技术领域
[0001] 本
发明涉及一种电机的驱动控制方法，具体涉及一种单相无刷直流电机的驱动控制系统的控制方法。
背景技术
[0002] 无刷直流电机中单相BLDC（无刷直流电机）由于其相数最少，电气系统相对简单，所需驱动控制
电路成本小，在电动工具、
风机、
吸尘器等领域得到较为广泛的应用。目前，通常的单相BLDC驱动控制采用H桥-PWM驱动控制方式，在霍尔半周期内，以PWM驱动H桥功率器件励磁电机绕组，适当调节PWM占空比以控制电机转速。由于在整个霍尔半周期内绕组持续以PWM励磁，效率不是很高，特别是在转速较高的应用中，较大的占空比和较长时间励磁电机绕组易导致磁芯
涡流损耗增大、电机绕组过度励磁发热，整个电机温升过大，从而使电机性能和使用寿命都受到很大影响。
发明内容
[0003] 针对上述
现有技术，本发明要解决的技术问题是：提供一种可实时监控调电机转速并依据电机转速调整电机绕组励磁时间的驱动控制方法，改善磁芯涡流损耗较大、电机绕组过度励磁发热等问题。
[0004] 为了解决上述问题，一种单相无刷直流电机的驱动控制系统的控制方法，所述系统包括用于系统供电的直流电源模
块、控
制模块、与所述
控制模块信号连接的功率驱动电桥模块和信号
采样模块、用于预设电机转速的转速调节模块，所述方法包括：S1. 系统上电；
S2. 调节转速调节模块，预设期望电机转速Ve；
S3. 控制模块对相关信号进行采样并计算实际电机转速Vr；
S4. 比较实际电机转速Vr和期望电机转速Ve，若实际电机转速Vr低于期望电机转速Ve则增加电机绕组励磁时间，否则减小电机绕组励磁时间。
[0005] 优选的，所述实际电机转速Vr根据信号采样模块中所包含的霍尔
传感器与无刷直流电机耦合连接测得的
转子位置，通过控制模块计算得到。
[0006] 优选的，该方法中还包括一提前于霍尔信号的信号反转时间点的提前励磁时间。提前励磁的作用是为了提高电机转速，使得电机能够高速旋转。
[0007] 优选的，所述提前励磁时间根据电机转速调整。
[0008] 优选的，所述任意一个霍尔
电信号的半周期内包括两个或两个以上的电机绕组励磁时间段，以及两个或两个以上的电机绕组续流时间段。
[0009] 优选的，所述任意一个霍尔电信号的半周期内，电机绕组励磁时间和续流时间均随转速的变化实时变化。
[0010] 与现有技术相比，本发明具有如下优点：一、避免霍尔半周期内出现较大的占空比和长时间励磁电机绕组，避免电机绕组
过热和磁芯涡流损耗导致的电机使用寿命减少。
[0011] 二、实现实时监控电机运转信号，实时控制电机转速，实现较高的电机转速要求。
[0013] 图1 为本发明实施的驱动控制系统电路图。
[0014] 图2 为本发明实施的控制方法
流程图。
[0015] 图3 为本发明实施的驱动控制时序图。
具体实施方式
[0016] 为了让本领域的技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图对本发明作进一步阐述。
[0017] 本发明具体实施的电路图如图1所示，一种单相无刷直流电机的驱动控制系统包括用于系统供电的直流电源模块、控制模块、与所述控制模块信号连接的功率驱动电桥模块和信号采样模块、用于预设电机转速的转速调节模块。
[0018] 本发明具体实施的一种单相无刷直流电机的驱动控制系统的控制方法，其具体流程如图2所示，该方法包括：S1. 系统上电。
[0019] 图1中，直流电源模块1，用于为系统中的各个电路模块提供直流电源。
[0020] S2. 调节转速调节模块10，预设期望电机转速Ve。
[0021] 图1中，控制模块2，电源端与直流供电模块1电气连接，输出端与功率驱动电桥模块5电气连接，用于产生
控制信号控制所述功率驱动电桥模块5动作。转速调节模块10的信号输出端与控制模块2的第二输入端I2电气连接。
[0022] 通过调节转速调节模块10，利用控制模块2计算出所需的期望电机转速Ve。在本
实施例中，转速调节模块10为滑动变阻器，通过对接入
电阻的阻值进行调节，从而达到所需转速的要求。
[0023] S3.
控制器对相关信号进行采样并计算实际电机转速Vr。
[0024] 图1中，驱动电桥5，由第一
开关管Q1、第二开关管Q2、第三开关管Q3和第四开关管Q4构成电桥电路，上桥臂与直流电源模块1连接，驱动电桥5用于
驱动电机动作。
[0025] 信号采样模块，包括霍尔信号采样模块6，
电流采样模块7、
温度采样模块8以及
电压采样模块9。
[0026] 其中，霍尔信号采样模块6与控制模块2电气连接，霍尔信号采样模块6中包含一霍尔传感器，霍尔传感器的信号采集端与电机耦合连接，并将采集到的信号反馈至控制模块2第三输入端I3，控制模块2输出相应的换流时序。另外，控制模块2通过霍尔信号采样模块6采样的霍尔信号， 测量电机转子的位置关系，计算得到实际电机转速Vr。控制模块2 根据得到的电机转速设置一提前于霍尔信号的信号反转时间点的提前励磁时间。
[0027] 电流采样模块7如图1中的虚线框部分所示，实现控制模块2的第四输入端口I4对所设置的
节点A与节点B做电流A/D采样，实时监控电桥工作电流。
[0028] 温度采样模块8包括一
热敏电阻NTC，用以实现控制模块2的第五输入端口I5对电机温度的实时采样与监控。
[0029] 电压采样模块9，由电阻R3与电阻R4组成的分压网络构成，实现控制模块2的第一输入端口I1对所设置的节点C做电压A/D采样，实时监控电桥的工作电压。
[0030] 为提供足够的驱动信号到功率驱动电桥模块，在控制模块2与驱动电桥5之间设有第一电平转换驱动模块3和第二电平转换驱动模块4。
[0031] 其中，第一电平转换驱动模块3和第二电平转换驱动模块4的电源端与直流电源模块1电气连接，第一电平转换驱动模块3的输出端与第一开关管Q1和第二开关管Q2的栅极电气连接，其输入端与控制模块2的第一输出端O1和第二输出端O2电气连接；第二电平转换驱动模块4的输出端与第三开关管Q3和第四开关管Q4的栅极电气连接，其输入端与控制模块2的第三输出端O3和第四输出端O4电气连接。
[0032] 控制模块2提供的驱动信号最终反映在功率驱动电桥模块5上，依据霍尔信号采样模块6的反馈信号切换励磁电流方向。
[0033] S4. 比较实际电机转速Vr和期望电机转速Ve，若实际电机转速Vr低于期望电机转速Ve则增加电机绕组励磁时间，否则减小电机绕组励磁时间。
[0034] 任意一个电信号的半周期内包括两个或两个以上的电机绕组励磁时间段，以及两个或两个以上的电机绕组续流时间段。
[0035] 任意一个电信号的半周期内，电机绕组励磁时间和续流时间均随转速的变化实时变化。即，当实际电机转速Vr高于期望电机转速Ve时，减小电机绕组励磁时间，当实际电机转速Vr低于期望电机转速Ve时，增加绕组励磁时间。因为电机转速是时刻在变化的，那么霍尔周期也随着变化，相应的励磁时间及续流时间也都是变化的。
[0036] 图1中电路的工作原理如下：电机永磁转子产生气隙
磁场，通过控制模块2输出驱动信号使第一开关管Q1和第四开关管Q4导通，第二开关管Q2和第三开关管Q3闭合，向功率驱动电桥模块5通入正向恒量电流，电机
定子绕组也产生气隙磁场，相互作用产生恒量的
力矩，电机永磁转子将产生顺
时针方向的电磁转矩。电磁转矩的大小与电流有关，通过比较采样转速调节模块10的信号所得到的期望电机转速Ve与采样霍尔信号采样模块6的信号所得到的实际电机转速Vr，控制模块2输出相应驱动信号调节励磁时间，从而调节矩力作用时间实现调节电机转速。当电机永磁转子旋转180°,控制模块2根据霍尔传感器61采样的霍尔信号输出驱动信号使第二开关管Q2和第三开关管Q3导通，第一开关管Q1和第四开关管Q4，向功率驱动电桥模块
5通入反向恒量电流，永磁转子仍将产生顺时针方向的电磁转矩，电机永磁转子会在顺时针方向的电磁力矩作用下连续顺时针旋转。
[0037] 本实施例中，励磁时间包括提前励磁时间和调整励磁时间，通过控制模块2控制调整励磁时间小于采样的霍尔电信号的半周期时间。
[0038] 在本实施例中，针对某一特定电机，其励磁时间、续流时间、励磁提前时间存在一个可量化的关系式。关系式如下：a: Ht = Et + Fct；
b : Fwt ≤0.13 * Ht；
c : Et ≤0.63 * Ht；
d : St < Et/2 。
[0039] 其中，Ht为霍尔电信号的半周期；Et为一个霍尔电信号的半周期内总的励磁时间；Fct为一个霍尔电信号的半周期内总的续流时间；Fwt为一个霍尔电信号的半周期内提前励磁时间；St为单个分段励磁时间宽度。对于不同的单相BLDC电机会做一定微调。
[0040] 时序图并非唯一，转速不同则霍尔电信号的半周期内励磁时间段和续流时间段个数不同，即转速高与低，直接影响霍尔电信号的半周期内励磁时间段的个数，也影响其宽度。图3中给出了其中一种基本的驱动控制时序图，其中：HS：表示霍尔传感器信号时序 ；
AH：表示驱动电桥左上桥臂时序 ；
AL：表示驱动电桥左下桥臂时序 ；
BH：表示驱动电桥右上桥臂时序 ；
BL：表示驱动电桥右下桥臂时序 。
[0041] 图2中，每个霍尔电信号的半周期内，绕组励磁时间段总和不大于霍尔电信号半周期的1/2，并且包含绕组提前励磁时间段。
[0042] 每个霍尔电信号的半周期内，绕组提前励磁时间段不大于霍尔电信号的半周期的1/4。
[0043] 每个霍尔电信号的半周期内，绕组单个励磁时间段应控制在一定宽度，依所驱动的单相BLDC进行微调。
[0044] 每个霍尔电信号的半周期内，绕组单个续流时间段应控制在一定宽度，依所驱动的单相BLDC进行微调。
[0045] 每个霍尔电信号的半周期内，电机绕组单个励磁时间段和电机绕组单个续流时间段宽度不一定相同。
[0046] 以上为本发明较佳的实现方式，需要说明的是，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和
变形，但这些改变和变形都应属于本发明所附的
权利要求的保护范围。
