无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路

摘要

无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路，涉及电机控制领域。本发明是为了解决现有的反电动势三次谐波过零点检测电路中，存在的信号检测准确性低，信号衰减严重，电路复杂，检测到的信号导致电机换向误差大的问题。无刷直流电机的三相进线端分别连电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R3的另一端连电阻R5的另一端，电阻R4另一端连接低通滤波器，低通滤波器输出端连电压钳位电路输入端，电压钳位电路输出端连过零比较器输入端，零点电位微调电路连过零比较器输入端，零点电位微调电路输出端连光电隔离电路的输入端，光电隔离电路的输出端连数字信号处理器DSP输入端。它可用于电机中。

说明书

技术领域

本发明涉及无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路。属于电机控制领域。 

背景技术

基于反电动势三次谐波过零点检测的无刷电机无位置传感器控制，较有位置传感器控制相比，能够减小电机的体积和传感器的成本，提高转子位置信号的抗干扰能力。现有的三次谐波检测电路中，三次谐波的获取方法是取外接星型等效电阻中性点和接地端之间的电势差，经过带通滤波后进行过零点检测。这种方法由于抬高了反电动势三次谐波信号的整体幅值，因此检测到的反电动势过零点不够准确，并且带通滤波器对三次谐波信号的衰减非常严重，不宜于过零点的有效检测。 

发明内容

本发明是为了解决现有的反电动势三次谐波过零点检测电路中，存在的信号检测准确性低，信号衰减严重，电路复杂，检测到的信号导致电机换向误差大的问题。现提供无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路。 

无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路，它包括无刷直流电机、星型电阻、电机直流供电电源中点电压、低通滤波器、零点电位微调电路、电压钳位电路、过零比较器、光电隔离电路和数字信号处理器DSP， 

所述星型电阻包括电阻R3、电阻R4和电阻R5， 

所述无刷直流电机的三相进线端分别连接电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R3的另一端连接电阻R5的另一端，电阻R4的另一端作为星型电阻的输出端； 

低通滤波器包括电阻R8、电阻R10和电容C2， 

星型电阻的输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端同时连接电阻R10的一端和电容C2的一端，电阻R10的另一端连接电容C2的另一端，电阻R8的一端、电阻R10的一端和电容C2的一端均作为低通滤波器的信号输出端，电阻R10的另一端作为低通滤波器的信号输入端； 

电机直流供电电源中点电压包括供电电源、电阻R1、电阻R2和供电电源的电源地， 

低通滤波器的信号输入端同时连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端连接供电电源，电阻R2的另一端连接供电电源的电源地， 

电压钳位电路包括5V供电电源的正极+5V、一号二极管D1、二号二极管D2和5V供电电源的负极-5V， 

低通滤波器的信号输出端同时连接一号二极管D1的阳极和二号二极管D2的阴极，一号二极管D1的阴极连接5V供电电源的正极+5V，二号二极管D2的阳极连接5V供电电源的负极-5V，一号二极管D1的阳极作为电压钳位电路的信号输出端， 

过零比较器包括5V供电电源、运算放大器U2、电阻R6和5V供电电源的电源地， 

电压钳位电路的信号输出端连接运算放大器U2的正相信号输入端，运算放大器U2的正电源端同时连接5V供电电源和电阻R6的一端，运算放大器U2的负电源端连接5V供电电源的电源地，运算放大器U2的输出端连接电阻R6的另一端，运算放大器U2的负相信号输入端作为过零比较器的信号输入端，电阻R6的一端作为过零比较器的一个信号输出端，电阻R6的另一端作为过零比较器的另一个信号输出端， 

零点电位微调电路包括可调电阻R12、电阻R11、三号二极管D3、5V供电电源和5V供电电源的电源地， 

过零比较器的信号输入端连接可调电阻R12的可调端，可调电阻R12的一端同时连接电阻R11的一端和三号二极管D3的阳极，电阻R11的另一端连接5V供电电源，可调电阻R12的另一端同时连接三号二极管D3的阴极和5V供电电源的电源地， 

光电隔离电路包括电阻R7、型号为6N137的光电隔离器、电容C1、5V供电电源、5V供电电源的电源地、3.3V供电电源、3.3V供电电源的电源地和电阻R9， 

过零比较器的一个信号输出端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接型号为6N137的光电隔离器的2号引脚，型号为6N137的光电隔离器的5号引脚连接3.3V供电电源的电源地，型号为6N137的光电隔离器的7号引脚同时连接型号为6N137的光电隔离器的8号引脚、电容C1的一端和5V供电电源，电容C1的另一端连接5V供电电源的电源地，型号为6N137的光电隔离器的6号引脚连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接3.3V供电电源，过零比较器的另一个信号输出端连接型号为6N137的光电隔离器的3号引脚，型号为6N137的光电隔离器的6号引脚作为光电隔离电路的信号输出端， 

光电隔离电路的信号输出端连接数字信号处理器DSP的信号输入端。 

本发明的有益效果为：在无刷直流电机的三相进线端外接等效的星型连接电阻，并对电机直流供电电源中点电压M处和外接星形电阻中性点O处之间的电势差进行分压滤波，可经过过零比较器测得的反电动势三次谐波信号过零点更加准确。经过-5V和5V组成的电压钳位电路，输入至由运算放大器组成的过零比较器的正向输入端，对三次谐波信号 的过零信号进行检测，零点电位的微调电路用来比较电位的输入端，运算放大器的输出端输出相应的0V和5V的开关信号。再经过光电隔离器隔离输入端的干扰，输出0V和3.3V的开关信号到数字信号处理器DSP，该电路简单，采用光电隔离电路能够提高转子位置信号的抗干扰能力，并且与现有技术相比较没有传感器，使得该电路的成本减少了并且减小了电机的体积。在对三次谐波的处理上，使用低通滤波器完全可以更简单更准确的获取到三次谐波信号,减小信号的衰减程度，有利于过零点的检测,加入正负电压箝位电路，可以有效防止电压突变，对型号为LM339的运放放大器实现一个很好的保护。零点电位微调电路，能够有效的对由于运算放大器LM339温度变化产生的零点漂移效应进行修正，使检测到的过零点时刻更加准确，进而无刷直流电机更加准确换向。 

附图说明

图1为具体实施方式一所述的无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路的电路原理图。 

具体实施方式

具体实施方式一：参照图1具体说明本实施方式，本实施方式所述的无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路，它包括无刷直流电机U1、星型电阻1、电机直流供电电源中点电压2、低通滤波器3、零点电位微调电路4、电压钳位电路5、过零比较器6、光电隔离电路7和数字信号处理器DSP8， 

所述星型电阻1包括电阻R3、电阻R4和电阻R5， 

所述无刷直流电机U1的三相进线端分别连接电阻R3的一端、电阻R4的一端和电阻R5的一端，电阻R3的另一端连接电阻R5的另一端，电阻R4的另一端作为星型电阻1的输出端； 

低通滤波器3包括电阻R8、电阻R10和电容C2， 

星型电阻1的输出端连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端同时连接电阻R10的一端和电容C2的一端，电阻R10的另一端连接电容C2的另一端，电阻R8的一端、电阻R10的一端和电容C2的一端均作为低通滤波器3的信号输出端，电阻R10的另一端作为低通滤波器3的信号输入端； 

电机直流供电电源中点电压2包括供电电源、电阻R1、电阻R2和供电电源的电源地， 

低通滤波器3的信号输入端同时连接电阻R1的一端和电阻R2的一端，电阻R1的另一端连接供电电源，电阻R2的另一端连接供电电源的电源地， 

电压钳位电路5包括5V供电电源的正极+5V、一号二极管D1、二号二极管D2和5V 供电电源的负极-5V， 

低通滤波器3的信号输出端同时连接一号二极管D1的阳极和二号二极管D2的阴极，一号二极管D1的阴极连接5V供电电源的正极+5V，二号二极管D2的阳极连接5V供电电源的负极-5V，一号二极管D1的阳极作为电压钳位电路5的信号输出端， 

过零比较器6包括5V供电电源、运算放大器U2、电阻R6和5V供电电源的电源地， 

电压钳位电路5的信号输出端连接运算放大器U2的正相信号输入端，运算放大器U2的正电源端同时连接5V供电电源和电阻R6的一端，运算放大器U2的负电源端连接5V供电电源的电源地，运算放大器U2的输出端连接电阻R6的另一端，运算放大器U2的负相信号输入端作为过零比较器6的信号输入端，电阻R6的一端作为过零比较器6的一个信号输出端，电阻R6的另一端作为过零比较器6的另一个信号输出端， 

零点电位微调电路4包括可调电阻R12、电阻R11、三号二极管D3、5V供电电源和5V供电电源的电源地， 

过零比较器6的信号输入端连接可调电阻R12的可调端，可调电阻R12的一端同时连接电阻R11的一端和三号二极管D3的阳极，电阻R11的另一端连接5V供电电源，可调电阻R12的另一端同时连接三号二极管D3的阴极和5V供电电源的电源地， 

光电隔离电路7包括电阻R7、型号为6N137的光电隔离器U3、电容C1、5V供电电源、5V供电电源的电源地、3.3V供电电源、3.3V供电电源的电源地和电阻R9， 

过零比较器6的一个信号输出端连接电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接型号为6N137的光电隔离器U3的2号引脚，型号为6N137的光电隔离器U3的5号引脚连接3.3V供电电源的电源地，型号为6N137的光电隔离器U3的7号引脚同时连接型号为6N137的光电隔离器U3的8号引脚、电容C1的一端和5V供电电源，电容C1的另一端连接5V供电电源的电源地，型号为6N137的光电隔离器U3的6号引脚连接电阻R9的一端，电阻R9的另一端连接3.3V供电电源，过零比较器6的另一个信号输出端连接型号为6N137的光电隔离器U3的3号引脚，型号为6N137的光电隔离器U3的6号引脚作为光电隔离电路7的信号输出端， 

光电隔离电路7的信号输出端连接数字信号处理器DSP8的信号输入端。 

本实施方式中，数字信号处理器DSP8的信号输出端捕捉到光电隔离电路输出的开关信号的跳变沿产生捕获中断，DSP根据捕获的过零点信号按照预先编制好的顺序进行换向，驱动无刷直流电机转动。 

具体实施方式二：本实施方式是对具体实施方式一所述的无刷直流电机反电动势三次 谐波检测电路作进一步说明，本实施方式中，数字信号处理器DSP8采用型号为TMS320F2812实现。 

具体实施方式三：本实施方式是对具体实施方式一所述的无刷直流电机反电动势三次谐波检测电路作进一步说明，本实施方式中，运算放大器U2采用型号为LM339实现。 

工作原理：在无刷直流电机的三相入线端外接等效的星型连接电阻，并对直流电源中点M处和外接星形电阻中性点O处之间的电势差进行分压滤波，可得到反电动势三次谐波信号。经过-5V和5V组成的电压钳位电路，输入至由运算放大器LM339组成的过零比较器的正向输入端，对三次谐波信号的过零信号进行检测，运算放大器LM339的反向输入端比较电位的输入端，连接的是零点电位的微调电路，输出端输出相应的0V和5V的开关信号。再经过光电隔离器6N137隔离输入端的干扰，输出0V和3.3V的开关信号到DSP，DSP捕捉到开关信号的跳变沿产生捕获中断，DSP根据捕获的过零点信号按照预先编制好的顺序进行换向，驱动电机转动。