CN105186936A - 一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法，属于无刷电机控制领域，装置包括：自举电容，用于存储电荷；充电电路，用于为自举电容充电；检测电路，用于检测所述自举电容电压的大小；控制电路，根据所述检测电路获取的自举电容电压大小，获取所述充电电路的控制参数，及根据控制参数对充电电路进行控制。方法包括：检测自举电容电压的大小；根据所述自举电容电压的大小，获取自举电容充电的控制参数；根据所述自举电容充电的控制参数，为自举电容充电。本发明既能保证自举电容始终有用足够大的电压，又不会因此降低高侧功率管栅极控制信号的占空比。可以提高电机母线电压的利用率及电机启动和运行的可靠性。

Description

一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法

技术领域

本发明涉及一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法，属于无刷电机控制的技术领域。

背景技术

无刷电机因其可靠性高、易于控制和效率高等优点而广泛应用于工业、农业和家庭生活中。电机控制和驱动装置通常通过自举电容及其充电电路来提高高侧功率管的开启电压，从而使高侧功率管可以有效地导通。

自举电容的电压会影响到功率管的导通电阻及电机效率，因此需要将自举电容电压维持在合理范围内。考虑到漏电等影响，自举电容通常采用需要定时或不定时的脉冲进行充电。目前为了使得电机可靠运行，往往采用足够宽的脉冲信号对自举电容定期充电，这会降低电机母线电压的利用率，缩小电机的工作区间。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种无刷电机自举电容智能充电装置及方法，解决现有的无刷电机采用足够宽的脉冲信号对自举电容定期充电，降低电机母线电压的利用率的问题。

本发明具体采用以下技术方案解决上述技术问题：

一种无刷电机自举电容智能充电装置，包括：

自举电容，用于存储电荷；

充电电路，用于为自举电容充电；

检测电路，用于检测所述自举电容电压的大小；

控制电路，用于根据所述检测电路获取的自举电容电压大小，获取所述充电电路的控制参数，及根据控制参数对充电电路进行控制。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述充电电路通过脉冲信号对自举电容进行充电。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述控制电路的控制参数包括充电脉冲信号的宽度或个数，或宽度和个数。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述检测电路通过模拟比较器或模数转换器将自举电容电压转变数字量化值。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述装置还包括优化电路，用于对控制电路所获取的控制参数进行优化。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述优化电路根据所述自举电容电压的大小、充电电路的控制参数及设定自举电容电压的阈值获取优化的控制参数。

本发明还提供一种基于上述无刷电机自举电容智能充电装置的方法，所述方法包括：

检测自举电容电压的大小；

根据所述自举电容电压的大小，获取自举电容充电的控制参数；

根据所述自举电容充电的控制参数，为自举电容充电。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法中使用脉冲信号对自举电容进行充电；所述自举电容充电的控制参数包括充电脉冲信号的宽度或个数，或宽度和个数。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法还包括：所述方法还包括对自举电容充电的控制参数进行优化。

进一步地，作为本发明的一种优选技术方案，所述方法根据所述自举电容电压的大小、自举电容充电的控制参数及其设定的阈值对控制参数进行优化。

本发明采用上述技术方案，能产生如下技术效果：

本发明所提供的无刷电机自举电容智能充电装置及方法，根据自举电容电压的大小合理设置自举电容充电的控制参数，使自举电容的充电根据需要最优化进行，避免因自举电容过度充电而降低电机母线电压的利用率，及因不合理的充电行为导致的电机启动和运行中的异常状况。既能保证自举电容始终有用足够大的电压，又不会因此降低高侧功率管栅极控制信号的占空比。可以提高电机母线电压的利用率及电机启动和运行的可靠性。本发明可广泛应用于无刷电机的控制，尤其是自举电容的充电。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为现有技术一般采用的无刷电机自举电容充电装置的示意图。

图2为现有技术一般采用的高、低侧功率管栅极控制信号的波形图。

图3为本实用新型实施例提供的无刷电机自举电容智能充电装置的示意图。

图4为本实用新型实施例提供的高侧和低侧功率管栅极控制信号以及自举电容电压的波形示意图。

图5为本发明实施例提供的一种无刷电机自举电容充电方法的流程图。

图6为本发明实施例提供的自举电容充电方法的示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明实施例进行详细描述。应当明确，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一般地，采用脉冲信号对自举电容进行充电。为使自举电容的电压始终足够大，通常采用足够宽的脉冲持续地对自举电容进行充电。图1为一个现有技术中，常用的功率管驱动电路及充电路径。低侧功率管导通时，对自举电容进行充电，其充电路径如图1中虚线箭头所示；高侧功率管导通阶段，通过自举电容提高其栅极电压以顺利开启功率管。现有技术中一般的高、低侧功率管的栅极控制信号HIN和LIN如图2所示。高、低侧功率管栅极控制信号除需要满足死区时间（同时为低的时间）的要求外，低侧功率管栅极控制信号一般还需要自举电容充电所需的最小脉冲宽度的要求。考虑到死区时间和低侧功率管栅极控制信号最小脉冲宽度的要求，高侧功率管栅极控制信号最大占空比要比100%小许多。

充电脉冲宽度过大会降低高侧功率管栅极控制信号最大占空比，进而降低母线电压的利用率，限制电机的工作区间；过小则影响电机运行。脉冲宽度的设置同时还容易受到诸如电容容值、充电电流、漏电等元器件参数的影响。

与采用固定宽度充电脉冲的传统方式不同，本发明根据自举电容电压的大小合理设置充电电路的控制参数，如脉冲的宽度和或个数等，以使自举电容的充电达到按照需要和最优化原则进行。

本发明实施例一提供了一种无刷电机自举电容智能充电装置。如图3所示，所述装置包括：检测电路110、控制电路120和充电电路130、自举电容140。

其中，自举电容140，用于存储电荷；检测电路110检测自举电容140电压的大小，并可以通过模拟比较器或模数转换器将所述自举电容电压的大小化为一位或多位的数字量；控制电路120根据获得的自举电容电压的数字量，设置自举电容充电的控制参数；充电电路130根据充电控制参数对自举电容140进行充电。所述充电电路通过脉冲信号对所述自举电容140进行充电；所述充电脉冲信号可以是持续不断的，也可以是间断的一个或多个；所述控制电路120的控制参数包括充电脉冲的宽度或个数，或者宽度和个数。

图3中，控制电路120采用根据检测电路110检测到的自举电容电压大小来设置脉冲宽度的方式。为直观起见，图4给出了高侧和低侧功率管栅极控制信号HIN和LIN，以及自举电容电压的波形示意图。采用宽脉冲充电时，由于充电获取的电荷大于充电间隔所消耗的电荷，每次充电后自举电容的电压都会逐渐上升，直至达到最大电压VMAX。此时，在所设置的充电时间中，电容充电只发生在刚开始的一部分时间，而其他时间则是“浪费”的。这说明充电脉冲的宽度过大，虽然对于功率管开启和导通并无不妥之处，但会限制高侧功率管栅极控制信号的占空比，从而降低母线电压的利用率，压缩电机的工作区间。因此，当检测电路110检测到自举电容电压在一段时间内持续高于所设置的阈值VTH时，控制电路120将减低脉冲宽度，如图4所示。需要注意的是，VTH的设置应满足功率管高效开启和导通的要求。

上述电容电压的检测及脉冲宽度的调节过程会持续不断，直至获得使自举电容电压高于VTH的最小脉冲宽度。这对自举电容充电而言是按需要最优化的过程；同时也是对电容容值、充电电流、漏电等元器件参数的自适应过程。一方面，可以提高母线电压的利用率；另一方面，自适应选取合适的充电脉冲宽度，可以提高电机启动和运行的可靠性。

需要注意的是，所述装置还可以包括优化电路，用于对控制电路所获取的控制参数进行优化，即自举电容电压可以进一步地量化为多位数字量，并结合充电电路的控制参数及其设定的阈值进行更细致的充电优化，进一步获取最优化的控制参数。其根本出发点在于为控制电路设置更合适的充电控制参数，既能保证自举电容始终有用足够大的电压，又不会因此降低高侧功率管栅极控制信号的占空比，即不会降低母线电压的利用率。

本发明实施例二提供了一种无刷电机自举电容智能充电方法。如图5所示，所述方法包括：

步骤510，检测自举电容电压的大小。

具体地，自举电容电压可以量化为一位或多位的数字量。

步骤520，获取自举电容充电的控制参数。

具体地，在自举电容采用脉冲进行充电时，所述控制参数包括充电脉冲的宽度或个数，或宽度和个数。

更进一步地，图6的步骤620、630和640给出了自举电容充电控制参数的一种设置方法，具体为：当自举电容电压持续高于所设置的阈值时，减小充电脉冲的宽度；当检测到自举电容电压低于所设置的自举电容电压阈值时，增加充电脉冲的宽度。

步骤530，根据自举电容充电的控制参数，为自举电容进行充电。

优选地，所述步骤520中，还包括对自举电容充电的控制参数进行优化，具体根据所述自举电容电压的大小、自举电容充电的控制参数及其设定的阈值对控制参数进行优化。

上述过程持续不断，直至获得使自举电容电压都高于阈值的最小脉冲宽度。这对自举电容充电而言是按需要最优化的过程。

综上，本发明根据自举电容电压的大小合理设置自举电容充电的控制参数，使自举电容的充电根据需要最优化进行，避免因自举电容过度充电而降低电机母线电压的利用率，及因不合理的充电行为导致的电机启动和运行中的异常状况。

专业人员应该还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件来实现，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明实施例的范围。具体地，所述运算和控制部分都可以通络逻辑硬件实现，其可以是使用集成电路工艺制造出来的逻辑集成电路，本实施例对此不作限定。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器（RAM）、内存、只读存储器（ROM）、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上所述的具体实施方式，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施方式而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，包括：

自举电容，用于存储电荷；

充电电路，用于为自举电容充电；

检测电路，用于检测所述自举电容电压的大小；

控制电路，用于根据所述检测电路获取的自举电容电压大小，获取所述充电电路的控制参数，及根据控制参数对充电电路进行控制。

2.根据权利要求1所述无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，所述充电电路通过脉冲信号对自举电容进行充电。

3.根据权利要求1或2所述无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，所述控制电路的控制参数包括充电脉冲信号的宽度或个数，或宽度和个数。

4.根据权利要求1所述无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，所述检测电路通过模拟比较器或模数转换器将自举电容电压转变数字量化值。

5.根据权利要求1所述无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，所述装置还包括优化电路，用于对控制电路所获取的控制参数进行优化。

6.根据权利要求5所述无刷电机自举电容智能充电装置，其特征在于，所述优化电路根据所述自举电容电压的大小、充电电路的控制参数及设定的自举电容电压阈值获取优化的控制参数。

7.一种基于权利要求1所述无刷电机自举电容智能充电装置的方法，其特征在于，所述方法包括：

检测自举电容电压的大小；

根据所述自举电容电压的大小，获取自举电容充电的控制参数；

根据所述自举电容充电的控制参数，为自举电容充电。

8.根据权利要求7所述无刷电机自举电容智能充电方法，其特征在于，所述方法中使用脉冲信号对自举电容进行充电；所述自举电容充电的控制参数包括充电脉冲信号的宽度或个数，或宽度和个数。

9.根据权利要求7所述无刷电机自举电容智能充电方法，其特征在于，所述方法还包括对自举电容充电的控制参数进行优化。

10.根据权利要求9所述无刷电机自举电容智能充电方法，其特征在于，所述方法根据所述自举电容电压的大小、自举电容充电的控制参数及设定的自举电容电压阈值对控制参数进行优化。