQ20082000990
公开日2009年1月28日 申请日期2008年3月28日 优先权日2008年3月28日
发明者薛晓明 申请人:薛晓明