一種單霍爾直流無刷電機控制裝置的製作方法
2023-12-11 04:44:32
專利名稱：一種單霍爾直流無刷電機控制裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及直流無刷電機控制領域，尤其涉及一種單霍爾直流無刷電機控制
直O
背景技術：
現有技術中電機驅動大部分用120度方波驅動，存在著噪聲較大的缺點；也有採 用180度正弦驅動，選用32位的MCU，價格偏高；現有8位的MCU實現正弦波驅動三相直流 無刷電機，利用3個HALL檢測轉子位置，再用3相正弦疊加的方法輸出正弦電流，但該種方 法需要3個HALL，生產成本和維護成本都比較高。
實用新型內容本實用新型要解決的技術問題在於針對現有電機噪聲大、生產和維護成本都較高 的缺陷，提供一種單霍爾直流無刷電機控制裝置。本實用新型解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種單霍爾直流無刷電機控制裝置，包括將交流電整流穩壓、提供穩定的直流電壓的開關電源；與所述開關電源連接、用於反饋單霍爾信號的霍爾信號採樣電路；與所述開關電源和所述霍爾信號採樣電路連接、根據單霍爾信號變化利用空間矢 量算法計算轉子位置並輸出PWM脈寬調製信號、同時對電機進行保護檢測的微處理器；與所述微處理器連接、將所述PWM脈寬調製信號轉化為正弦驅動信號以控制電機 的三相輸出的電機驅動電路；與所述微處理器連接、用於給所述微處理器反饋電流、電壓和溫度變化的電機保 護電路。本實用新型所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置中，所述電機驅動電路包括將所 述微處理器輸出的PWM脈寬調製信號通過低通濾波器轉化為正弦波信號的信號轉換單元， 以及與所述信號轉換單元連接、根據所述正弦波信號導通和斷開的、包括六個功率電晶體 的橋臂單元。本實用新型所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置中，所述微處理器包括與所述霍爾信號採樣電路連接、用於接收單霍爾信號的霍爾信號接收單元；與所述霍爾信號接收單元連接、用於根據單霍爾信號計算轉子位置的運算單元；與所述運算單元連接、用於根據轉子位置輸出相應的PWM脈寬調製信號的信號控 制單元；以及與所述電機保護電路連接，並對所述電機保護電路反饋的電流、電壓和溫度信號 進行保護監測，再根據監測結果控制電機的監測保護單元。本實用新型所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置中，所述信號控制單元包括輸出 相應的PWM脈寬調製信號、控制所述電機驅動電路中功率電晶體的通和斷的控制信號輸出端。本實用新型所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置中，所述霍爾信號採樣電路包括 單個霍爾信號的輸入端、與所述開關電源和所述輸入端連接的上拉電阻、一端與所述輸入 端連接另一端與所述微處理器的霍爾信號接收單元連接的限流電阻、以及連接在所述限流 電阻的另一端和地之間的濾波電容。本實用新型所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置中，所述電機保護電路包括分別 與所述微處理器的監測保護單元連接的電流反饋電路、母線電壓反饋電路和溫度反饋電路。實施本實用新型具有以下有益效果通過微處理器接收單霍爾信號計算轉子位 置，再根據轉子位置輸出相應的PWM脈寬調製信號，電機驅動電路將PWM脈寬調製信號轉化 為正弦波驅動信號來控制電機的三相輸出，整個控制過程只需要獲取單個霍爾的信號，即 電機中只需要一個霍爾，降低了成本；同時通過電機驅動電路實現了正弦驅動，既降低了電 機的噪聲又節約了成本。
下面將結合附圖及實施例對本實用新型作進一步說明，附圖中圖1是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置的結構示意圖一；圖2是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置的結構示意圖二 ；圖3是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中開關電源部分的 電路圖；圖4是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中霍爾信號採樣電 路的電路圖；圖5是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中微處理器部分的 電路圖；圖6是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中電機驅動電路部 分的電路圖；圖7是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中電機保護電路中 的電流反饋部分的電路圖；圖8是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中電機保護電路中 的母線電壓反饋部分的電路圖；圖9是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中電機保護電路中 的溫度反饋部分的電路圖；圖10是本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中利用單霍爾信號 計算轉子位置的空間矢量示意圖。
具體實施方式
為了使本實用新型的目的、技術方案及優點更加清楚明白，
以下結合附圖及實施 例，對本實用新型進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本 實用新型，並不用於限定本實用新型。[0033]在本實用新型的較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置主要用來控制只使用 一個霍爾的三相直流無刷電機，若一個電機中有三個霍爾，則任一霍爾都可以單獨使用，即 只要電機中有一個霍爾沒有損壞，則電機仍可正常使用，降低了維護成本。如圖1所示，單 霍爾直流無刷電機控制裝置主要包括開關電源10、霍爾信號採樣電路20、微處理器30、電 機驅動電路40和電機保護電路50。開關電源10用於將220V的交流電整流並穩壓，為整個控制裝置提供穩定的直流 電壓，包括15V和5V的直流電壓。本發明較佳實施例提供了開關電源10的一種具體實現 電路，如圖3所示。霍爾信號採樣電路20與開關電源10連接、用於給微處理器30反饋單霍爾信號； 本實用新型較佳實施例中，如圖4所示，霍爾信號採樣電路20包括單個霍爾信號的輸入端、 上拉電阻R35、限流電阻R39和濾波電容C22，其中上拉電阻R35的兩端分別與開關電源10 和單個霍爾信號的輸入端連接，限流電阻R39的一端與單個霍爾信號的輸入端連接，另一 端與微處理器30的霍爾信號接收單元連接，濾波電容C22的兩端分別與微處理器30的霍 爾信號接收單元和地連接。微處理器30與開關電源10和霍爾信號採樣電路20連接、根據單霍爾信號變化計 算轉子位置並輸出PWM脈寬調製信號、同時對電機進行保護檢測，本實用新型較佳實施例 中採用的微處理器30的型號為STM8S105K4T6與微處理器30各個引腳連接的電路圖如圖 5所示，微處理器30用8位的代替32位的可降低成本。進一步地，如圖2所示，微處理器30包括霍爾信號接收單元31、運算單元32、信號 控制單元33和監測保護單元34。其中，霍爾信號接收單元31與霍爾信號採樣電路20連 接，用於接收單霍爾信號；運算單元32與霍爾信號接收單元31連接，用於根據單霍爾信號 計算轉子位置；信號控制單元33與運算單元32連接，用於根據轉子位置輸出相應的PWM脈 寬調製信號，可以通過調節PWM的佔空比來輸出不同的控制信號，其包括輸出相應的PWM脈 寬調製信號、控制電機驅動電路40的控制信號輸出端；監測保護單元34與電機保護電路 50連接，並對電機保護電路50反饋的信號對電機的電流、電壓和溫度進行保護監測、並根 據監測結果控制電機的運行。電機驅動電路40與微處理器30連接、將PWM脈寬調製信號轉化為正弦驅動信號 以控制電機的三相輸出，180°的正弦驅動微處理器為32位的晶片，價格較高，現利用8位 的微處理器輸出PWM方波，通過電路驅動電路40將方波轉換為正弦波，可通過低通濾波器 實現轉換。電機保護電路50與微處理器30連接、用於給微處理器30反饋電流、電壓和溫度 變化的電機保護電路。進一步地，電機保護電路50包括分別與微處理器的監測保護單元連 接的電流反饋電路51、母線電壓反饋電路52和溫度反饋電路53。如圖7所示，圖中示出了 電機保護電路50中電流反饋電路51的電路圖；如圖8所示，圖中示出了電機保護電路50 中母線電壓反饋電路52的電路圖；如圖9所示，圖中示出了電機保護電路50中溫度反饋電 路53的電路圖。進一步地，如圖2所示，同時參照圖6電機驅動電路40還包括信號轉換單元41和 橋臂單元42。信號轉換單元41與信號控制單元33連接，主要將信號控制單元33輸出的 六路PWM脈寬調製信號分別轉化為六路正弦波信號，橋臂單元42與信號轉換單元41連接，橋臂單元42包括六個功率電晶體，如圖6所示，每一橋臂包括一對功率電晶體，共三個橋 臂，其中與母線電壓HDC連接的元器件部分為上橋臂，與地連接的元器件部分為下橋臂，上 橋臂和下橋臂中的六個功率電晶體根據信號轉換單元41輸出的六路正弦波信號導通和斷 開。本實用新型較佳實施例單霍爾直流無刷電機控制裝置中，通過微處理器30採用 單霍爾信號計算轉子的位置，再根據轉子的位置控制電機驅動電路40中的六個功率晶體 管的導通和斷開，從而控制電機中線圈中的電流導通。本實用新型較佳實施例中，由於只根 據一個霍爾的信號就可以計算轉子的位置，故其計算方法與根據三個霍爾信號計算轉子位 置的方法不同，本實用新型較佳實施例中主要採用基本空間矢量計算轉子的位置，主要由 微處理器30的運算單元32進行計算。電機驅動電路40中，上橋臂器件導通用「1」表示，下 橋臂器件導通用「0」表示。如圖10所示，根據3個橋臂的狀態可得出8個基本空間矢量，分 別為 U(000)、U(001)、U(Oil)、U(010)、U(110)、U(100)、U(101)、U(111)，其中 6 種空間電壓 矢量幅值相等，都等於2/3直流母線電壓，相位角互差60°，分別記作U0、TO0、U120、U180、 U240、U300，而零電壓矢量記作0000、0111。6個基本空間矢量可將360度分成6個區間，傳 統3HALL(霍爾)電機HALL信號為每60度翻轉一次(霍爾信號的高電平與低電平之間每 互換一次，即為翻轉一次)，每次翻轉與1個基本空間矢量位置重合，即每次HALL電平的翻 轉都代表著區間的切換。本發明中由於使用單HALL，電平信號為180度翻轉一次，將HALL 信號的翻轉規定為與UO及U180，在HALL信號電平變化時保存與上一次電平變化的間隔時 間Tturn，即轉子轉過180度的時間。假設當前距離上次電平翻轉時間為Tcurrent，則可知 當前轉子的位置為(TCurrent/Tturn)*180°。由於每60度為一區間，即可知當前轉子所 在的區間。根據空間矢量算法，由當前轉子角度計算出相臨兩個基本空間矢量的輸出時間 tl，t2，通過調節零矢量的時間t0可以達到調節轉子轉速的目的，實現無級調速。本實用新型通過微處理器接收單霍爾信號計算轉子位置，再根據轉子位置輸出相 應的PWM脈寬調製信號，電機驅動電路將PWM脈寬調製信號轉化為正弦波驅動信號來控制 電機的三相輸出，整個控制過程只需要獲取單個霍爾的信號，即電機中只需要一個霍爾，降 低了成本，若電機中有三個霍爾，則當其中一個或者兩個霍爾都損壞時，仍可以正常使用， 降低了維護成本；同時通過電機驅動電路實現了正弦驅動，既降低了電機的噪聲又節約了 成本。應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換， 而所有這些改進和變換都應屬於本實用新型所附權利要求的保護範圍。
權利要求1.一種單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，包括將交流電整流穩壓、提供穩定的直流電壓的開關電源；與所述開關電源連接、用於反饋單霍爾信號的霍爾信號採樣電路；與所述開關電源和所述霍爾信號採樣電路連接、根據單霍爾信號變化利用空間矢量算 法計算轉子位置並輸出PWM脈寬調製信號、同時對電機進行保護檢測的微處理器；與所述微處理器連接、將所述PWM脈寬調製信號通過低通濾波器轉化為正弦驅動信號 以控制電機的三相輸出的電機驅動電路；與所述微處理器連接、用於給所述微處理器反饋電流、電壓和溫度變化的電機保護電路。
2.根據權利要求1所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，所述電機驅動 電路包括將所述微處理器輸出的PWM脈寬調製信號轉化為正弦波信號的信號轉換單元，以 及與所述信號轉換單元連接、根據所述正弦波信號導通和斷開的、包括六個功率電晶體的 橋臂單元。
3.根據權利要求2所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，所述微處理器 包括與所述霍爾信號採樣電路連接、用於接收單霍爾信號的霍爾信號接收單元；與所述霍爾信號接收單元連接、用於根據單霍爾信號計算轉子位置的運算單元；與所述運算單元連接、用於根據轉子位置輸出相應的PWM脈寬調製信號的信號控制單 元；以及與所述電機保護電路連接，並對所述電機保護電路反饋的電流、電壓和溫度信號進行 保護監測，再根據監測結果控制電機的監測保護單元。
4.根據權利要求3所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，所述信號控制 單元包括輸出相應的PWM脈寬調製信號、控制所述電機驅動電路中功率電晶體的通和斷的 控制信號輸出端。
5.根據權利要求4所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，所述霍爾信號 採樣電路包括單個霍爾信號的輸入端、與所述開關電源和所述輸入端連接的上拉電阻、一 端與所述輸入端連接另一端與所述微處理器的霍爾信號接收單元連接的限流電阻、以及連 接在所述限流電阻的另一端和地之間的濾波電容。
6.根據權利要求5所述的單霍爾直流無刷電機控制裝置，其特徵在於，所述電機保護 電路包括分別與所述微處理器的監測保護單元連接的電流反饋電路、母線電壓反饋電路和 溫度反饋電路。
專利摘要本實用新型公開了一種單霍爾直流無刷電機控制裝置，包括開關電源；反饋單霍爾信號的霍爾信號採樣電路；根據單霍爾信號變化計算轉子位置並輸出PWM脈寬調製信號、同時對電機進行保護檢測的微處理器；將PWM脈寬調製信號轉化為正弦驅動信號以控制電機的三相輸出的電機驅動電路；用於給微處理器反饋電流、電壓和溫度變化的電機保護電路。本實用新型通過單霍爾信號計算轉子位置的，再將根據轉子位置輸出的相應PWM脈寬調製信號轉化為正弦波驅動信號來控制電機的三相輸出，整個控制過程只需要一個霍爾，降低了成本；同時通過正弦驅動，既降低了電機的噪聲又節約了成本。
文檔編號H02P6/08GK201918945SQ201120023848
公開日2011年8月3日 申請日期2011年1月25日 優先權日2011年1月25日
發明者塗柏生, 蔡珩, 鍾偉, 黃光輝 申請人:深圳市博巨興實業發展有限公司