一種無刷直流電機控制電路的製作方法

2023-07-09 16:48:56

一種無刷直流電機控制電路的製作方法
【專利摘要】本發明屬於電子【技術領域】，提出一種無刷直流電機控制電路。提出的一種無刷直流電機控制電路包括有MCU處理晶片U3（3）、CAN通信電路（2）、轉子位置檢測電路（5）、電路信號採集電路（6）和三相逆變電路（4）；CAN通信電路（2）與MCU處理晶片U3（3）相連；轉子位置檢測電路（5）與MCU處理晶片U3（3）相連；對應MCU處理晶片U3（3）設置有給定轉速信號輸入器（7）；MCU處理晶片U3（3）具有三組六路獨立的PWM 輸出埠；無刷直流電機的運行、停止由連接在MCU處理晶片U3（3）一個輸入埠與GND之間的啟動/停止開關S1控制。本發明具有外部電路簡單，成本低、可靠性和可維修性高的特點。
【專利說明】一種無刷直流電機控制電路

【技術領域】
[0001]本發明屬於電子【技術領域】，具體涉及一種無刷直流電機控制電路。

【背景技術】
[0002]近年來直流電動機因其優良的調速、起動、制動性能在各種電力拖動系統中得到廣泛的應用，但因直流電機的機械換向出現的火花等問題在一些地方限制了直流電機的使用。自20世紀70年代以來，電力電子器件迅速發展，研製並生產出多種既能控制其導通又能控制其關斷的全控型器件，由它們構成的電子開關在直流電機中取代了機械換向，使得無刷直流電機逐漸被大規模應用。
[0003]目前市場上的無刷直流電機控制電路採用的控制晶片大多不具備專業無刷直流電機控制模塊，在外圍電路的設計中需要搭建很多的邏輯門電路來實現電機控制MOSFET電橋的邏輯驅動控制，在MOSFET上下橋臂的互鎖功能和死區時間的設置等都靠模擬電路去實現，可靠性及維修性較差。


【發明內容】

[0004]為解決上述現有技術中所存在的問題，本發明的目的是提出一種無刷直流電機控制電路。
[0005]本發明為完成上述目的採用如下技術方案:
一種無刷直流電機控制電路，所述的控制電路包括有MCU處理晶片U3、CAN通信電路、轉子位置檢測電路、電路信號採集電路和三相逆變電路;所述的CAN通信電路與所述的MCU處理晶片相連，用於與計算機上位機或其它ECU進行通信；所述的轉子位置檢測電路與MCU處理晶片U3相連，將轉子的位置信號送入MCU處理晶片；對應MCU處理晶片U 3設置有用以為其提供O?5V給定轉速信號模擬量的給定轉速信號輸入器；所述的MCU處理晶片1]3具有六路獨立的PWM輸出埠，每兩路PWM輸出埠組成一組，三組所述的PWM輸出埠分別與無刷直流電機的三相逆變電路相對應；所述的MCU處理晶片仏接收給定轉速信號輸入器輸入的轉速信號和轉子位置檢測電路輸入的轉子位置信號後，經過運算、處理通過六個控制PWM埠輸出控制信號給三相逆變電路從而控制無刷直流電機的運行；無刷直流電機的運行、停止由連接在MCU處理晶片U3—個輸入埠與GND之間的啟動/停止開關SI控制；所述的電流信號採集電路用於在無刷直流電機運行期間對無刷直流電機的其中兩相電流進行檢測，並將兩相電流信號送入MCU處理晶片U3，作為MCU處理晶片U3調節控制輸出的變量條件；所述的控制電路還包括有用以對整個控制電路提供所需要的各個電壓的基準電源電路。
[0006]所述的MCU處理晶片U3採用dspic30f4011晶片，MCU處理晶片U 3的兩個CAN通信管腳分別與CAN通信電路中CAN收發器晶片仏的兩個管腳相連；所述MCU處理晶片U 3的中斷、捕獲管腳分別與轉子位置檢測電路的輸出相連；MCU處理晶片％的四組電源引腳之間分別跨接有濾波電容；所述MCU處理晶片U3的六路PWM輸出埠分別與三相逆變電路的輸入相連。
[0007]所述電流信號採集電路採用雙運放晶片，雙運放晶片的運算放大器U8A和算放大器U8B的電路為相同的拓撲結構；雙運放晶片U8A和U8B的同相輸入管腳分別連接電流互感器，由電流互感器感應無刷直流電機其中兩相電流產生的0-5V電壓；雙運放晶片U8A和U8B的反相輸入管腳與其相對應的輸出管腳相連;雙運放晶片U8A和U8B的輸出管腳通過電阻、電感連接MCU處理晶片U3的輸入管腳。
[0008]所述三相逆變電路的每相電路具有相同的電路拓撲結構；所述的三相逆變電路採用驅動晶片驅動MOSFET組成的三相H橋電路；每相電路驅動晶片的輸入管腳分別與MCU處理晶片U3上所對應的PWM輸出埠相連；每相電路驅動晶片的兩個輸出管腳分別通過電阻與該相H橋上橋臂、下橋臂MOSFET的柵極相連。
[0009]所述的轉子位置檢測電路採用一階低通濾波輸入方式，可有效濾除幹擾信號對轉子位置檢測的幹擾，尤其適用於無刷直流電機轉速較低時。
[0010]本發明提出的一種無刷直流電機控制電路，採用專業的無刷直流電機控制晶片，內部集成專門的無刷直流電機控制模塊；外部電路簡單，成本低、可靠性和可維修性高；這種無刷直流電機控制電路在實際應用中具有很大的優越性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是本發明的結構示意圖。
[0012]圖2是本發明的基準電源電路原理圖。
[0013]圖3是本發明的CAN通信電路原理圖。
[0014]圖4是本發明的MCU處理電路原理圖。
[0015]圖5是本發明的轉子位置檢測電路原理圖。
[0016]圖6是本發明的三相逆變電路原理圖。
[0017]圖7是本發明的電流信號採集電路原理圖。
[0018]圖中:1、基準電源電路，2、CAN通信電路，3、MCU處理電路U3,4、三相逆變電路，5、轉子位置檢測電路，6、電流信號採集電路，7、給定轉速信號輸入器。

【具體實施方式】
[0019]結合附圖和具體實施例對本發明加以說明:
如圖1所示，一種無刷直流電機控制電路，所述的控制電路包括有MCU處理晶片U33、CAN通信電路2、轉子位置檢測電路5、電路信號採集電路6和三相逆變電路4 ;所述的CAN通信電路2與所述的MCU處理晶片U33相連，，用於與計算機上位機或其它ECU進行通信；所述的轉子位置檢測電路5採用一階低通濾波輸入方式與MCU處理晶片U33相連，將轉子的位置信號送入MCU處理晶片U33 ;對應MCU處理晶片U33設置有用以為其提供O?5V給定轉速信號模擬量的給定轉速信號輸入器7 ;所述的MCU處理晶片U33具有六個獨立的PWM輸出埠，每兩個PWM輸出埠組成一組，三組所述的PWM輸出埠分別與無刷直流電機的三相電壓相對應；所述的MCU處理晶片U33接收給定轉速信號輸入器7輸入的轉速信號和轉子位置檢測電路5輸入的轉子位置信號後，經過運算、處理通過六個控制PWM埠輸出控制信號給三相逆變電路從而控制無刷直流電機的運行；無刷直流電機的運行、停止由連接在MCU處理晶片U33 —個輸入埠與GND之間的啟動/停止開關SI控制；所述的電流信號採集電路6用於在無刷直流電機運行期間對無刷直流電機的其中兩相電流進行檢測，並將兩相電流信號送入MCU處理晶片U33，作為MCU處理晶片U33調節控制輸出的變量條件；該實施例中是將U、V相電流信號送入MCU處理晶片U33 ;結合圖2，所述的控制電路還包括有用以對整個控制電路提供所需要的各個電壓的基準電源電路I，為整個控制電路提供穩定的+12V和+5V直流電壓。
[0020]如圖4所示，所述的MCU處理晶片U33採用Microchip公司生產的dspic30f4011晶片，MCU處理芯U33與給定轉速信號輸入器7相連，MCU處理芯U33的35管腳與GND之間跨接啟動/停止開關SI，MCU處理芯U33的兩個CAN通信管腳4和5分別與CAN通信電路中CAN收發器晶片U4的4腳和I腳連；所述MCU處理晶片U3的中斷、捕獲管腳22、23和24分別與轉子位置檢測電路的輸出相連；同時U3的管腳30、31之間跨接晶體振蕩器Yl(圖中未顯示)，晶體振蕩器Yl的兩端與GND之間分別跨接電容C7 (圖中未顯示)和電容C9 (圖中未顯示)；所述MCU處理晶片U33的18管腳與Rl、C8及R2組成的上電復位電路(圖中未顯示)相連；MCU處理芯U33的電源引腳7和6、17和16,28和29,39和38之間分別跨接濾波電容C16、濾波電容C17、濾波電容C18、濾波電容C19 (圖中未顯示)；所述MCU處理晶片U3的六個PWM輸出埠分別與三相逆變電路的輸入。
[0021]如圖7所示,所述電流信號採集電路採用Texas Instruments公司生產的LM358雙運放晶片，雙運放晶片的運算放大器U8A和運算放大器U8B的電路為相同的拓撲結構；雙運放晶片U8A和U8B的同相輸入管腳3和5分別為電流互感器感應無刷直流電機其中兩相電流產生的0-5V電壓；該實施例中U1、VI為電流互感器感應無刷直流電機的U相和V相電流產生的0-5V電壓;UI與運算放大器U8A的同相輸入管腳3相連，VI與運算放大器U8B的同相輸入管腳5相連；運算放大器U8A的3腳與AGND之間跨接電阻R31，運算放大器U8B的5腳與AGND之間跨接電阻R37 ;運算放大器U8A的反相輸入管腳2與運算放大器U8A的輸出管腳I腳相連接，運算放大器U8B的反相輸入管腳6與運算放大器U8B的輸出管腳7腳相連接；運算放大器U8A的I腳經電阻R27和電感L4與MCU處理晶片U33的19管腳相連，運算放大器U8B的7腳經電阻R37和電感L5與MCU處理晶片U33的20管腳相連；MCU處理晶片U33的19管腳與AGND之間跨接電容C42，與+5V和AGND之間跨接有鉗位二極體DlI。電容C41跨接在運算放大器U8A的8管腳和4管腳之間;MCU處理晶片U33的20管腳與AGND之間跨接電容C46，與+5V和AGND之間跨接有鉗位二極體D12。
[0022]如圖6所示，所述三相逆變電路的每相電路具有相同的電路拓撲結構；所述的三相逆變電路的採用驅動晶片驅動MOSFET組成的三相H橋電路；MCU處理晶片U33的PWM輸出管腳8、9、10、11、14、15分別與三相逆變電路驅動晶片U5的1、2管腳，U6的1、2管腳和U7的1、2管腳相連；驅動晶片U5的輸出管腳7管腳經過電阻RlO和電阻R6與U相H橋上橋臂MOSFET的柵極即Ql的I腳相連接，驅動晶片U5的輸出管腳4管腳經過電阻R9和電阻Rll與U相H橋下橋臂MOSFET的柵極即Q2的I腳相連接，驅動晶片U6的輸出管腳7管腳經過電阻R19和電阻R3與V相H橋上橋臂MOSFET的柵極即Q3的I腳相連接，驅動晶片U6的輸出管腳4管腳經過電阻R18和電阻R16與V相H橋下橋臂MOSFET的柵極即Q4的I腳相連接，驅動晶片U7的輸出管腳7管腳經過電阻R26和電阻R20與W相H橋上橋臂MOSFET的柵極即Q5的I腳相連接，驅動晶片U7的輸出管腳4管腳經過電阻R25和電阻R23與W相H橋下橋臂MOSFET的柵極即Q6的I腳相連接。所述的驅動晶片U5、U6、U7採用由Internat1nal Rectifier 公司生產的 IR2181 MOS 管驅動晶片。
[0023]所述的基準電源電路的線性穩壓器Ul和線性穩壓器U2分別採用由Nat1nalSemiconductor公司生產的線性穩壓器LM7812和LM7805，CAN通信電路中CAN收發器晶片U4採用由Philips公司生產的TJA1050T晶片。
[0024]本發明採用dsPIC30F4011電機控制器件作為MCU控制電路核心控制晶片。該器件是專為電機控制電機控制而設計的。內部集成了 DSP引擎用於完成高速的數學運算，六路獨立PWM輸出或可配置為三組專用於電機控制的互補PWM輸出對，六輸入、I MspsADC可同時對多達4路輸入進行採樣以及各種通信接口和引腳中斷捕捉功能都非常適合於用來進行無刷直流電機的控制。
[0025]本發明通過MCU的1管腳檢測啟動/停止信號，通過AD採集管腳採集用於轉速設定的模擬量和流過電機U相、V相的電流感應得到的電壓值，再通過中斷管腳和捕捉輸入管腳獲得當前轉子位置值以及實際轉速，綜合這些輸入變量和條件，經過運算處理最終輸出用於電機換相的三相逆變電路控制信號，控制電機換相實現無刷直流電機的控制。
【權利要求】
1.一種無刷直流電機控制電路，其特徵在於:所述的控制電路包括有MCU處理晶片U 3(3)、CAN通信電路(2)、轉子位置檢測電路(5)、電路信號採集電路(6)和三相逆變電路(4);所述的CAN通信電路(2)與所述的MCU處理晶片U3 (3)相連；所述的轉子位置檢測電路(5)與MCU處理晶片U3 (3)相連，將轉子的位置信號送入MCU處理晶片U3 (3);對應MCU處理晶片U3 (3)設置有用以為其提供O?5V給定轉速信號模擬量的給定轉速信號輸入器(7);所述的MCU處理晶片％ (3)具有六路獨立的PWM輸出埠，每兩路PWM輸出埠組成一組，三組所述的PWM輸出埠分別與無刷直流電機的的三相逆變電路相對應；所述的MCU處理晶片U3 (3 )接收給定轉速信號輸入器(7 )輸入的轉速信號和轉子位置檢測電路(5 )輸入的轉子位置信號後，經過運算、處理通過六路控制PWM埠輸出控制信號給三相逆變電路從而控制無刷直流電機的運行；無刷直流電機的運行、停止由連接在MCU處理晶片U3(3)一個輸入埠與GND之間的啟動/停止開關SI控制；所述的電流信號採集電路(6)用於在無刷直流電機運行期間對無刷直流電機的其中兩相電流進行檢測，並將兩相電流信號送入MCU處理晶片U3 (3)，作為MCU處理晶片U3 (3)調節控制輸出的變量條件；所述的控制電路還包括有用以對整個控制電路提供所需要的各個電壓的基準電源電路(I)。
2.根權利要求1所述的一種無刷直流電機控制電路，其特徵在於:所述的MCU處理晶片U3 (3)採用dspic30f4011晶片，MCU處理晶片U3 (3)的兩個CAN通信管腳分別與CAN通信電路(2)中CAN收發器晶片仏的兩個管腳相連；所述MCU處理晶片U3 (3)的中斷、捕獲管腳分別與轉子位置檢測電路的輸出相連；MCU處理晶片U3 (3)的四組電源引腳之間分別跨接有濾波電容；所述MCU處理晶片U3 (3)的六個PWM輸出埠分別與三相逆變電路的輸入相連。
3.根權利要求1所述的一種無刷直流電機控制電路，其特徵在於:所述電流信號採集電路(6)採用雙運放晶片，雙運放晶片U8A和U8B的電路為相同的拓撲結構；雙運放晶片U8A和U8B的同相輸入管腳分別連接電流互感器，由電流互感器感應無刷直流電機其中兩相電流產生的0-5V電壓；雙運放晶片U8A和U8B的反相輸入管腳與其相對應的輸出管腳相連；雙運放晶片U8A和U8B的輸出管腳通過電阻、電感連接MCU處理晶片U3的輸入管腳。
4.根權利要求1所述的一種無刷直流電機控制電路，其特徵在於:所述三相逆變電路(4)的每相電路具有相同的電路拓撲結構；所述的三相逆變電路的採用驅動晶片驅動MOSFET組成的三相H橋電路；每相電路驅動晶片的輸入管腳分別與MCU處理晶片U3上所對應的PWM輸出埠相連；每相電路驅動晶片的兩個輸出管腳分別通過電阻與該相H橋上橋臂、下橋臂MOSFET的柵極相連。
【文檔編號】H02P6/16GK104467560SQ201410726515
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年12月4日 優先權日:2014年12月4日
【發明者】杜萬慶, 龐媛媛, 杜慶麗, 楊鈞 申請人:洛陽市黃河軟軸控制器股份有限公司