直流無刷電機驅動電路、通道閘的製作方法
2023-05-08 14:13:06 1
專利名稱：直流無刷電機驅動電路、通道閘的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及電機技術領域，尤其是涉及一種直流無刷電機驅動電路和通道閘。
背景技術：
通道閘是一種可以自動實現通道開啟和關閉的設備，廣泛應用於現在的工業社會，關閉通道閘通常通過自鎖的方式來實現。目前市面上的通道閘自鎖基本上採用的是蝸輪加蝸杆進行機械傳動實現或通過帶齒電磁鐵(電動離合器)的專用機構實現。現有技術使用蝸輪加蝸杆的機械傳動機構實現自鎖，其結構複雜，蝸輪和蝸杆對加工精度要求較高，且使用該機構的產品必須配置後備電源(例如電池或不間斷電源UPS)才能在環境停電後實現自動解鎖以達到消防安全的要求，成本較高。
發明內容本實用新型提供一種直流無刷電機驅動電路、包含直流無刷電機驅動電路的通道閘，其可以實現現有通道閘的開啟或關閉，還可以在停電情況下自動解鎖，且實現成本低。本實用新型提供一種直流無刷電機驅動電路，用於和直流無刷電機連接，所述電機驅動電路包括位置檢測器、單片機、電平驅動轉換晶片以及電機電流驅動器件；所述位置檢測器用於檢測所述直流無刷電機的轉子的位置，並向所述單片機輸出位置反饋信號；所述單片機用於接收所述位置反饋信號，根據所述位置反饋信號確定所述轉子位置，根據所述轉子位置向所述電平驅動轉換晶片輸出相位控制信號；所述電平驅動轉換晶片用於接收所述相位控制信號，將所述相位控制信號轉換為驅動所述電機電流驅動器件的驅動電平信號；所述電機電流驅動器件與所述電機的U、V、W三相以及電機的電源端連接，所述電機電流驅動器件根據輸入的驅動電平信號導通或截止。本實施例還提供一種通道閘，包括直流無刷電機以及如上所述的直流無刷電機驅動電路。本實施例提供的直流無刷電機驅動電路可以使用在通道閘中，在通道閘正常使用時，單片機根據接收到的位置反饋信號確定轉子位置，然後根據轉子位置輸出相位控制信號控制電機電流驅動器件的導通或截止，進而控制電機的電源端與電機的U、V、W三相線圈的接通或斷開，通過電機轉動即可實現通道閘的開啟、關閉以及自鎖。在環境停電後，電源端將不會有電流輸入電機的U、V、W三相，電機的內部電磁力為零，外力可以自由驅動電機轉動，實現電機的自動解鎖。本實施例提供的直流無刷電機驅動電路和通道閘不僅可以實現現有通道閘的開啟、關閉以及自鎖，還可以在停電情況下自動解鎖，且結構簡單，成本低。
為了更清楚地說明本實用新型實施例或現有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單的介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本實用新型的一些實施例，對於本領域普通技術人員來講，在不付出創造性勞動的前提下，還可以根據這些附圖獲得其他的附圖。圖I是本實用新型提供的直流無刷電機驅動電路的結構示意圖；圖2是本實用新型提供的直流無刷電機驅動電路的電路原理圖；圖3是本實用新型實施例提供的通道閘的控制方法的流程圖。
具體實施方式
下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。參見圖1，圖I是本實用新型提供的直流無刷電機驅動電路的結構示意圖。如圖I所示，本實用新型提供的直流無刷電機驅動電路與直流無刷電機相連，電機驅動電路包括位置檢測器10、單片機20、電平驅動轉換晶片30以及電機電流驅動器件40。其中，位置檢測器10用於檢測直流無刷電機的轉子的位置，並向相連的單片機20輸出位置反饋信號。單片機20用於接收位置反饋信號，根據位置反饋信號確定轉子位置，根據轉子位置向電平驅動轉換晶片30輸出相位控制信號；其中，單片機輸出的相位控制信號具體可以為脈衝寬度調製(Pulse Width Modulation,PWM)信號，該信號可以靈活調節佔空比。需要指出的是，相位控制信號還可以為其它的脈衝信號，不限於上述PWM信號。電平驅動轉換晶片30用於接收相位控制信號，將相位控制信號轉換為驅動電機電流驅動器件40的驅動電平信號。電機電流驅動器件40與電機的U、V、W三相以及電機的電源端(圖未示)連接，電機電流驅動器件40根據輸入的驅動電平信號導通或截止。本實施例提供的直流無刷電機驅動電路可以使用在通道閘中，在通道閘正常使用時，單片機20根據接收到的位置反饋信號確定轉子位置，然後根據轉子位置輸出相位控制信號控制電機電流驅動器件40的導通或截止，進而控制電機的電源端與電機的U、V、W三相接通或斷開，電機的轉子轉動即可實現通道閘的開啟、關閉及自鎖。在環境停電後，上述電源端將不會有電流輸入電機的U、V、W三相，電機的內部電磁力為零，外力可以自由驅動電機轉動，實現電機的自動解鎖。本實施例提供的直流無刷電機驅動電路和通道閘不僅可以實現現有通道閘的開啟、關閉以及自鎖，還可以在停電情況下自動解鎖，且相對於蝸輪加蝸杆的機械傳動機構，本實施例提供的直流無刷電機驅動電路結構簡單，成本低。在本實施例提供的直流無刷電機驅動電路中，單片機20還可以包括控制信號輸入端，控制信號輸入端用於接收外部輸入的電機控制信號，單片機20根據該控制信號向電平驅動轉換晶片30輸出相位控制信號。例如，外部輸入的控制信號可以為自鎖控制信號，單片機20根據該自鎖控制信號來控制電機電流驅動器件40的導通，在電機的不同相位上按照特定的相序通以合適的電流，使其自動鎖緊以達到控制相應的通道閘產品不被非法通行的目的。參見圖2，圖2是本實施例提供的直流無刷電機驅動電路的電路原理圖。如圖所示，直流無刷電機驅動電路包括單片機ICl (微控制器)、電平驅動轉換晶片IC2，位置檢測器S以及電機電流驅動器件。在本實施例中，直流無刷電機Ml包括3相線圈，分別為U、V和W相。位置檢測器S輸出的位置反饋信號包括U相位置反饋信號、V相位置反饋信號以及W相位置反饋信號，單片機ICl根據該三相位置反饋信號即可確定電機Ml轉子的位置。由於位置檢測器S可以實時監測電機Ml的轉子位置，因而單片機ICl根據該三相位置反饋信號還可以確定電機的轉動方向，例如正向旋轉或反向旋轉或電機Ml的轉子當前是否存在加速度。其中，電平驅動轉換晶片IC2與單片機ICI的PWM信號輸出端連接，電平轉換晶片將接收到的PWM信號轉換為六路驅動電平信號輸出，六路驅動電平信號分別為U相高電平信號、U相低電平信號、V相高電平信號、V相低電平信號、W相高電平信號、W相低電平信號。具體的，本實施例中與電機Ml相連的電機電流驅動器件包括第一場效應管Ql、第二場效應管Q2、第三場效應管Q3、第四場效應管Q4、第五場效應管Q5、第六場效應管Q6。其中，第一場效應管Ql的柵極、第二場效應管Q2的柵極、第三場效應管Q3的柵極、第四場效應管Q4的柵極、第五場效應管Q5的柵極、第六場效應管Q6的柵極分別與電平驅動轉換晶片IC2的六路驅動電平信號輸出端HU0、HV0、HW0、LU0、LV0、LW0——對應連接；第一場效應管Ql的漏極、第二場效應管Q2的漏極、第三場效應管Q3的漏極均連接到電機Ml的電源端HVCC，第一場效應管Ql的源極、第二場效應管Q2的源極、第三場效應管Q3的源極分別與第四場效應管Q4的漏極、第五場效應管Q5的漏極、第六場效應管Q6的漏極一一對應連接，第一場效應管Ql的源極、第二場效應管Q2的源極、第三場效應管Q3的源極還分別與電機Ml的U、V、W三相一一對應連接；第四場效應管Q4的源極、第五場效應管Q5的源極、第六場效應管Q6的源極均接地。在本實施例中，當直流無刷電機Ml的位置檢測器S傳回的位置反饋信號從單片機ICl的SU、SV、SW埠輸入，經單片機ICl中的程序解碼後即可確定電機轉子所處的位置。單片機程序按照相應的相序從HU、HV、HW、LU、LV、Lff埠輸出信號，經電平驅動轉換晶片IC2轉換成適合於驅動大功率場效應管Ql Q6的電平信號,從而驅動大功率場效應管Ql Q6的導通與截止，實現控制直流無刷電機Ml轉動或自鎖緊。當本實施例提供的電機驅動電路需要驅動電機正向轉動時，通過單片機ICl的HU、LW埠輸出PWM脈衝信號，通過電平驅動轉換晶片IC2電平轉換後驅動Ql、Q6導通，從而使經過PWM調製後的電流從電機Ml的U相流入，從電機Ml的W相流出(以下簡稱為U — W)，此時Ml的轉子隨之正向旋轉60°角，位置檢測器S檢測到Ml的轉子正向旋轉60°角後輸出相應的位置反饋信號到單片機IC1，單片機ICl經解碼後輸出PWM脈衝信號使經過PWM調製後的電流從電機Ml的V相流入W相流出，即V — W，依此類推，經過U — W、V — W、V —U、W —U、W —V、U —V共六個相位變換後，Ml的轉子隨之正向旋轉360°角。反之，經過V — U、V — W、U — W、U — V、W — V、W — U共六個相位變換後，電機Ml的轉子隨之反向旋轉360。角。以上對本實用新型實施例提供的直流無刷電機驅動電路進行了詳細介紹，本實施例還提供一種包括直流無刷電機以及上述直流無刷電機驅動電路的通道閘，通道閘的類型可以為擋閘、翼閘以及擺閘等產品，此類產品不需長時間大力矩自鎖，且均具有停電自恢復功能，因此使用本實施例提供的通道閘不必擔心直流無刷電機長時間通過較大電流導致自身發熱的問題，且能簡化機械結構的設計，大幅降低產品成本。參見圖3，圖3是本實用新型實施例提供的通道閘的控制方法的流程圖。在本實用新型實施例提供的通道閘中，通道閘的控制方法可以包括以下步驟S301、單片機根據接收到的位置反饋信號確定轉子的轉動方向以及轉子位置。具體的，單片機根據位置檢測器S輸入的位置反饋信號確定轉子的轉動方向以及 轉子的位置。其中，轉子的方向可以為順時針或逆時針方向，轉子的位置可以為轉子當前的角度。S302、單片機根據轉動方向和轉子位置確定轉子位置對應的定子線圈的當前電流序列。具體的，單片機根據轉子的轉動方向以及轉子位置確定驅動轉子繼續旋轉時定子線圈的當前電流序列。例如，轉子的轉動方向為順時針轉動，單片機根據該轉子的位置確定當前電流序列為W-U(即電流從W相線圈輸入，從U相線圈輸出)。當轉子順時針旋轉時，驅動轉子旋轉所對應的電流序列分別為u-w、v-w、V-U、w-u、w-v、U-V，隨著轉子的旋轉，單片機確定的當前電流序列也隨之變化。步驟S203、單片機向電平驅動轉換晶片輸出第一相位控制信號，第一相位控制信號使得電機電流驅動器件導通，電機的定子線圈同時輸入當前電流序列的前一電流序列以及後一電流序列。在本實施例中，單片機在確定當前電流序列為W-U後，向電平驅動轉換晶片輸出第一相位控制信號，第一相位控制信號使得電機電流驅動器件導通，進而電機的定子線圈同時輸入當前電流序列W-U的前一電流序列U-V以及後一電流序列W-V。具體的，單片機向電平驅動轉換晶片輸出的第一相位控制信號為PWM信號，該PWM信號經過電平轉換後，驅動電機電流驅動器件中的Ql、Q3和Q5同時導通、Q2、Q4和Q6截止，當前電流序列W-U的前一電流序列U-V以及後一電流序列W-V同時輸入電機的定子線圈，從而使電機轉子所感應到的電磁力在當前序列達到平衡狀態，單片機ICl通過適當調整PWM信號的佔空比，可以調整破壞這種平衡所需外力的值，從而達到自鎖目的。當有外部作用力使得電機轉子趨向正轉或反轉時，內部的電磁合力因與外部作用力的方向始終相反，就會與外部施加的作用力相互抵消，達到新的平衡，從而達到自鎖目的。進一步的，針對不同的轉子位置，單片機控制電機Ml通過的電流序列可以為①U — V和W — V同時通電(對應的Ql、Q3和Q5導通、Q2、Q4和Q6截止);(D U — W和U —V同時通電(Ql、Q5和Q6同時導通、Q2、Q4和Q3截止)V — W和U — W同時通電(QU Q2和Q6同時導通、Q3、Q4和Q5截止);(D V — U和V — W同時通電(Q2、Q4和Q6同時導通、Q1、Q3和Q5截止)—U和V —U同時通電(Q2、Q3和Q4同時導通、Q1、Q5和Q6截止)—V和W —U同時通電(Q4、Q3和Q5同時導通、Q2、Q1和Q6截止)。其中，上述6種情況是按位置檢測器S所傳回的位置信息經解碼後所輸出的對應的相序，任一時刻只有一種情況存在，對於不同的位置則輸出6種中合適的一種即可。在本實施例中，當電機處於自鎖狀態時，單片機ICl還可以在根據U相位置反饋信號、V相位置反饋信號以及W相位置反饋信號判斷電機轉子存在加速度時(存在外部推力)，增大輸出的PWM信號的佔空比；單片機ICl在根據U相位置反饋信號、V相位置反饋信號以及W相位置反饋信號判斷電機轉子無加速度(撤除外部推力)時，減小輸出的PWM信號的佔空比。當施加的PWM信號佔空比越大，所產生的電磁力就越大，平衡的狀態就越穩固，可以抵消的外部作用力就越大，自鎖的程度就越穩固。此外，本實施例提供的控制方法還可以在單片機接收到外部輸入的解鎖信號時，向電平驅動轉換晶片輸出第二相位控制信號，第二相位控制信號使得電機電流驅動器件截止(Ql Q6)均截止),則停止向電機的定子線圈輸入電流，電機的內部電磁合力為零，夕卜力可以自由驅動電機轉動，實現電機的自動解鎖。需要指出的是，如果外部環境停電時，外部控制信號自動關閉，則電機電源將不會對電機提供電流，電機的U、V、W三相線圈中不再有電流流過，電機的內部電磁合力為零，夕卜力可以自由驅動電機轉動，實現電機的自動解鎖。應當理解的是，以上僅為本實用新型的優選實施例，不能因此限制本實用新型的專利範圍，凡是利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構或等效流程變換，或直接或間接運用在其他相關的技術領域，均同理包括在本實用新型的專利保護範圍內。
權利要求1.一種直流無刷電機驅動電路，用於和直流無刷電機連接，其特徵在於，所述電機驅動電路包括 位置檢測器、單片機、電平驅動轉換晶片以及電機電流驅動器件； 所述位置檢測器用於檢測所述直流無刷電機的轉子的位置，並向所述單片機輸出轉子的位置反饋信號； 所述單片機用於接收所述位置反饋信號，並根據所述位置反饋信號確定所述轉子位置，以及根據所述轉子位置向所述電平驅動轉換晶片輸出相位控制信號； 所述電平驅動轉換晶片用於接收所述相位控制信號，並將所述相位控制信號轉換為驅動所述電機電流驅動器件的驅動電平信號； 所述電機電流驅動器件與所述電機的U、v、w三相以及電機的電源端連接，所述電機電流驅動器件根據輸入的驅動電平信號導通或截止。
2.根據權利要求I所述的直流無刷電機驅動電路，其特徵在於， 所述電機電流驅動器件包括 第一場效應管、第二場效應管、第三場效應管、第四場效應管、第五場效應管以及第六場效應管； 所述第一場效應管的柵極、第二場效應管的柵極、第三場效應管的柵極、第四場效應管的柵極、第五場效應管的柵極以及第六場效應管的柵極分別與所述電平驅動轉換晶片的六路驅動電平信號輸出端連接； 所述第一場效應管的漏極、第二場效應管的漏極、第三場效應管的漏極均連接到電機的電源端，所述第一場效應管的源極、第二場效應管的源極、第三場效應管的源極分別與所述第四場效應管的漏極、第五場效應管的漏極、第六場效應管的漏極連接，所述第一場效應管的源極、第二場效應管的源極、第三場效應管的源極還分別與所述電機的U、V、W三相一一對應連接； 所述第四場效應管的源極、第五場效應管的源極、第六場效應管的源極均接地。
3.根據權利要求I所述的直流無刷電機驅動電路，其特徵在於， 所述單片機輸出的相位控制信號包括PWM信號。
4.根據權利要求3所述的直流無刷電機驅動電路，其特徵在於， 所述電平驅動轉換晶片與所述單片機的PWM信號輸出端連接，所述電平轉換晶片將接收到的PWM信號轉換為六路驅動電平信號輸出，所述六路信號為U相高電平信號、U相低電平信號、V相高電平信號、V相低電平信號、W相高電平信號、W相低電平信號。
5.根據權利要求4所述的直流無刷電機驅動電路，其特徵在於， 所述位置檢測器輸出的位置反饋信號包括U相位置反饋信號、V相位置反饋信號以及W相位置反饋信號。
6.根據權利要求5所述的直流無刷電機驅動電路，其特徵在於， 所述單片機還包括控制信號輸入端，用於接收外部輸入的電機控制信號。
7.一種通道閘，包括直流無刷電機，其特徵在於，還包括如權利要求1-6任一項所述的直流無刷電機驅動電路。
專利摘要本實用新型公開了一種直流無刷電機驅動電路，本實施例提供的直流無刷電機驅動電路可以使用在通道閘中，在通道閘正常使用時，單片機根據接收到的轉子位置反饋信號確定轉子的位置，然後根據轉子的位置輸出相應的相位控制信號控制電流驅動器件的導通與截止，進而控制電機的U、V、W三相線圈的電流，使電機轉動或自鎖，即可控制通道閘的開、關及自鎖。當環境停電時，外部控制信號自動關閉，電機的U、V、W三相線圈中無電流流過，電機的內部電磁合力為零，外力可以自由驅動電機轉動，實現電機的自動解鎖。
文檔編號H02P6/16GK202535300SQ20122003849
公開日2012年11月14日 申請日期2012年2月7日 優先權日2012年2月7日
發明者何榮良, 唐健, 陳振榮 申請人:深圳市捷順科技實業股份有限公司