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1、(10)申请公布号 CN 102832873 A (43)申请公布日 2012.12.19 C N 1 0 2 8 3 2 8 7 3 A *CN102832873A* (21)申请号 201210303100.2 (22)申请日 2012.08.23 H02P 21/00(2006.01) (71)申请人佛山市顺德区和而泰电子科技有限 公司 地址 528303 广东省佛山市顺德大良德胜东 路3号华南家电研究院研发楼309室 (72)发明人孙冬晨 宋护朝 (74)专利代理机构广州科粤专利商标代理有限 公司 44001 代理人莫瑶江 (54) 发明名称 一种永磁同步电机驱动方法及驱动电路 (57。
2、) 摘要 本发明提供一种永磁同步电机驱动方法：在 电机主控程序中，实施以下步骤：1）调用120度驱 动软件模块对电机进行启动；2）当满足特定条件 时，调用电机参数计算软件模块，根据所检测到的 电机上UVW相的电压和电流，计算电机的d轴电感 Ld、q轴电感Lq、发电系数Ke以及转矩常数Kt；3） 电机参数计算软件模块向电机主控程序输入d轴 电感Ld、q轴电感L q、发电系数Ke以及转矩常数 Kt的值，电机主控程序瞬时停止调用120度驱动 软件模块；4）调用180度驱动软件模块对电机进 行驱动。本发明还提供一种采用以上驱动方法的 电路。可令永磁同步电机的性能得到较为全面的 提升，并且该提升不会为产。
3、品的成本带来很大的 提高。 (51)Int.Cl. 权利要求书2页 说明书5页 附图3页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书 2 页 说明书 5 页 附图 3 页 1/2页 2 1.一种永磁同步电机驱动方法，其特征是： 在电机主控程序中，实施以下步骤： 1）调用120度驱动软件模块对电机进行启动； 2）当电机的实际转速处于目标转速的预设转速差范围内时，调用电机参数计算软件模 块，根据所检测到的电机上UVW相的电压和电流，计算电机的d轴电感Ld、q轴电感Lq、发 电系数Ke以及转矩常数Kt； 3）电机参数计算软件模块向电机主控程序输入d轴电感Ld、q轴电感Lq。
4、、发电系数Ke 以及转矩常数Kt的值，电机主控程序瞬时停止调用120度驱动软件模块； 4）调用180度驱动软件模块对电机进行驱动。 2.如权利要求1所述的一种永磁同步电机驱动方法，其特征是：在上述步骤1）之前加 入判断运行模式的步骤，判断为要以180度驱动方式运行时，向电机主控程序输入预设的d 轴电感Ld、q轴电感Lq、发电系数Ke以及转矩常数Kt的值，并直接调用180度驱动软件模 块对电机进行驱动。 3.一种永磁同步电机驱动电路，包括MCU单片机模块、功率管驱动模块、功率管H桥 电路、感应电压处理模块、电机电流处理模块和电机电流采样网络电路；MCU单片机模块的 输出端与功率管驱动模块的输入端。
5、对应连通，功率管驱动模块的输出端与功率管H桥电路 的输入端对应连通，功率管H桥电路的电压反馈输出端与感应电压处理模块的输入端对应 连通，感应电压处理模块的输出端与MCU单片机模块的对应端连通，功率管H桥电路经电 机电流采样网络电路而与电机电流处理模块的输入端对应连通，电机电流处理模块的输出 端与MCU单片机模块的对应端连通；所述MCU单片机模块为具有支持电机矢量控制算法的 单片机；所述感应电压处理模块为具有通过检测三相绕组感应电压的过零点来确定转速及 ud,uq交直轴电压能力的模块；所述电机电流处理模块为具有将检测到的电流分解为对应 的iu，iv，iw绕组电流并且可以转换为id，iq交直轴电流。
6、能力的模块。 4.如权利要求3所述的一种永磁同步电机驱动电路，其特征是： MCU单片机模块的输出端包括：UH管脚、VH管脚、WH管脚、UL管脚、VL管脚、WL管脚和 FO管脚；功率管驱动模块的输入端包括：HIN1管脚、HIN2管脚、HIN3管脚、LIN1管脚、LIN2 管脚、LIN3管脚和FAULT管脚；UH管脚与HIN1管脚连通；VH管脚与HIN2管脚连通；WH管 脚与HIN3管脚连通；UL管脚与LIN1管脚连通；VL管脚与LIN2管脚连通；WL管脚与LIN3 管脚连通；FO管脚与FAULT管脚连通； 功率管驱动模块的输出端包括：HO1管脚、HO2管脚、HO3管脚、LO1管脚、LO2管脚和L。
7、O3 管脚；功率管H桥电路中包括有第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四功率管 Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6；HO1管脚连通至第一功率管Q1的管脚1、HO2管脚连通 至第二功率管Q2的管脚1、HO3管脚连通至第三功率管Q3的管脚1、LO1管脚连通至第四功 率管Q4的管脚1、LO2管脚连通至第五功率管Q5的管脚1、LO3管脚连通至第六功率管Q6 的管脚1； 功率管H桥电路的第一电压反馈输出端RUA与感应电压处理模块的IN1管脚连通；功 率管H桥电路的第二电压反馈输出端RUB与感应电压处理模块的IN2管脚连通；功率管H 桥电路的第三电压反馈输出端RUC与感应电压处理模块的IN。
8、3管脚连通；感应电压处理模 块的OUT1管脚与MCU单片机模块的UVS管脚导通；感应电压处理模块的OUT2管脚与MCU 权 利 要 求 书CN 102832873 A 2/2页 3 单片机模块的VVS管脚导通；感应电压处理模块的OUT3管脚与MCU单片机模块的WVS管脚 导通； 功率管H桥电路中，第四功率管Q4的管脚3、第五功率管Q5的管脚3和第六功率管Q6 的管脚3互相连通，它们的连通点为功率管H桥电路的采样网络连接点S；采样网络连接点 S经电机电流采样网络电路而与电机电流处理模块的IN管脚连通；电机电流处理模块的 OUT管脚连通至MCU单片机模块的CS管脚。 5.如权利要求3所述的一种永磁。
9、同步电机驱动电路，其特征是：MCU单片机模块的 TEST管脚与单片机电源MCU VCC之间设有一个机械跳线装置SW。 6.如权利要求3或4或5所述的一种永磁同步电机驱动电路，其特征是：MCU单片机模 块采用型号为MN103SFJ9D的模块；功率管驱动模块采用型号为6E003206-F的模块；感应 电压处理模块采用型号为MN103SFJ9D的模块；电机电流处理模块采用型号为MCP602i的模 块。 权 利 要 求 书CN 102832873 A 1/5页 4 一种永磁同步电机驱动方法及驱动电路 技术领域 0001 本发明涉及一种永磁同步电机驱动方法及驱动电路。 背景技术 0002 现时市面上的永。
10、磁同步电机的主流驱动方法有两种：120度驱动方式和180度驱 动方式。 0003 对于120度驱动方式，如图1所示，又叫六步换向法，如每步的左边小图所示，在周 向上将定子分为6个区，每个区域为60度，每个区域功率管H桥电路的电子开关的导通状 态如每步的右边小图所示。可以看出，120度驱动方式中，永磁转子转到特定的位置时，将对 应一种电子开关的导通模式，而这样的导通模式共有6种，依次循环切换，实现永磁转子的 连续转动。120度驱动方式对于永磁转子位置的估计采用的是电机UVW三相的感应电压来 进行的，该驱动方式中任何时间只有两个绕组通电，通过上下桥臂各一个电子开关的导通 来实现；而剩下的一个绕组不。
11、通电，正好用来做对应相的感应电压检测，继而估算永磁转子 的位置以决定导通模式切换的时机。由于120度驱动方式完全不依赖于电机的参数，因此 该驱动方式具有鲁棒性好，电机容易启动的优点，但其也存在转矩脉动大、振动和噪声大等 缺点。 0004 对于180度驱动方式，如图2所示，该驱动方式的核心在于位置估计模块算法建模 （Rotor Angle Estimator）的准确性。该驱动方式包含其特定的驱动算法，在输入其驱动 算法所需的参数后，本驱动方式可准确地控制定子上相应相的电流导通时机，使定子上产 生的磁场准确地超前永磁转子磁场90度，以使永磁转子可连续转动。这样的驱动方式由于 对定子的相电流的控制都。
12、是实时的，所以对转矩的控制都很及时，当负载一定时，转矩的脉 动几乎为0。但是该驱动方式严重依赖电机的如下参数：d轴电感Ld、q轴电感L q、发电系 数Ke以及转矩常数Kt。如果这些参数有偏差，将影响电机的正常运行，偏差严重时，电机不 能够正常启动，同时还有可能导致电机退磁。由于永磁同步电机的d轴电感Ld、q轴电感L q、发电系数Ke以及转矩常数Kt等是由电机本身的结构决定的，即使结构相同的两台电机 之间的上述参数也会存在差异，这就使得如果想要每台电机都工作在最佳状态，必须事先 对每台电机的上述参数进行单独测定并输入，否则只能向各台电机输入对应的共用值，通 过牺牲电机的运转性能以换取较低的调试成。
13、本。 0005 以上两种主流的驱动方式均存在各自的优缺点，于是希望能有一种新的永磁电机 驱动方法及电路，可以很好地提高永磁同步电机的启动和运转性能。 发明内容 0006 本发明旨在提供一种具有良好启动性能和运转性能的永磁同步电机驱动方法及 驱动电路。 0007 本发明的驱动方法如下： 0008 在电机主控程序中，实施以下步骤： 说 明 书CN 102832873 A 2/5页 5 0009 1）调用120度驱动软件模块对电机进行启动； 0010 2）当电机的实际转速处于目标转速的预设转速差范围内时，调用电机参数计算软 件模块，根据所检测到的电机上UVW相的电压和电流，计算电机的d轴电感Ld、q。
14、轴电感Lq、 发电系数Ke以及转矩常数Kt； 0011 3）电机参数计算软件模块向电机主控程序输入d轴电感Ld、q轴电感L q、发电系 数Ke以及转矩常数Kt的值，电机主控程序瞬时停止调用120度驱动软件模块； 0012 4）调用180度驱动软件模块对电机进行驱动。 0013 本发明的驱动方法结合了120度驱动方式启动性能好以及180度驱动方式运转平 稳性好的优点，当电机运行于180度驱动方式时，其所依赖的d轴电感Ld、q轴电感L q、发 电系数Ke以及转矩常数Kt等参数的值是从电机自身上测量并计算出来的，专机专用，可确 保电机以最佳状态运行，从而令永磁同步电机的工作性能大大提高。 0014 。
15、为使电机具有直接以180度驱动方式运行的功能，可在上述步骤1）之前加入判断 运行模式的步骤，判断为要以180度驱动方式运行时，向电机主控程序输入预设的d轴电感 Ld、q轴电感L q、发电系数Ke以及转矩常数Kt的值，并直接调用180度驱动软件模块对电 机进行驱动。 0015 本发明还提供一种永磁同步电机驱动电路，采用以下的技术方案： 0016 一种永磁同步电机驱动电路，包括MCU单片机模块、功率管驱动模块、功率管H桥 电路、感应电压处理模块、电机电流处理模块和电机电流采样网络电路；MCU单片机模块的 输出端与功率管驱动模块的输入端对应连通，功率管驱动模块的输出端与功率管H桥电路 的输入端对应连。
16、通，功率管H桥电路的电压反馈输出端与感应电压处理模块的输入端对应 连通，感应电压处理模块的输出端与MCU单片机模块的对应端连通，功率管H桥电路经电 机电流采样网络电路而与电机电流处理模块的输入端对应连通，电机电流处理模块的输出 端与MCU单片机模块的对应端连通；所述MCU单片机模块为具有支持电机矢量控制算法的 单片机；所述感应电压处理模块为具有通过检测三相绕组感应电压的过零点来确定转速及 ud，uq交直轴电压能力的模块；所述电机电流处理模块为具有将检测到的电流分解为对应 的iu，iv，iw绕组电流并且可以转换为id，iq交直轴电流能力的模块。 0017 本发明与现有技术相比，可令永磁同步电机的。
17、性能得到较为全面的提升，并且该 提升不会为产品的成本带来很大的提高。 附图说明 0018 图1是现有技术中120度驱动方式的工作原理图； 0019 图2是现有技术中180度驱动方式的电路原理图； 0020 图3是实施例1的运行流程图； 0021 图4是实施例2的电路原理图。 具体实施方式 0022 下面结合附图和实施例对本发明内容作进一步说明。 0023 实施例1 0024 如图3所示，本实施例的驱动方法包括： 说 明 书CN 102832873 A 3/5页 6 0025 在电机主控程序中，实施以下步骤： 0026 1）判断运行模式，判断为要以180度驱动方式运行时，向电机主控程序输入预设 。
18、的d轴电感Ld、q轴电感L q、发电系数Ke以及转矩常数Kt的值，并直接调用180度驱动 软件模块对电机进行驱动；判断为要以120度驱动方式起动时，执行步骤2）。 0027 2）调用120度驱动软件模块对电机进行启动。 0028 3）当电机的实际转速处于目标转速的预设转速差范围内时，调用电机参数计算软 件模块，根据所检测到的电机上UVW相的电压和电流，计算电机的d轴电感Ld、q轴电感Lq、 发电系数Ke以及转矩常数Kt。 0029 4）电机参数计算软件模块向电机主控程序输入d轴电感Ld、q轴电感L q、发电系 数Ke以及转矩常数Kt的值，电机主控程序瞬时停止调用120度驱动软件模块。 0030。
19、 5）调用180度驱动软件模块对电机进行驱动。 0031 6）电机速度反馈值平稳，没有异常波动，则以180度驱动方式运行，否则返回步骤 3）。 0032 120度驱动软件模块的作用是完成电机在120度模式的六步换向法控制。需要通 过对不通电相的感应电压的检测完成对转子位置的估算，继而控制驱动电路的工作模式， 实现线圈电流的换向。 0033 180度驱动软件模块的作用是完成电机在180度模式下的相电流正弦电流模式的 控制。通过电机转子位置速算，按照FOC算法，SVPWM算法驱动功率管H桥电路中的功率管 工作，达到控制线圈电流的目的。 0034 电机参数计算软件模块是在120度工作条件下根据电机工。
20、作时的感应电压信息， 相电流信息，确定电机d轴电感Ld、q轴电感Lq、发电系数Ke和转矩常数Kt值的部分。 0035 永磁电机d-q坐标系的数学模式如下： 0036 0037 0038 q =L q i q 0039 d =L d i d + f 0040 用120度驱动方式运行起来，速度稳定后，定子电压交直轴分量u d 和u q 、定子电流 交直轴分量i d 和i q 都可以测量得出，在稳态时，和都为0，可以通过不同的 r 值多 次测量，计算出Ld和Lq，其中 d 、 q 为磁链交直轴分量，R s 为定子绕组的电阻， r 为转 子电角速度， f 为永磁铁的磁链。 0041 在稳态情况下，由式。
21、子(k e n) 2 =( r q ) 2 +( r d ) 2 可以计算出Ke，其中n为电机转 速。 0042 Kt值则可由式子计算出，其中p n 为电机极对 数。 0043 本实施例的驱动方法可让电机具有两种工作模式：a）以180度驱动方式起动，以 180度驱动方式运行；b）以120度驱动方式起动，以180度驱动方式运行。当以后者方式工 作时，具有比前者更好的起动性能。 说 明 书CN 102832873 A 4/5页 7 0044 实施例2 0045 如图4所示，本实施例为其中一种采用实施例1所述驱动方法的驱动电路，包括 MCU单片机模块、功率管驱动模块、功率管H桥电路、感应电压处理模块。
22、、电机电流处理模块 和电机电流采样网络电路。 0046 其中： 0047 MCU单片机模块采用型号为MN103SFJ9D的模块。功率管驱动模块采用型号为 6E003206-F的模块。感应电压处理模块采用型号为MN103SFJ9D的模块。电机电流处理模 块采用型号为MCP602i的模块。 0048 如图4所示， 0049 MCU单片机模块的输出端包括：UH管脚、VH管脚、WH管脚、UL管脚、VL管脚、WL管 脚和FO管脚。功率管驱动模块的输入端包括：HIN1管脚、HIN2管脚、HIN3管脚、LIN1管脚、 LIN2管脚、LIN3管脚和FAULT管脚。UH管脚与HIN1管脚连通；VH管脚与HIN2。
23、管脚连通； WH管脚与HIN3管脚连通；UL管脚与LIN1管脚连通；VL管脚与LIN2管脚连通；WL管脚与 LIN3管脚连通；FO管脚与FAULT管脚连通。 0050 功率管驱动模块的输出端包括：HO1管脚、HO2管脚、HO3管脚、LO1管脚、LO2管脚 和LO3管脚。功率管H桥电路中包括有第一功率管Q1、第二功率管Q2、第三功率管Q3、第四 功率管Q4、第五功率管Q5和第六功率管Q6。HO1管脚连通至第一功率管Q1的管脚1、HO2 管脚连通至第二功率管Q2的管脚1、HO3管脚连通至第三功率管Q3的管脚1、LO1管脚连通 至第四功率管Q4的管脚1、LO2管脚连通至第五功率管Q5的管脚1、LO3。
24、管脚连通至第六功 率管Q6的管脚1。 0051 功率管H桥电路的第一电压反馈输出端RUA与感应电压处理模块的IN1管脚连 通；功率管H桥电路的第二电压反馈输出端RUB与感应电压处理模块的IN2管脚连通；功率 管H桥电路的第三电压反馈输出端RUC与感应电压处理模块的IN3管脚连通。感应电压处 理模块的OUT1管脚与MCU单片机模块的UVS管脚导通；感应电压处理模块的OUT2管脚与 MCU单片机模块的VVS管脚导通；感应电压处理模块的OUT3管脚与MCU单片机模块的WVS 管脚导通。 0052 功率管H桥电路中，第四功率管Q4的管脚3、第五功率管Q5的管脚3和第六功率 管Q6的管脚3互相连通，它们。
25、的连通点为功率管H桥电路的采样网络连接点S。采样网络 连接点S经电机电流采样网络电路而与电机电流处理模块的IN管脚连通。电机电流处理 模块的OUT管脚连通至MCU单片机模块的CS管脚。 0053 另外，MCU单片机模块的TEST管脚与单片机电源MCU VCC之间设有一个机械跳线 装置SW，用于选择电机的工作模式。 0054 以下对本实施例电路中各组成部分的功能进行说明： 0055 MCU单片机模块:作为本电路的主控单元，其所带有的电机主控程序中包括有120 度驱动软件模块、180度驱动软件模块以及电机参数计算软件模块。其输入参数包括来自感 应电压处理模块的值、电机电流处理模块的值以及机械跳线的。
26、状态；其输出控制包括对功 率管驱动模块发出的信号。 0056 功率管驱动模块:用于对电机相电流的方向和幅度进行控制； 0057 功率管H桥电路:是电机的动力执行电路。 说 明 书CN 102832873 A 5/5页 8 0058 感应电压处理模块:用于对输入的电压进行计算，并传至MCU单片机模块。 0059 电机电流采样网络电路:用于对电机相电流进行电流/电压转换。 0060 电机电流处理模块:用于对经电机电流采样网络电路转换的电压进行处理，以计 算电流，并传至MCU单片机模块。 0061 本驱动电路可为永磁同步电机带来良好的启动性能和平稳的运转效果，具有结构 相对简单、成本较为低廉的优点。 0062 本说明书列举的仅为本发明的较佳实施方式，凡在本发明的工作原理和思路下所 做的等同技术变换，均视为本发明的保护范围。 说 明 书CN 102832873 A 1/3页 9 图1 图2 说 明 书 附 图CN 102832873 A 2/3页 10 图3 说 明 书 附 图CN 102832873 A 10 3/3页 11 图4 说 明 书 附 图CN 102832873 A 11 。